帶有鋼管混凝土柱的超高層建筑結(jié)構(gòu)抗風(fēng)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

歐健

摘 要：隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)以及人們物質(zhì)生活的水平不斷提升，我國(guó)城市建筑逐漸以高層建筑為主，其中超高層建筑抗風(fēng)優(yōu)化設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。超高層建筑結(jié)構(gòu)抗風(fēng)優(yōu)化就是以不斷改變建筑物外形和不增加任何附加阻力設(shè)備的前提之下，對(duì)主要受力的桿件截面大小進(jìn)行有關(guān)科學(xué)合理的優(yōu)化，從而讓超高層建筑結(jié)構(gòu)能夠在強(qiáng)風(fēng)作用之下滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，從而去達(dá)到建筑物結(jié)構(gòu)造價(jià)的最優(yōu)化目標(biāo)。因?yàn)槌邔咏ㄖ锏慕Y(jié)構(gòu)建設(shè)會(huì)消耗大量的資金，在實(shí)際超高層建筑物當(dāng)中，鋼管混凝土柱，工字型，薄壁圓管以及箱型截面都是較為常見(jiàn)的構(gòu)件截面形式，這種鋼管混凝土柱等復(fù)雜截面線單元桿件與剪刀強(qiáng)和筒體等單元構(gòu)件在位移約束條件當(dāng)中所顯示表達(dá)，本文主要分析了帶有鋼管混凝土柱的超高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化風(fēng)化優(yōu)化結(jié)構(gòu)，并提出相關(guān)優(yōu)化措施，予以有關(guān)單位參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：超高層建筑；風(fēng)化；結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

前言

對(duì)于超高層建筑進(jìn)行抗風(fēng)化優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以使用最合理的材料性能，讓建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部個(gè)單元得到相關(guān)的協(xié)調(diào)，并具有建筑物規(guī)范部門(mén)所規(guī)定的的安全度和穩(wěn)定度。與此同時(shí)，其還可以實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)以達(dá)到經(jīng)濟(jì)，適用的有效途徑。因?yàn)槌邔咏ㄖ癸L(fēng)化優(yōu)化結(jié)構(gòu)時(shí)常會(huì)消耗大量的資金，對(duì)于超高層建筑進(jìn)行相關(guān)優(yōu)化，可以有效的防止材料的過(guò)多浪費(fèi)，所以本文所要分析研究的最終目的是具有非常重要的理論意義和價(jià)值的。

1 超高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)基本概況

1.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化的基本概念

以往的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要是指結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，其大致過(guò)程是經(jīng)過(guò)假設(shè)，分析，校正，重新設(shè)計(jì)。重新設(shè)計(jì)的主要目的在于選擇一個(gè)最為合理的優(yōu)化方案，但是其只屬分析的范疇。由于現(xiàn)代化建筑結(jié)構(gòu)主要是追求獨(dú)特創(chuàng)新設(shè)計(jì)，第一方面是收到了場(chǎng)地條件以及特殊的使用功能制約，以往的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)已經(jīng)不能滿(mǎn)足現(xiàn)目前建筑設(shè)計(jì)的需求了，而建筑物結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠讓建筑物結(jié)構(gòu)在滿(mǎn)足所有制約條件的前提之下能夠達(dá)到最好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。結(jié)構(gòu)優(yōu)化是對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的在優(yōu)化，其不是以放棄結(jié)構(gòu)安全度以及抗風(fēng)化來(lái)求得經(jīng)濟(jì)利益的，第二是對(duì)結(jié)構(gòu)更為合理的布置，這樣既能節(jié)省使用材料的節(jié)省而且在結(jié)構(gòu)上還具備安全性。結(jié)構(gòu)優(yōu)化主要是指結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的綜合程度。建筑物結(jié)構(gòu)優(yōu)化的主要問(wèn)題包含了三個(gè)要素，第一是目標(biāo)函數(shù)，第二是設(shè)計(jì)的變量，第三是約束的條件。鋼管混凝土柱超高層建筑物的判斷設(shè)計(jì)方案是否能夠達(dá)標(biāo)，其中包含的滿(mǎn)足給種約束條件，如果不是，那么就需要按照特定的規(guī)則在進(jìn)行相應(yīng)的校正，這樣才能讓其達(dá)到預(yù)定的優(yōu)化指標(biāo)。

1.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化的主要意義

跟隨著現(xiàn)代化超高層建筑物結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜的現(xiàn)狀，人們對(duì)于超高層建筑物的要求也是隨之增高，傳統(tǒng)的建筑物高層設(shè)計(jì)方案已經(jīng)不能滿(mǎn)足現(xiàn)目前人們的需求了，人們希望現(xiàn)代化建筑物結(jié)構(gòu)能夠既安全又可靠，讓其使用功能能夠有所達(dá)標(biāo)，與粗同事還能具有欣賞美觀的效果，結(jié)構(gòu)優(yōu)化的運(yùn)用讓人們對(duì)于超高層建筑物的要求能夠得以實(shí)現(xiàn)。

