¿El estado actual y el desarrollo de las estructuras de edificios de gran altura?
Con el rápido desarrollo de la sociedad, los edificios de gran altura se han convertido en una tendencia importante y desempeñan un papel muy importante en la construcción urbana moderna. Los países tienen diferentes regulaciones sobre el cálculo de edificios de gran altura. Para los edificios de gran altura, este artículo presenta brevemente la estructura de los edificios de gran altura en mi país y la historia del surgimiento y desarrollo de los edificios de gran altura en mi país. Expone las características del desarrollo de los edificios de gran altura en mi país y señala las perspectivas de desarrollo de los edificios de gran altura en China.
1 Edificios de gran altura y sus estructuras en mi país
1.1 Descripción general de los edificios de gran altura
La altura de una casa se refiere a la altura desde el terreno exterior del edificio hasta el techo o panel del techo, sin incluir la altura de la sala del ascensor, el tanque de agua, el marco, etc. En nuestro país, las reglas de límites para los edificios de gran altura no son completamente uniformes. Según las "Especificaciones Técnicas para Estructuras de Hormigón de Edificios de Gran Altura", los edificios de gran altura se refieren a edificios civiles de hormigón armado con más de 10 pisos y más de 28 metros. Según el "Diseño de edificios civiles de gran altura" (GB50045-1995), los edificios de gran altura se refieren a edificios residenciales con más de 10 pisos (incluidos edificios residenciales con puntos de servicio comercial en el primer piso) y edificios públicos con más de 24 metros. Los edificios de gran altura se pueden dividir en tres tipos según los materiales estructurales utilizados: estructuras de acero, estructuras de hormigón y estructuras híbridas de acero y hormigón. Las estructuras de acero tienen las ventajas de alta resistencia, peso ligero, buena resistencia sísmica y rápida velocidad de construcción.
Sin embargo, debido a razones tales como la gran oferta nacional de acero, el alto costo, la alta precisión de la construcción, el bajo rendimiento de protección contra incendios y el escaso confort, la aplicación generalizada de las estructuras de acero es limitada. Las estructuras de hormigón tienen las ventajas de una fuerte plasticidad, bajo consumo de acero, fácil uso de materiales, construcción simple, bajo costo de construcción y bajo costo de mantenimiento. Con la aplicación de varias estructuras compuestas de muros sísmicos de alta eficiencia, los niveles de resistencia del hormigón y las barras de acero continúan aumentando, lo que promueve la rápida respuesta de las estructuras de hormigón en la construcción de edificios de gran altura. Las desventajas de las estructuras de hormigón son su propio peso, poca ductilidad, velocidad de construcción lenta, componentes grandes y gran espacio de piso.
La estructura compuesta de acero y hormigón se refiere a un tipo estructural compuesto por componentes compuestos de acero y hormigón y componentes de hormigón armado. Debido a las diversas formas de los componentes compuestos de acero y hormigón, se puede formar un sistema estructural híbrido. Esta estructura puede desempeñar eficazmente el papel de componentes de acero. Los miembros compuestos de acero y hormigón y los miembros de hormigón armado son sus respectivas características. En comparación con las estructuras de acero, las estructuras híbridas tienen las siguientes ventajas: la rigidez lateral general de la estructura mejora significativamente, se reduce la cantidad de acero, el costo es bajo y la resistencia al fuego es buena. En comparación con las estructuras de hormigón, las estructuras híbridas tienen las ventajas de ocupar poco espacio, ocupar poco espacio y tener una velocidad de construcción rápida. La desventaja de las estructuras híbridas son las propiedades sinérgicas de los miembros estructurales de acero. Es necesario seguir complementando y mejorando los indicadores de control estándar. Las áreas estructurales ocupadas de diferentes sistemas estructurales se muestran en la Tabla 1.
