1 Los rascacielos de China y sus estructuras
1.1 Descripción general de los rascacielos
La altura de un edificio se refiere a la altura desde el suelo exterior del edificio hasta el techo o el panel del techo. Excluye las alturas de los espacios de elevación, los tanques de agua y los marcos. Las reglas de límites para los edificios de gran altura no son del todo uniformes en China. Según el "Reglamento Técnico para Estructuras de Hormigón de Edificios de Gran Altura", se entiende por edificio de gran altura los edificios civiles de hormigón armado de más de 10 plantas y más de 28 metros. Según el "Código de 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 con puntos de servicios comerciales en el primer piso) y edificios públicos con más de 24 metros. Según los materiales estructurales utilizados, los edificios de gran altura se pueden dividir en tres tipos: 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 la gran oferta nacional de acero, el alto costo, la alta precisión de la construcción, la escasa resistencia al fuego 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 sencilla, bajo costo y bajos costos 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, promoviendo 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 gran peso, poca ductilidad, baja velocidad de construcción, 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 miembros de acero. Los miembros compuestos de acero y hormigón y los miembros de hormigón armado tienen cada uno sus propias 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 utilizada, 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 es la interoperabilidad de los miembros estructurales de acero. Es necesario seguir complementando y mejorando los indicadores de control estandarizados. Las huellas estructurales 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 resisten cargas verticales, y las cargas horizontales (como las cargas de viento) o los efectos (como los efectos de un terremoto) tienen poco impacto en los edificios de poca altura. Debido a 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 un factor de control en el diseño de edificios de poca altura, y la determinación del consumo de materiales, el costo y los planos estructurales se controla principalmente mediante la carga vertical. Sin embargo, en estructuras de edificios de gran altura, las cargas horizontales tienen un gran impacto en la estructura y el desplazamiento lateral se ha convertido en uno de los principales objetivos de control del diseño estructural. La altura del edificio da como resultado condiciones de tensión completamente diferentes, con cargas horizontales y verticales actuando juntas, las cuales deben considerarse durante 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, y la influencia de la deformación axial y cortante del componente es relativamente pequeña y puede ignorarse.
En los edificios de gran altura, la causa de la deformación es el asentamiento desigual de los cimientos, que se manifiesta principalmente como grietas en las paredes. Debido a las limitaciones de las características estructurales, la selección y composición del sistema resistente a fuerzas laterales 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 los siguientes contenidos: cimentación adecuada y estructuras portantes verticales y horizontales. Los principales factores que afectan la selección de estructuras de edificios de gran altura incluyen 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 cual es difícil determinar el estándar 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 falla estructural. Por lo tanto, la selección de estructuras no es fácil. Para resolver los problemas anteriores, se propuso una fortificación de tres niveles y un diseño de dos etapas, teniendo en cuenta la importancia del edificio.
2 La aparición y desarrollo de los rascacielos en China
Desde la antigüedad, los seres humanos han tenido aspiraciones y necesidades cada vez más elevadas. Desde la perspectiva de las necesidades psicológicas, la creación artificial puede expresar un sentido de adoración. Se necesitaban artefactos para expresar una reverencia por la humanidad que trascendiera lo ordinario, como la reverencia por los dioses y los gobernantes poderosos. Las creaciones altamente artificiales pueden simbolizar el poder, manifestado como dinero, poder y estatus. Desde la perspectiva de las necesidades materiales, la altura es la altura. Visto desde un lugar alto, el campo de visión puede ser muy amplio y lejano, lo cual resulta refrescante. Desde la dinastía Han del Este hasta finales de la dinastía Qing, en mi país se construyeron decenas de miles de torres con 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 20 pisos o menos, y la estructura del edificio tenía principalmente la forma de un marco. La segunda etapa: las décadas de 1970 y 1980, el Hotel Beijing se construyó en Beijing en 1974 y el Hotel Baiyun de 20 pisos se construyó en Guangzhou en 1974 y 1976. En la década de 1980, los rascacielos de China comenzaron a desarrollarse vigorosamente. En los tres años comprendidos entre 1980 y 1983, se completaron todos los edificios de gran altura construidos después de 1949. La tercera etapa: desde principios de la década de 1990, los rascacielos de China han entrado en una etapa de rápido desarrollo.
3 Características del desarrollo de los edificios de gran altura en China
El desarrollo de las estructuras de edificios de gran altura en mi país se puede resumir de la siguiente manera: las estructuras se están volviendo cada vez más complejo, las alturas de los pisos son cada vez más altas y las estructuras híbridas son el pilar. Han surgido algunos nuevos sistemas estructurales. 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 fachada de los edificios de gran altura sean especiales. características. Especialmente en los últimos años, han seguido surgiendo varias formas nuevas y complejas y sistemas estructurales complejos. Muchos edificios altos con formas complejas superan los requisitos de los códigos de diseño actuales. 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 en mi país más de 200 edificios de gran altura con una altura de 150 metros, de los cuales los de más de 300 metros estaban distribuidos principalmente en las zonas costeras del sureste. Edificios de gran altura en el norte que han sido construidos o están en diseño.
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 tienen 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 es un marco de tubo de hormigón armado con una estructura de tubo exterior y central. El tubo interior tiene 330 metros de altura y está formado por columnas gigantes de hormigón armado y vigas diagonales de acero. Es el edificio más alto de China. Las estructuras híbridas de acero y hormigón se han desarrollado enormemente debido a su capacidad para combinar eficazmente elementos compuestos de acero y hormigón, las ventajas técnicas de las estructuras de acero y los costes de hormigón relativamente bajos.
Por otro lado, el costo laboral de la construcción local en el sitio es menor que el de los países extranjeros, 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 la Fase 3 del World Trade Center Internacional de Beijing tiene 330 m de altura y adopta una estructura de tubo con núcleo de acero y hormigón. La capa interior utiliza columnas compuestas gigantes de acero y hormigón y un sistema de estructura de soporte de acero y hormigón. La Torre Dorada de Tianjin en construcción tiene 337 m de altura y consta principalmente de un marco de columna de tubo de acero relleno de hormigón, un sistema de muro de corte de placa de acero central y un sistema de resistencia lateral de brazo rígido en voladizo. Con alta rigidez lateral y ductilidad, 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 de los edificios de gran altura en China
4.1 Tecnología de aislamiento y absorción de impactos
La tecnología de disipación de energía estructural es un medio importante para lograr el propósito del impacto control de absorción. 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 China 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 y medidas de diseño de aplicación para rodamientos de rotación traslacional deslizantes distintos de las almohadillas de aislamiento de caucho, y refinamiento y mejora de la disipación de energía y la absorción de impactos. Métodos de diseño, ámbito de aplicación, principios básicos de diseño e indicadores de control de diversos amortiguadores de velocidad y desplazamiento. 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. China necesita urgentemente 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 clave para controlar la seguridad y el rendimiento de las estructuras. 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 edificios de gran altura.
4.3 Construcción sustentable
El alcance de los edificios sustentables de China 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 primero deben tener paredes con iluminación natural y funciones de aislamiento térmico, y elegir 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 los edificios de gran altura ha atraído la atención de los expertos y ha tenido un gran impacto en la planificación y el diseño. , construcción y uso . En futuras construcciones, fortaleceremos la tecnología de aislamiento y control de vibraciones de los edificios de gran altura, fortaleceremos la tecnología de resistencia al viento y desarrollaremos edificios ecológicos.
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