2 超高層建筑結(jié)構(gòu)抗風(fēng)化優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本概況和現(xiàn)狀

2.1 超高層建筑結(jié)構(gòu)抗風(fēng)化設(shè)計(jì)基本意義和概念

超高層建筑抗風(fēng)化優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)不斷改變高層建筑物的外觀以及不增加任何附加的阻尼設(shè)置的前提之下，對(duì)于主要受力的桿件界面大小進(jìn)行科學(xué)合理的相關(guān)優(yōu)化，從而讓結(jié)構(gòu)優(yōu)化能夠在強(qiáng)風(fēng)的作用之下滿(mǎn)足舒適度以及安全性的，這樣才能達(dá)到結(jié)構(gòu)造價(jià)最為節(jié)省的目標(biāo)優(yōu)化。這種方法不需要添加任何的阻尼設(shè)備，也不需要改變超高層建筑物的原有外觀，所以這是一種沒(méi)有副作用的現(xiàn)代化抗風(fēng)化設(shè)計(jì)優(yōu)化方案。超高層建筑物抗風(fēng)化設(shè)計(jì)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，是可以以最合理的運(yùn)用材料的自身特性，讓高層建筑物nebula的個(gè)單元得到最優(yōu)化的協(xié)調(diào)，并且具有規(guī)范性的安全度。與此同時(shí)，其還能讓高層建筑物整體的設(shè)計(jì)優(yōu)化方案進(jìn)行合理的決策性意見(jiàn)，這樣也是實(shí)現(xiàn)建筑物設(shè)計(jì)能夠達(dá)到經(jīng)濟(jì)，使用的原則問(wèn)題，超高層建筑結(jié)構(gòu)抗風(fēng)化優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究是具有非常重要的理論意義和運(yùn)用價(jià)值的。

2.2 超高層建筑結(jié)構(gòu)抗風(fēng)化設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

隨著我國(guó)建筑物的高度不斷提升，東路荷載效應(yīng)也得到了越來(lái)越多的重視程度，現(xiàn)目前結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的問(wèn)題研究逐漸擴(kuò)展到動(dòng)力荷載領(lǐng)域。相關(guān)學(xué)者研究了動(dòng)力荷載之下的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，所研究的對(duì)象是一種簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，其桿件的數(shù)量大小以及結(jié)構(gòu)自由程度都是非常少的，然而在超高層建筑動(dòng)力優(yōu)化設(shè)計(jì)領(lǐng)域，現(xiàn)目前已經(jīng)有研究集中抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)方面了。有關(guān)學(xué)者研究了地震荷載之下作用中用結(jié)構(gòu)層之間唯一為約束下的超高層建筑抗震設(shè)計(jì)優(yōu)化方案和超高層建筑抗風(fēng)化設(shè)計(jì)優(yōu)化方案，這些問(wèn)題中，都是對(duì)建筑物具有現(xiàn)實(shí)研究意義的，只有將優(yōu)化設(shè)計(jì)方案運(yùn)用在建筑物中，才能讓建筑物在實(shí)際使用中的價(jià)值得以體現(xiàn)。超高層建筑抗風(fēng)優(yōu)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)，可以最為合理的運(yùn)用材料的自身特性，讓建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部各部分得到最為優(yōu)化的協(xié)調(diào)，并且讓其具有一定程度的安全性。自結(jié)構(gòu)優(yōu)化理論的提出，這一理論就快速的得到了建筑工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域的廣泛運(yùn)用上，并將其成功的運(yùn)用在航空和汽車(chē)制造等諸多領(lǐng)域，將結(jié)構(gòu)優(yōu)化理論充分運(yùn)用在現(xiàn)目前我國(guó)超高層建筑物優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，還是運(yùn)用較少，尤其是將其運(yùn)用在相對(duì)復(fù)雜的超高層建筑結(jié)構(gòu)當(dāng)中的更為少見(jiàn)，鋼筋混凝土柱中超高層建筑抗風(fēng)化優(yōu)化設(shè)計(jì)理論主要是運(yùn)用在實(shí)際建筑工程當(dāng)中，這樣做是為我國(guó)建筑工程提供相應(yīng)的技術(shù)支撐。

