關于高層建筑框剪結(jié)構(gòu)設計論文

　　1.傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設計的必要性

　　傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設計方法一個很大的局限在于所按照要求得到的截面并非是最佳截面，而且建設完成后的工程結(jié)構(gòu)存在一些缺點，例如質(zhì)量大、造價高等，這與其設計過程密不可分。一般而言，傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設計遵循以下程序：參照——估計——分析——驗算——調(diào)整。也就是所使用的設計方案是在已有工程設計實踐經(jīng)驗的基礎之上提出來的，之后，在從強度、剛度以及穩(wěn)定性等多個方面采用力學分析的方式對其進行安全校核，如果驗算結(jié)構(gòu)不滿足要求就要進行設計調(diào)整。然而該驗算時所假定的計算模型難以保證合理，最后得到一組截面，在很大程度上取決于最初假定的誤差程度，再者，設計時迫于時間及結(jié)構(gòu)計算的復雜性往往決定了調(diào)整的次數(shù)是有限的，因而設計出的最終產(chǎn)品難以保證是最優(yōu)的。而結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計雖然與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設計有一樣的設計過程，但產(chǎn)品的良好性能、產(chǎn)品所具備的的高安全性以及高經(jīng)濟性是其設計的主要目的。并且產(chǎn)品的高經(jīng)濟性與高安全性是從結(jié)構(gòu)的體積最小、質(zhì)量最輕以及產(chǎn)品造價最低等三個方面進行衡量的。而且，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計的一個最大特點是對設計中出現(xiàn)的一系列問題按照數(shù)學規(guī)劃的方式對其解決，然后再利用計算機，對眾多方案進行比較，并從中選出最優(yōu)的設計方案，這是傳統(tǒng)設計過程所不能比擬的�？蚣芤患袅�墻結(jié)構(gòu)以其良好的受力性和適用性在現(xiàn)代高層建筑領域中應用非常廣泛�，F(xiàn)階段，隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展，高層建筑物的數(shù)量只增不減，面對這種情況，框架—剪力墻結(jié)構(gòu)的合理選擇以及優(yōu)化對降低造價、提高建筑質(zhì)量有著重要的指導意義。然而目前在《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)程》中，對高層建筑的結(jié)構(gòu)選型、合理布置等的相關規(guī)定尚未完善，存在一些不足，這就為高層框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計提供了充足的設計理由。

　　2.抗震性能的結(jié)構(gòu)設計

　　首先，為了有效提高高層建筑的抗震性能，可以將剪力墻設計成四周有梁柱的并且?guī)в羞吙虻膲�。主要是因為，邊框墻可以使斜裂縫向相鄰墻面擴展的現(xiàn)象得以避免，而且當墻板遭到破壞后，還看將其作為承重構(gòu)件，起到承重的作用。除此之外，設計的邊框還能夠?qū)σ驂ι硗�裂對邊框梁柱而產(chǎn)生的附加剪力起到承載的作用。其次，對每肢墻的高寬比進行合理的控制。雙肢墻或多肢墻的設計,可以使出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)豎縫和洞口連梁處的裂縫和屈服部位得到有效的控制，同時還能夠降低其剛度，從而避免剪切破壞或者是底部墻體過早屈服現(xiàn)象的發(fā)生。最后，剪力墻的剛性連梁，其跨高比一般為1。當連梁的跨高比為5時，具有較好的延性和耗能，并且連梁兩端相對豎向位移的延性系數(shù)都高于8，滯回曲線的飽滿度也比較高；當跨高比降至1時，延性系數(shù)則也會隨之降低，達到3，并且滯回曲線遠遠偏離飽滿度，最終導致彎剪遭到破壞。因此，需要對其組成和構(gòu)造進行相應的改進。即在梁高的一半位置處留一水平通縫，并在縫的上、下兩側(cè)各埋置一個開有橢圓形螺栓的鋼板，最后用高強螺栓將兩個鋼板連結(jié)在一起，從而使連梁具有一定的“剛性”功能。如果在大震的作用下,導致兩鋼板有相對滑動現(xiàn)象的發(fā)生，此時就會使剛性橋梁工作時跨高比由1變?yōu)?，并且延性系數(shù)提高了3倍多。

