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關(guān)于高層建筑框剪結構設計論文
1.傳統的結構設計的必要性
傳統的結構設計方法一個(gè)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構存在一些缺點(diǎn)，例如質(zhì)量大、造價(jià)高等，這與其設計過(guò)程密不可分。一般而言，傳統的結構設計遵循以下程序：參照——估計——分析——驗算——調整。也就是所使用的設計方案是在已有工程設計實(shí)踐經(jīng)驗的基礎之上提出來(lái)的，之后，在從強度、剛度以及穩定性等多個(gè)方面采用力學(xué)分析的方式對其進(jìn)行安全校核，如果驗算結構不滿(mǎn)足要求就要進(jìn)行設計調整。然而該驗算時(shí)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(shí)迫于時(shí)間及結構計算的復雜性往往決定了調整的次數是有限的，因而設計出的最終產(chǎn)品難以保證是最優(yōu)的。而結構的優(yōu)化設計雖然與傳統的結構設計有一樣的設計過(guò)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構的體積最小、質(zhì)量最輕以及產(chǎn)品造價(jià)最低等三個(gè)方面進(jìn)行衡量的。而且，結構優(yōu)化設計的一個(gè)最大特點(diǎn)是對設計中出現的一系列問(wèn)題按照數學(xué)規劃的方式對其解決，然后再利用計算機，對眾多方案進(jìn)行比較，并從中選出最優(yōu)的設計方案，這是傳統設計過(guò)程所不能比擬的�？蚣芤患袅Y構以其良好的受力性和適用性在現代高層建筑領(lǐng)域中應用非常廣泛�，F階段，隨著(zhù)建筑行業(yè)的快速發(fā)展，高層建筑物的數量只增不減，面對這種情況，框架—剪力墻結構的合理選擇以及優(yōu)化對降低造價(jià)、提高建筑質(zhì)量有著(zhù)重要的指導意義。然而目前在《高層建筑混凝土結構設計規程》中，對高層建筑的結構選型、合理布置等的相關(guān)規定尚未完善，存在一些不足，這就為高層框架結構的優(yōu)化設計提供了充足的設計理由。
2.抗震性能的結構設計
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帶有邊框的墻。主要是因為，邊框墻可以使斜裂縫向相鄰墻面擴展的現象得以避免，而且當墻板遭到破壞后，還看將其作為承重構件，起到承重的作用。除此之外，設計的邊框還能夠對因墻身通裂對邊框梁柱而產(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(jìn)行合理的控制。雙肢墻或多肢墻的設計,可以使出現在結構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(shí)還能夠降低其剛度，從而避免剪切破壞或者是底部墻體過(guò)早屈服現象的發(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(shí)，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都高于8，滯回曲線(xiàn)的飽滿(mǎn)度也比較高；當跨高比降至1時(shí)，延性系數則也會(huì )隨之降低，達到3，并且滯回曲線(xiàn)遠遠偏離飽滿(mǎn)度，最終導致彎剪遭到破壞。因此，需要對其組成和構造進(jìn)行相應的改進(jìn)。即在梁高的一半位置處留一水平通縫，并在縫的上、下兩側各埋置一個(gè)開(kāi)有橢圓形螺栓的鋼板，最后用高強螺栓將兩個(gè)鋼板連結在一起，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(dòng)現象的發(fā)生，此時(shí)就會(huì )使剛性橋梁工作時(shí)跨高比由1變?yōu)?，并且延性系數提高了3倍多。
3.高層框剪結構設計技術(shù)
在現階段的高層建筑中，其結構設計大多采用高層框剪結構。該結構主要是由兩部分組成，框架結構以及剪力墻結構。高層框剪結構在高層建筑結構中得到了廣泛應用，主要是因為該種結構不僅具有較強的抗側力剛度，還能為建筑的使用提供一個(gè)更大的平面空間。但是在對該結構進(jìn)行設計的過(guò)程中出現的一些問(wèn)題會(huì )導致結構方案存在缺陷,致使浪費現象嚴重。因此，在設計中應該對框剪結構的受力和變形特點(diǎn)引起高度的重視。高層框架結構主要是由梁柱線(xiàn)性桿件組成的。剪力墻和豎向懸臂彎曲結構相似,并且呈彎曲變形。在剪力墻結構中,所有抗側力構件具有的抗彎曲剛度較大,并且側移變形相同，其中水平力按其等效剛度EI比例進(jìn)行分配。
4.高層建筑框剪結構的設計優(yōu)化
框剪結構在設計中，經(jīng)常會(huì )出現結構不規則的情況此時(shí)相關(guān)設計人員需要對結構模型進(jìn)行調整直至符合要求。在調整過(guò)程中，首先對剪力墻結構的布置進(jìn)行調整。但是由于調整的方式與建筑要求不相符，而取消該種調整方式。在這種情況下，設計人員將對剪力墻結構布置的調整轉變?yōu)閷B梁和局部墻厚的微調。由此可見(jiàn)，頭痛醫頭、腳痛醫腳的方法對解決整體模型的計算調整工作并未達到令人滿(mǎn)意的效果。以該工程為例，只對某一部分連梁的進(jìn)行放大，這樣只是使整個(gè)結構的應力分配和傳遞以及結構的規則性得到了改變，但是極易造成第一調整后不良結果的產(chǎn)生。因此，在對高層建筑框剪結構的設計優(yōu)化中必須有一個(gè)整體的概念。即首先要找出最大位移出現的節點(diǎn)，在該節點(diǎn)附近對整個(gè)結構的規則性做整體性的判斷。然而第二次調整的失敗讓我們意識到對薄弱節點(diǎn)的局部進(jìn)行調整，只不過(guò)是重復第一次調整的錯誤。為了達到更好的效果，應該對其整體進(jìn)行考慮，從墻肢厚度到連梁剛度以對稱(chēng)性的方式地對其結構進(jìn)行調整和改進(jìn)，同時(shí)對連梁和與墻連接的框架梁對整體結構的受力協(xié)調作用引起高度的關(guān)注。這樣才能夠使墻肢應力分配的不均勻性得到改善，達到良好的調整效果�？傊�，框剪結構在結合兩種不同結構優(yōu)勢的基礎上，有效避免了各自的缺陷，為復雜系數越來(lái)越高的商業(yè)高層建筑提供了結構設計上的可行性，從而在工程上得到了廣泛的應用。綜上所述，結構設計應該從整體方面對結構布置進(jìn)行調整，從而更好的完成該類(lèi)結構設計的相關(guān)計算工作。只有在建筑要求極為嚴苛，并且是不得已而進(jìn)行的情況下，才可對工程設計進(jìn)行局部微調。在建筑條件允許的情況下，可以對結構的整體布置不斷進(jìn)行優(yōu)化，使其達到更完美、更規則的調整效果。
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