3 鋼管混凝土框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方法

對(duì)于高層建筑抗風(fēng)優(yōu)化，我們主要從表面維護(hù)結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)，維護(hù)結(jié)構(gòu)主要指的是建筑物外表面的圍擋物，比如窗，門(mén)，墻體等。而對(duì)于現(xiàn)代化超高層建筑而言，其主要的維護(hù)結(jié)構(gòu)大多都是幕墻和玻璃，這些建筑物抗風(fēng)設(shè)計(jì)相對(duì)較簡(jiǎn)單，其朱啊喲是通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)測(cè)試出其表面風(fēng)壓系數(shù)，從而去計(jì)算出作用在維護(hù)結(jié)構(gòu)之上的風(fēng)壓系數(shù)，再通過(guò)這些風(fēng)壓系數(shù)在對(duì)維護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化。但是，在現(xiàn)實(shí)建筑結(jié)構(gòu)工程當(dāng)中，我們更加管理的主體結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，主體的結(jié)構(gòu)指的是抵抗外來(lái)強(qiáng)風(fēng)的結(jié)構(gòu)體系，比如超高層建筑物當(dāng)中所常用的框架，核心筒體系等。主體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化抗風(fēng)設(shè)計(jì)是關(guān)乎人們的生命財(cái)產(chǎn)安全的，表面維護(hù)風(fēng)化優(yōu)化結(jié)構(gòu)如果出現(xiàn)問(wèn)題還能及時(shí)的對(duì)其進(jìn)行改善措施，然而當(dāng)主體出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，這可能就是毀滅性的破壞。建筑物主體結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)其實(shí)是對(duì)于主體結(jié)構(gòu)體系在風(fēng)荷載作用之下每個(gè)方向所發(fā)生的位移響應(yīng)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算和分析，從而在對(duì)結(jié)構(gòu)方案的安全度和舒適度進(jìn)行相關(guān)驗(yàn)證，又或者是在優(yōu)化結(jié)構(gòu)不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求時(shí)，在為結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行校正在提出相關(guān)意見(jiàn)這樣才能達(dá)到結(jié)構(gòu)抗風(fēng)要求的完整過(guò)程。

3.1 增大截面法

增大構(gòu)建的截面面積，從而提升承載能力以及截面的剛度，改變自振的頻率程度，從而去減小結(jié)構(gòu)的動(dòng)力風(fēng)荷載效應(yīng)，大部分用于加固結(jié)構(gòu)中的板，梁以及柱結(jié)構(gòu)當(dāng)中的柱以及屋架和磚柱，磚墻等。這種方法可以有效的減小其使用空間，增加結(jié)構(gòu)的自身重量。

3.2 外包鋼加固法

在結(jié)構(gòu)構(gòu)建周?chē)孕弯撨M(jìn)行相應(yīng)的加固，分干式外包鋼以及濕式外包鋼這兩種形式。在保持原構(gòu)建截面尺寸的同事還能有效的提升構(gòu)建承載力，剛度和韌性度，主要實(shí)用在混凝土柱和屋架以及磚窗墻等結(jié)構(gòu)構(gòu)建的加固當(dāng)中，但是其鋼用量是非常大的，維修費(fèi)用也相對(duì)較高。

4 超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化

第一，耗能減振系統(tǒng)的設(shè)置，在設(shè)計(jì)高層建筑非承重構(gòu)建時(shí)，可以充分運(yùn)用耗能減振系統(tǒng)來(lái)減少風(fēng)荷載對(duì)于建筑物的相應(yīng)作用，該系統(tǒng)由于耗能剪刀強(qiáng)，支撐，樓板，梁柱等組成，該減振系統(tǒng)的設(shè)置在結(jié)構(gòu)合理設(shè)計(jì)基礎(chǔ)之上，還必須要采用粘彈性較大的阻尼原材料，這樣有利于提升其耗能減振的效果。第二，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，抗風(fēng)結(jié)構(gòu)是需要建立在結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定基礎(chǔ)上的，一方面是要在基礎(chǔ)持力層底部設(shè)置抗拔錨桿，再通過(guò)錨桿桿體制作安裝，錨桿鉆孔以及灌注漿液等，這樣有利于提升抗拔錨桿的實(shí)用效果，另一方面是要充分運(yùn)用級(jí)配較高的砂石，從而有利于保證回填材料的密度能夠達(dá)標(biāo)，這樣有利于防止水平作用力對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)傾覆性的威脅，從而讓建筑物地下室的基礎(chǔ)更具抗拔強(qiáng)度。

結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，我國(guó)城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，在城市中也逐漸出現(xiàn)越來(lái)越多的超高層建筑，作為超高層建筑物的結(jié)構(gòu)抗風(fēng)化優(yōu)化設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，其應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)提升自身的綜合能力，要重視結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的相關(guān)研究成果，并且結(jié)合實(shí)際建筑施工的要求，通過(guò)大量的建筑工程驚嘆積累，并且在超高層建筑抗風(fēng)化優(yōu)化設(shè)計(jì)當(dāng)中設(shè)計(jì)出安全可靠，科學(xué)經(jīng)濟(jì)合理的超高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

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