高層建筑結構的創新設計論文

2021-06-13 論文

　　1高層建筑結構整體結構概念創新設計概述

　　結構概念創新設計主要是指在明確結構性能與地震作用的基礎上，遵循工程設計的基本原則與基礎理論，并結合實踐經驗，在規范規程的指導下，制定結構總體方案，從而確定材料使用、構建布置、結構體系的一種方法。在實際工作過程中，工程有設計人員在通過大量計算后，發現最初制定的結構體系難以與設計計算需求相符，最終只能臨時將總體體系方案完全更改，導致大量人力、物力、財力的浪費。就異形復雜高層而言，在因其結構體形具有一定缺陷，在結構建模及計算分析過程中，極有可能出現因局部改變，導致整體結構均需更改的情況，為了防止這種現象發生，這就要求設計人員能夠對結構體系準確定位，明確設計方向。高層建筑結構可分為很多種，其中包括帶加強層結構、連體結構、錯層結構等，均屬于比較復雜的高層。高層因受到各方面限制，其體形嚴重不規則，在抗震設計上的難度較大。總體而言，在高層設計中，需要注重四個方面：①水平荷載。異形高層平面豎向存在缺陷，會有明顯的'地震水平震害效應，扭轉、偏心最主要來源就是地震水平力。②側移變形。異形高層會有明顯的變形扭轉效應，對側移變形參數進行調整與控制后，便可抑制變形的發生。③軸向水平變形。水平軸向作用力會使異形高層轉換梁變形加劇，如果考慮不夠全面，構件便易處于不安全狀態。④結構延伸設計。結構延伸設計在抗震結構中，處于核心地位，必須重視。

　　2高層建筑結構整體結構概念創新設計方法

　　2.1基本結構的設計

　　在設計過程中，必須優化結構設計。首先，結構水平力、豎向力傳力途徑要具備名確、簡單等特征，這樣便于把握結構計算模型情況，可及時把控抗震性能中的薄弱環節。其次，要考慮到當蘇與結構抗側力的均勻性，便于優化豎向構件布置，另外還需重視抵抗扭轉振動與抗扭轉剛度能力。最后，要遵循強柱弱梁的原則，確保柱的受彎能力比梁高。

　　2.2調整結構布置方案

　　在結構優化工作中，最重要的就是調整剪力墻長度。局部墻肢長短會對某區域內的抗側力造成很大影響，在布置剪力墻的過程中，必須考慮到對墻體壓軸比是否與規范限定要求相符，同時還需保證建筑立面效果，優化調節周期。合理布置結構豎向構件，有利于為抵抗側向水平力的設置提供條件，不過若剪力墻集中過渡，便會使結構自重增加。

　　2.3樓蓋的設計

　　在整體房屋結構設計中，樓蓋的設計至關重要，從力學簡化模型角度而言，可將樓蓋視為水平隔板，它需要具備一定平面剛度，便于連接豎向抗側構件，各個構建可以通過協同變形，對地震力作用進行承載。通過優化樓蓋設計，可以使樓板協調能力增強。

　　2.4框梁高的設計

　　邊框梁在結構形成中做出了重要貢獻，它對結構扭轉可以起到抑制作用，使結構處于正常狀態。框梁加大了之后，可解決因抗剪不足所誘發的問題。在設計過程中，要遵循強柱弱梁的原則，值得注意的是，若單純為了與梁截面相互配合，將邊框柱截面增大，則會對建筑使用功能造成很大影響，同時也難以調整傾覆力矩。框支梁有著復雜的受力模式，在安全儲備齊全的狀態下，盡量減少不良效應的發生。在結構中，連梁屬于耗能構件，若配置太強，則很難取得理想耗能效果，嚴重情況下，甚至會對構件剛度構成威脅。將耗能構件弱化后，可以達到控制造價的目的，同時會使結構安全性增加。

　　2.5框架柱的設計

　　框架柱是設計過程中最為重要的環節，在設計的同時，必須考慮到設計模型與實際要求相符。因角柱部位受荷面積相對較小，其軸壓比也較小，受到地震荷載與風荷載水平力后，側向力與抗扭轉力非常重要。將角柱截面加大后，可以使箍筋、角柱鋼筋配筋率大大提升，同時使角柱抗變形能力得以優化。要想確保結構的安全性與整體性，必須嚴格控制框支柱壓軸比，便于增強框支柱的抗壓倒性。

　　2.6抗震設計

　　抗震設計包含多方面的內容，它存在于整個結構周期之中，包括選取結構體系、結構設計準則、布置結構體系、明確具體構件、維護結構、把握結構質量等，便于保證預期性能目標的實現。在抗震設計中，需要考慮到抗震的性能水平、性能目標與目標選用三個方面。

　　（1）性能水平：超限高層建筑結構抗震水平主要從以下幾方面判定：①受到地震作用后，結構依舊保持完好，未受到任何損傷，通常無需采取修復措施。②受到地震作用后，結構基本完好，有少量次要構件出現了較小的裂縫，通常無需修復，能夠繼續使用。③受到地震作用后，結構重要部位與薄弱構件保持完好，其余部位出現裂縫，不過采取修復措施后，能夠使用。④受到地震作用后，結構重要部位與薄弱構件被輕微損壞，有裂縫形成，非重要部位出現了不同程度損壞，也有裂縫形成，經修復后且采取特殊措施后，才可使用。⑤受到地震作用后，大部分構建被損壞，有明顯裂縫產生，對人們正常出入造成影響，通過修復加固后，能夠使用；⑥受到地震作用后，建筑結構明顯被損壞，部分結構甚至嚴重損壞，會對人們造成一定傷害，不過不會危及到他們的生命。

　　（2）性能目標：任何超限高層建筑結構，均可以投資者經濟能力、房屋高度、抗震設防等因素為依據，對抗震性能目標進行選擇。

　　3結語

　　在結構設計過程中，設計人員要綜合考慮到多方面的問題。本文首先對高層建筑結構整體結構概念創新設計的含義進行了簡單的介紹，然后具體分析了高層建筑的設計方法，有利于為日后此種建筑類型的設計提供依據。

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