　　3.高層框剪結(jié)構(gòu)設計技術

　　在現(xiàn)階段的高層建筑中，其結(jié)構(gòu)設計大多采用高層框剪結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)主要是由兩部分組成，框架結(jié)構(gòu)以及剪力墻結(jié)構(gòu)。高層框剪結(jié)構(gòu)在高層建筑結(jié)構(gòu)中得到了廣泛應用，主要是因為該種結(jié)構(gòu)不僅具有較強的抗側(cè)力剛度，還能為建筑的使用提供一個更大的平面空間。但是在對該結(jié)構(gòu)進行設計的過程中出現(xiàn)的一些問題會導致結(jié)構(gòu)方案存在缺陷,致使浪費現(xiàn)象嚴重。因此，在設計中應該對框剪結(jié)構(gòu)的受力和變形特點引起高度的重視。高層框架結(jié)構(gòu)主要是由梁柱線性桿件組成的。剪力墻和豎向懸臂彎曲結(jié)構(gòu)相似,并且呈彎曲變形。在剪力墻結(jié)構(gòu)中,所有抗側(cè)力構(gòu)件具有的抗彎曲剛度較大,并且側(cè)移變形相同，其中水平力按其等效剛度EI比例進行分配。

　　4.高層建筑框剪結(jié)構(gòu)的設計優(yōu)化

　　框剪結(jié)構(gòu)在設計中，經(jīng)常會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)不規(guī)則的情況此時相關設計人員需要對結(jié)構(gòu)模型進行調(diào)整直至符合要求。在調(diào)整過程中，首先對剪力墻結(jié)構(gòu)的布置進行調(diào)整。但是由于調(diào)整的方式與建筑要求不相符，而取消該種調(diào)整方式。在這種情況下，設計人員將對剪力墻結(jié)構(gòu)布置的調(diào)整轉(zhuǎn)變?yōu)閷�連梁和局部墻厚的微調(diào)。由此可見，頭痛醫(yī)頭、腳痛醫(yī)腳的方法對解決整體模型的計算調(diào)整工作并未達到令人滿意的效果。以該工程為例，只對某一部分連梁的進行放大，這樣只是使整個結(jié)構(gòu)的應力分配和傳遞以及結(jié)構(gòu)的規(guī)則性得到了改變，但是極易造成第一調(diào)整后不良結(jié)果的產(chǎn)生。因此，在對高層建筑框剪結(jié)構(gòu)的設計優(yōu)化中必須有一個整體的概念。即首先要找出最大位移出現(xiàn)的節(jié)點，在該節(jié)點附近對整個結(jié)構(gòu)的規(guī)則性做整體性的判斷。然而第二次調(diào)整的失敗讓我們意識到對薄弱節(jié)點的局部進行調(diào)整，只不過是重復第一次調(diào)整的錯誤。為了達到更好的效果，應該對其整體進行考慮，從墻肢厚度到連梁剛度以對稱性的方式地對其結(jié)構(gòu)進行調(diào)整和改進，同時對連梁和與墻連接的框架梁對整體結(jié)構(gòu)的受力協(xié)調(diào)作用引起高度的關注。這樣才能夠使墻肢應力分配的不均勻性得到改善，達到良好的調(diào)整效果�？傊�，框剪結(jié)構(gòu)在結(jié)合兩種不同結(jié)構(gòu)優(yōu)勢的基礎上，有效避免了各自的缺陷，為復雜系數(shù)越來越高的商業(yè)高層建筑提供了結(jié)構(gòu)設計上的可行性，從而在工程上得到了廣泛的應用。綜上所述，結(jié)構(gòu)設計應該從整體方面對結(jié)構(gòu)布置進行調(diào)整，從而更好的完成該類結(jié)構(gòu)設計的相關計算工作。只有在建筑要求極為嚴苛，并且是不得已而進行的情況下，才可對工程設計進行局部微調(diào)。在建筑條件允許的情況下，可以對結(jié)構(gòu)的整體布置不斷進行優(yōu)化，使其達到更完美、更規(guī)則的調(diào)整效果。

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