關於高層建築框剪結構設計論文

1.傳統的結構設計的必要性

傳統的結構設計方法一個很大的侷限在於所按照要求得到的截面並非是最佳截面，而且建設完成後的工程結構存在一些缺點，例如質量大、造價高等，這與其設計過程密不可分。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踐經驗的基礎之上提出來的，之後，在從強度、剛度以及穩定性等多個方面採用力學分析的方式對其進行安全校核，如果驗算結構不滿足要求就要進行設計調整。然而該驗算時所假定的計算模型難以保證合理，最後得到一組截面，在很大程度上取決於最初假定的誤差程度，再者，設計時迫於時間及結構計算的複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品難以保證是最優的。而結構的優化設計雖然與傳統的結構設計有一樣的設計過程，但產品的良好性能、產品所具備的的高安全性以及高經濟性是其設計的主要目的。並且產品的高經濟性與高安全性是從結構的體積最小、質量最輕以及產品造價最低等三個方面進行衡量的。而且，結構優化設計的一個最大特點是對設計中出現的一系列問題按照數學規劃的方式對其解決，然後再利用計算機，對眾多方案進行比較，並從中選出最優的設計方案，這是傳統設計過程所不能比擬的。框架一剪力牆結構以其良好的受力性和適用性在現代高層建築領域中應用非常廣泛。現階段，隨着建築行業的快速發展，高層建築物的數量只增不減，面對這種情況，框架—剪力牆結構的合理選擇以及優化對降低造價、提高建築質量有着重要的指導意義。然而目前在《高層建築混凝土結構設計規程》中，對高層建築的結構選型、合理佈置等的相關規定尚未完善，存在一些不足，這就為高層框架結構的優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築的抗震性能，可以將剪力牆設計成四周有樑柱的並且帶有邊框的牆。主要是因為，邊框牆可以使斜裂縫向相鄰牆面擴展的現象得以避免，而且當牆板遭到破壞後，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牆身通裂對邊框樑柱而產生的附加剪力起到承載的作用。其次，對每肢牆的高寬比進行合理的控制。雙肢牆或多肢牆的設計,可以使出現在結構豎縫和洞口連樑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牆體過早屈服現象的發生。最後，剪力牆的剛性連樑，其跨高比一般為1。當連樑的跨高比為5時，具有較好的延性和耗能，並且連樑兩端相對豎向位移的延性係數都高於8，滯回曲線的飽滿度也比較高；當跨高比降至1時，延性係數則也會隨之降低，達到3，並且滯回曲線遠遠偏離飽滿度，最終導致彎剪遭到破壞。因此，需要對其組成和構造進行相應的改進。即在樑高的一半位置處留一水平通縫，並在縫的上、下兩側各埋置一個開有橢圓形螺栓的鋼板，最後用高強螺栓將兩個鋼板連結在一起，從而使連樑具有一定的“剛性”功能。如果在大震的作用下,導致兩鋼板有相對滑動現象的發生，此時就會使剛性橋樑工作時跨高比由1變為2，並且延性係數提高了3倍多。

3.高層框剪結構設計技術

在現階段的高層建築中，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，框架結構以及剪力牆結構。高層框剪結構在高層建築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，還能為建築的使用提供一個更大的平面空間。但是在對該結構進行設計的過程中出現的一些問題會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引起高度的重視。高層框架結構主要是由樑柱線性杆件組成的。剪力牆和豎向懸臂彎曲結構相似,並且呈彎曲變形。在剪力牆結構中,所有抗側力構件具有的抗彎曲剛度較大,並且側移變形相同，其中水平力按其等效剛度EI比例進行分配。

4.高層建築框剪結構的設計優化

框剪結構在設計中，經常會出現結構不規則的情況此時相關設計人員需要對結構模型進行調整直至符合要求。在調整過程中，首先對剪力牆結構的佈置進行調整。但是由於調整的方式與建築要求不相符，而取消該種調整方式。在這種情況下，設計人員將對剪力牆結構佈置的調整轉變為對連樑和局部牆厚的微調。由此可見，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並未達到令人滿意的'效果。以該工程為例，只對某一部分連樑的進行放大，這樣只是使整個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後不良結果的產生。因此，在對高層建築框剪結構的設計優化中必須有一個整體的概念。即首先要找出最大位移出現的節點，在該節點附近對整個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的局部進行調整，只不過是重複第一次調整的錯誤。為了達到更好的效果，應該對其整體進行考慮，從牆肢厚度到連樑剛度以對稱性的方式地對其結構進行調整和改進，同時對連樑和與牆連接的框架樑對整體結構的受力協調作用引起高度的關注。這樣才能夠使牆肢應力分配的不均勻性得到改善，達到良好的調整效果。總之，框剪結構在結合兩種不同結構優勢的基礎上，有效避免了各自的缺陷，為複雜係數越來越高的商業高層建築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佈置進行調整，從而更好的完成該類結構設計的相關計算工作。只有在建築要求極為嚴苛，並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。在建築條件允許的情況下，可以對結構的整體佈置不斷進行優化，使其達到更完美、更規則的調整效果。