1.2 Características estructurales y sistemas de los edificios en altura
Las estructuras de los edificios deben soportar cargas horizontales y verticales. Las estructuras de edificios de poca altura generalmente tienen que resistir cargas verticales, y las cargas horizontales (como las cargas de viento) o los efectos (como los efectos de un terremoto) tienen menos impacto en los edificios de poca altura. Dado que las fuerzas internas y los desplazamientos generados por los edificios de poca altura son relativamente pequeños, generalmente pueden ignorarse. Por lo tanto, la carga vertical es a menudo el factor de control en el diseño de estructuras de edificios de poca altura, y la determinación del consumo de material, el costo y las soluciones estructurales se controla principalmente por la carga vertical. Sin embargo, en estructuras de edificios de gran altura, las cargas horizontales tienen un mayor impacto en la estructura y el desplazamiento lateral se ha convertido en uno de los principales objetivos de control en el diseño estructural. La altura del edificio genera condiciones de tensión completamente diferentes, con cargas horizontales y verticales actuando simultáneamente, y ambas deben considerarse en el diseño. Los componentes de los edificios de gran altura también se ven afectados por diversas deformaciones. En circunstancias normales, generalmente solo se considera la influencia de la deformación por flexión del componente. Dado que la influencia de la deformación axial y cortante del componente es relativamente pequeña, se puede ignorar.
En los edificios de gran altura, la causa de la deformación es el asentamiento desigual de los cimientos, que se manifiesta principalmente en grietas en las paredes. Debido a las limitaciones de las características estructurales, la selección y composición del sistema de resistencia lateral es la consideración principal y el foco de toma de decisiones en el diseño estructural de edificios de gran altura. La selección de edificios de gran altura juega un papel extremadamente importante en el diseño conceptual de la resistencia sísmica estructural. La selección estructural incluye principalmente lo siguiente: cimientos adecuados y estructuras portantes verticales y horizontales. Los principales factores que afectan la selección de estructuras de edificios de gran altura son el entorno, los requisitos funcionales, los materiales estructurales, el nivel de construcción y el desarrollo de la teoría del diseño estructural.
Las condiciones ambientales del lugar del edificio son la base básica para seleccionar la estructura básica, las estructuras portantes verticales y horizontales. La razón por la que es difícil determinar los estándares de fortificación de intensidad de fortificación sísmica es la complejidad de las condiciones geológicas, la aleatoriedad de los movimientos sísmicos y la incertidumbre de los patrones de daño estructural, lo que hace que la selección estructural no sea fácil. Para solucionar los problemas anteriores se proponen tres niveles de fortificación y un diseño en dos etapas, teniendo en cuenta la importancia del edificio.
2 El proceso de aparición y desarrollo de los rascacielos en mi país
Desde la antigüedad, el ser humano ha tenido aspiraciones y necesidades cada vez más elevadas. Desde la perspectiva de las necesidades psicológicas, la creación artificial puede expresar un sentido de adoración. Las personas necesitan objetos creados artificialmente para expresar su reverencia por los humanos, más allá de los niveles ordinarios, como la reverencia por los dioses y los gobernantes poderosos. La alta creación artificial puede simbolizar el poder, expresado en forma de dinero, poder y estatus. Desde la perspectiva de las necesidades materiales, la altura es la altura. Visto desde un lugar alto, la vista puede ser muy amplia y lejana, lo que hace que la gente se sienta renovada. Desde la dinastía Han del Este hasta finales de la dinastía Qing, China construyó decenas de miles de estructuras de madera, estructuras de mampostería, estructuras de piedra y estructuras mixtas de madera y piedra, y existen alrededor de 25.000 torres. No es exagerado decir que la nación china tiene una larga historia de construcción de rascacielos. Tras la fundación de la Nueva China, el desarrollo de los rascacielos en nuestro país se divide principalmente en tres etapas. La primera etapa: desde la fundación de la Nueva China hasta finales de la década de 1960, los edificios en esta etapa tenían principalmente menos de 20 pisos, y las estructuras de los edificios tenían principalmente forma de marcos. La segunda etapa: los años 1970 y 1980. El Hotel Beijing se construyó en Beijing en 1974 con 20 pisos y 874 m2. En 1976 se construyó el Hotel Baiyun de 33 pisos en Guangzhou. En la década de 1980, los rascacielos de China comenzaron a desarrollarse vigorosamente. En los tres años comprendidos entre 1980 y 1983, todos los edificios de gran altura se terminaron después de 1949. La tercera etapa: desde principios de la década de 1990, los rascacielos de China han entrado en una etapa de salto de desarrollo.
