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關(guān)于高層建筑框剪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)論文
1.傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的必要性
傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shè)完成后的工程結(jié)構(gòu)存在一些缺點(diǎn)，例如質(zhì)量大、造價(jià)高等，這與其設(shè)計(jì)過程密不可分。一般而言，傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)遵循以下程序：參照——估計(jì)——分析——驗(yàn)算——調(diào)整。也就是所使用的設(shè)計(jì)方案是在已有工程設(shè)計(jì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上提出來的，之后，在從強(qiáng)度、剛度以及穩(wěn)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(yàn)算結(jié)構(gòu)不滿足要求就要進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)整。然而該驗(yàn)算時(shí)所假定的計(jì)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(shè)計(jì)時(shí)迫于時(shí)間及結(jié)構(gòu)計(jì)算的復(fù)雜性往往決定了調(diào)整的次數(shù)是有限的，因而設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)雖然與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有一樣的設(shè)計(jì)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(jì)性是其設(shè)計(jì)的主要目的。并且產(chǎn)品的高經(jīng)濟(jì)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(jià)最低等三個(gè)方面進(jìn)行衡量的。而且，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的一個(gè)最大特點(diǎn)是對設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的一系列問題按照數(shù)學(xué)規(guī)劃的方式對其解決，然后再利用計(jì)算機(jī)，對眾多方案進(jìn)行比較，并從中選出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案，這是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)過程所不能比擬的。框架一剪力墻結(jié)構(gòu)以其良好的受力性和適用性在現(xiàn)代高層建筑領(lǐng)域中應(yīng)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(jià)、提高建筑質(zhì)量有著重要的指導(dǎo)意義。然而目前在《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》中，對高層建筑的結(jié)構(gòu)選型、合理布置等的相關(guān)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(shè)計(jì)提供了充足的設(shè)計(jì)理由。
2.抗震性能的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
首先，為了有效提高高層建筑的抗震性能，可以將剪力墻設(shè)計(jì)成四周有梁柱的并且?guī)в羞吙虻膲�。主要是因�(yàn)�，邊框墻可以使斜裂縫向相鄰墻面擴(kuò)展的現(xiàn)象得以避免，而且當(dāng)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(shè)計(jì)的邊框還能夠?qū)σ驂ι硗褜吙蛄褐a(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(shè)計(jì),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(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(dāng)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(shù)都高于8，滯回曲線的飽滿度也比較高；當(dāng)跨高比降至1時(shí)，延性系數(shù)則也會隨之降低，達(dá)到3，并且滯回曲線遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離飽滿度，最終導(dǎo)致彎剪遭到破壞。因此，需要對其組成和構(gòu)造進(jìn)行相應(yīng)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(cè)各埋置一個(gè)開有橢圓形螺栓的鋼板，最后用高強(qiáng)螺栓將兩個(gè)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(dǎo)致兩鋼板有相對滑動(dòng)現(xiàn)象的發(fā)生，此時(shí)就會使剛性橋梁工作時(shí)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(shè)計(jì)技術(shù)
在現(xiàn)階段的高層建筑中，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(yīng)用，主要是因?yàn)樵摲N結(jié)構(gòu)不僅具有較強(qiáng)的抗側(cè)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(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中出現(xiàn)的一些問題會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)方案存在缺陷,致使浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重。因此，在設(shè)計(jì)中應(yīng)該對框剪結(jié)構(gòu)的受力和變形特點(diǎn)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(jìn)行分配。
4.高層建筑框剪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化
框剪結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)中，經(jīng)常會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)不規(guī)則的情況此時(shí)相關(guān)設(shè)計(jì)人員需要對結(jié)構(gòu)模型進(jìn)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(jìn)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(shè)計(jì)人員將對剪力墻結(jié)構(gòu)布置的調(diào)整轉(zhuǎn)變?yōu)閷B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(jì)算調(diào)整工作并未達(dá)到令人滿意的效果。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(jié)構(gòu)的應(yīng)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(shè)計(jì)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(xiàn)的節(jié)點(diǎn)，在該節(jié)點(diǎn)附近對整個(gè)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(diǎn)的局部進(jìn)行調(diào)整，只不過是重復(fù)第一次調(diào)整的錯(cuò)誤。為了達(dá)到更好的效果，應(yīng)該對其整體進(jìn)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(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)，同時(shí)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(guān)注。這樣才能夠使墻肢應(yīng)力分配的不均勻性得到改善，達(dá)到良好的調(diào)整效果�？傊蚣艚Y(jié)構(gòu)在結(jié)合兩種不同結(jié)構(gòu)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，有效避免了各自的缺陷，為復(fù)雜系數(shù)越來越高的商業(yè)高層建筑提供了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的可行性，從而在工程上得到了廣泛的應(yīng)用。綜上所述，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該從整體方面對結(jié)構(gòu)布置進(jìn)行調(diào)整，從而更好的完成該類結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)計(jì)算工作。只有在建筑要求極為嚴(yán)苛，并且是不得已而進(jìn)行的情況下，才可對工程設(shè)計(jì)進(jìn)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(jìn)行優(yōu)化，使其達(dá)到更完美、更規(guī)則的調(diào)整效果。
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