3 Características del desarrollo de las estructuras de edificación de gran altura en mi país
El desarrollo de las estructuras de edificación de gran altura en mi país se puede resumir de la siguiente manera: las estructuras son cada vez más A medida que los edificios se vuelven más complejos, las alturas de los pisos son cada vez más altas y las estructuras híbridas son el pilar, han surgido algunos sistemas estructurales nuevos. Con el desarrollo de la economía nacional, los edificios de gran altura no solo deben cumplir con los requisitos funcionales del edificio, sino que también deben prestar cada vez más atención a la personalización del edificio, lo que hace que el plano y la elevación de los edificios de gran altura tengan especial características. Especialmente en los últimos años han surgido varias formas nuevas y complejas y sistemas estructurales complejos. Muchos edificios de gran altura con formas complejas superan los requisitos del código de diseño actual. Se necesita más investigación basada en experiencias pasadas de ingeniería y datos de daños por terremotos. En particular, muchos proyectos utilizan obras de diseñadores extranjeros, pero algunos arquitectos extranjeros de zonas no sísmicas carecen de experiencia en diseños resistentes a terremotos y algunos planos de construcción son particularmente irregulares. Según estadísticas incompletas, a finales de 2008, había más de 200 edificios de gran altura de más de 150 metros en mi país, de los cuales más de 300 metros se distribuyen principalmente en las zonas costeras del sureste. construidos o en diseño en el norte.
Principalmente una estructura híbrida de acero y hormigón. En China, se utiliza con mayor frecuencia una estructura híbrida de acero y hormigón. Según estadísticas incompletas, entre los más de 150 edificios de gran altura en mi país, las estructuras híbridas y las estructuras combinadas representan aproximadamente 1/5. Las estructuras híbridas representan aproximadamente 2/5 de los edificios de gran altura por encima de 200 m, y aproximadamente 3/5 de los edificios de gran altura por encima de 300 m. Por ejemplo, el Centro Financiero Mundial de Shanghai y la Torre Jin Mao son tubos centrales de hormigón armado con columnas de hormigón armado y columnas de acero como marcos exteriores. Otro ejemplo es el proyecto Fase III del Centro de Comercio Internacional de Beijing, que tiene una estructura de tubos exterior y medio de. Tubos de estructura de hormigón armado con tubos interiores de 330 m de altura, compuestos por columnas gigantes de hormigón armado y vigas de acero arriostradas en diagonal, es el piso más alto de un edificio de gran altura en China. Las estructuras híbridas de acero y hormigón se han desarrollado enormemente porque pueden combinar eficazmente componentes compuestos de acero y hormigón, tienen las ventajas técnicas de las estructuras de acero y el coste relativamente bajo del hormigón.
Por otro lado, el coste laboral de la construcción in situ en mi país es menor que en el extranjero, y el uso de estructuras híbridas tiene más ventajas económicas que las estructuras de acero puro. Por lo tanto, la estructura de acero y hormigón es un sistema de construcción de gran altura que está en consonancia con las condiciones nacionales de China. Con el desarrollo de edificios de gran altura, recientemente han aparecido algunos edificios nuevos.
El edificio principal de 330 m de altura de la Fase III del Comercio Internacional de Beijing adopta una estructura de tubo con núcleo de marco de acero y hormigón, y la capa interior utiliza columnas compuestas gigantes de hormigón con placa de acero y un sistema de estructura de soporte de acero y hormigón. La Torre Dorada de Tianjin, de 337 m de altura, en construcción, se compone principalmente de un marco de columna de hormigón con tubos de acero, un sistema de muro de corte de placa de acero central y un sistema de resistencia lateral de brazo rígido en voladizo. Tiene alta rigidez lateral y ductilidad y es el edificio de gran altura con muros de corte de placa de acero más alto del mundo. La Torre Oeste de Guangzhou adopta un sistema de estructura de rejilla de tramo exterior, que tiene una fuerte rigidez lateral y rigidez torsional y puede resistir cargas de viento y terremotos. Las megaestructuras se utilizan ampliamente en estructuras de gran altura. Están sostenidos por las fachadas y diagonales externas necesarias y formados por un marco externo de cerchas y megacolumnas.
4 Perspectivas para los edificios de gran altura de mi país
4.1 Tecnología de aislamiento y reducción de impactos
La tecnología de disipación de energía estructural y reducción sísmica es un medio importante para lograr el objetivo propósito del control de reducción sísmica. Se ha utilizado en nuevos proyectos de construcción en China durante los últimos dos años. Sin embargo, todavía existe una gran brecha entre el trabajo de investigación de mi país y el nivel avanzado del mundo. La tecnología de aislamiento sísmico se ha aplicado en edificios de gran altura, pero todavía existen problemas técnicos, como el aislamiento que soporta la tensión, que requieren más investigación. Los principales contenidos de la investigación incluyen: ajuste del alcance de aplicación del diseño de aislamiento, métodos de diseño de aplicación y medidas de rodamientos de rotación traslacional deslizantes distintos de las almohadillas de aislamiento de caucho, y refinamiento y mejora de la disipación de energía y reducción de vibraciones. Métodos de diseño, ámbito de aplicación de diversos amortiguadores de velocidad y desplazamiento, principios básicos de diseño e indicadores de control. En términos de control estructural, además de la investigación teórica necesaria, también se debe fortalecer la investigación y el desarrollo de productos para mejorar el rendimiento y la calidad del producto. Nuestro país necesita con urgencia un nuevo tipo de dispositivo de control de vibraciones estructurales con alto rendimiento y alta calidad.
4.2 Investigación sobre tecnología resistente al viento
A medida que aumenta la altura de los edificios de gran altura, la sensibilidad de la estructura a las cargas del viento se vuelve cada vez mayor. En muchas áreas, la investigación y el diseño de la resistencia al viento se han convertido en un factor crítico en el control de la seguridad y el desempeño estructural. Es necesario seguir fortaleciendo la investigación sobre la respuesta horizontal del viento, la carga estática equivalente del viento, el efecto de interferencia, el entorno del viento para los peatones y la comodidad de los residentes en los edificios de gran altura.
4.3 Construcción sustentable
El alcance de los edificios sustentables en mi país debe incluir edificios que ahorren energía, edificios amigables con el medio ambiente y edificios ecológicos. Los edificios que ahorran energía reducen el consumo de energía del edificio a niveles específicos mejorando el rendimiento de aislamiento de la envolvente del edificio y utilizando energía natural. Los edificios respetuosos con el medio ambiente deben tener primero paredes con iluminación natural y funciones de aislamiento térmico, y utilizar materiales y revestimientos respetuosos con el medio ambiente. Los edificios ecológicos deben aprovechar al máximo el medio ambiente. Sus características y factores naturales relacionados (como la luz solar, el aire, el agua, etc.) lo hacen adecuado para la habitación humana, reducen diversos factores adversos y garantizan el funcionamiento saludable del ecosistema local.
5 Conclusión
En la sociedad moderna, los edificios de gran altura están en auge. El desarrollo de edificios de gran altura ha atraído la atención de los expertos y tiene grandes implicaciones para la planificación, el diseño y la construcción. y uso. La construcción futura fortalecerá la tecnología de aislamiento y control de vibraciones de los edificios de gran altura, fortalecerá la tecnología de resistencia al viento y desarrollará edificios ecológicos.
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