高层建筑结构设计及优化方法研究

(整期优先)网络出版时间:2023-04-26
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高层建筑结构设计及优化方法研究

王衡

洲宇设计集团股份有限公司,四川省成都市,610000

摘要:在现阶段我国建筑行业快速发展背景下,建筑工程项目整体复杂性更为突出,尤其是面临着更高应用要求,前期规划设计工作面临较大挑战,要求予以适应性处理。建筑结构作为整个建筑工程项目中比较关键的构成部分,必然也就需要切实做好优化设计工作,以便促使相应建筑结构体系更为合理协调,由此对建筑工程项目应有作用的发挥做出贡献。

关键词:高层建筑;设计;优化;方法

引言

在建筑工程项目建设中,结构体系的重要性较为突出,只有确保相应结构体系较为安全可靠,才能够有效实现对于相应建筑工程项目后续使用效果的保障,解决可能出现的结构隐患问题。对于建筑结构安全性的保障而言,从前期设计环节着手予以优化控制极为必要,要求确保建筑结构设计方案较为合理可行,进而在准确指导后续项目施工建设的基础上,确保建筑结构体系更为安全可靠。

1建筑结构设计的原则

1.1功能性原则

建筑作为人们日常生活和工作主要载体,是人们生存和发展的重要保障。现代社会,人们生活物质、精神文化需求不断改变,对建筑物的需求不再局限于居住、学习、工作等,提出了更多功能性需求,对建筑外观、建筑舒适度、生态性和智能化程度等也有了一定的要求。因此,建筑结构基础设计应充分考虑这一需求及未来发展方向,注重功能性设计原则,确保地基基础能够满足新型建筑地基承载力的需求。

1.2协调性原则

建筑结构的基础设计方案直接影响建筑物的安全。在进行基础设计时,基于建筑整体,协调建筑结构的刚度和延性设计,满足建筑低承载力和高延性的设计思想,避免遭遇突发自然灾害时,建筑结构刚度过强,承载力骤增引发的建筑损坏或倒塌,或结构刚度过小时导致的建筑物变形。同时,注重多个结构构件的有效协调,形成多道防线,构成统一的结构整体,有效分解和消除外力,保持建筑物的完整性。

2高层建筑结构设计及优化方法

2.1超高层建筑抗水平力设计要点

计算总体分析要求,利用结构概念设计的理论要求总体判断,建立合适的结构模型是根本指导原则。在此基础上,选择合适的计算参数,按实际受力特点进行计算假定,计算结果出来后应进行分析其合理性(绝对不能完全依赖电脑)。计算参数选取应重点关注的内容有,连梁的单元形式(杆单元或壳),巨柱采用杆单元或壳,强单元最大单元尺寸,楼板单元的选取形式,阻尼比选择,连梁刚度的折减,周期折减系数,最不利地震方向(正方形增加45°),最不利风荷载方向,嵌固端的选取,是否考虑P-△效应,偶然偏心影响,定义特殊构件,混凝土柱的计算长度系数(地下室、悬臂梁)以及施工模拟方式等。计算结果出来后的总体判断内容,包括质量和荷载沿高度分布的合理性分析,振型、周期、位移形态和量值合理性分析,沿高度方向的地震作用分布合理性分析,单工况下总体和局部力学平衡条件是否满足,对称部位构件的内力及配筋是否相近,不同软件计算结构对比,受力复杂构件(如转换构件等)内力与应力分布与概念、经验是否一致等等。

2.2桩基工程载荷试验

在完成桩基建设后进入了检测器相关性能的环节,确保桩基在投入使用后能与设计构想相符合。检测通过后桩基方可确定顺利完工。鉴于影响桩基实际承载力的因素有很多,且多种影响力下会导致桩基承载力产生一定的变化,因此,在施工前要求相关人员以预期数值为根据推测桩基承载力,在施工结束后通过静荷载方式准确分析桩基承载力数值,为成功验收工程提供保障。在静荷载检测中,首先需要限定桩基,初期设计桩基的阶段中由于是以对应的标准为根据展开设计,所以在静荷载检测时可确定检测目标数值为设计中的静荷载指数,以该数据值对比实际检测获取的数值后,通过对比结果判断单桩极限承载力。同时,以试验结果为根据精细设计桩基,突出设计桩基的实用性。

2.3基础结构设计

在建筑结构安全性设计中,基础结构作为比较关键的组成部分,同样也直接关系到最终建筑工程项目的安全性,要求设计人员能够予以针对性设计处理,以便促使相应结构体系更为安全可靠,解决可能出现的严重基础结构失稳风险。为了确保建筑基础结构的设计更为安全可靠,设计人员应该首先全面分析了解场地状况,尤其是对于土层分布、地下水以及不良地质问题,都需要进行详细分析,以便较好实现对于相应基础结构的优化布置,最终体现出较强的适应性效果。在建筑基础结构设计中,为了增强整体安全性,往往还需要重点考虑到基础选型以及持力层的确定,以便促使相应结构体系更为可靠,能够对于上部结构体系形成有力支持,解决基础结构方面的不稳定或者是不均衡出现的隐患问题。

2.4BIM技术应用策略

2.4.1工程构造及现场的剖析

在进行建筑结构的规划时,不仅要考虑到用户的需要,还要考虑施工场地的特殊性。由于施工现场地质环境、水文条件等因素的存在,对施工方案的选择有一定的指导意义,因此,BIM技术的应用是非常必要的。利用BIM技术和GIS相结合,可以充分地反映出施工现场的特征,使设计者可以在仿真的条件下进行施工,使其符符合施工现场的结构需求,从而确保其合理地设计。

2.4.2建筑结构性能分析

建筑结构性能主要是指建筑自身的抗震性以及牢固性等,在针对当前结构设计的过程中,设计人员必须保障建筑各个相关部分能够结合在一起,从而形成一个建筑的整体,保证建筑结构的抗震性符合标准。针对该问题,可以有效利用BIM技术进行全面分析,将建立完毕的BIM模型相关数据导入到软件中,借助软件对模型进行快速的分析,从而明确当前建筑设计的整体效果。相比较于传统技术而言,BIM技术的使用改善了以往存在的不足,能够大幅度降低数据分析的时间,同时还能接受人力资源的使用,且其系统自身具有较高的精确性,能够为设计人员带来较好的参考价值。

2.5转换层截面设计

截面设计主要有“托柱型”和“托墙型”两种模式,其中托柱型截面设计还需要对截面面积及配筋情况进行精准计算和科学设计。在截面设计过程中,主要应当对转换层横梁的截面尺寸,依据剪压比进行详细计算,从而把握好截面的承载能力,以免在施工和后续使用过程中出现脆性破坏等影响建筑质量的问题发生。具体的设计参数,主要需要考虑抗震系数、配筋率、含箍率等,如含箍率一般应当按照剪力设计值乘以放大系数1.2,并且对于主筋长度及接头也有着硬性的要求。设计时,应当尽可能地避免开洞等操作,由主筋进行上、下部的贯通衔接,并通过箍筋加以固定,必要时可以在梁中或者梁轴附近进行开洞,从而提高截面整体的抗剪系数。

2.6转换层框支梁设计

框支梁的应用在转换层结构设计中主要应用梁式设计形式,其通过支梁来承受高层建筑上下部结构的压力,以及转换层内部受力,实现对建筑各方作用力进行统筹应对,从而更好地保证高层建筑的整体稳定性。通常情况下,框支梁的宽度、高度和跨度是设计参数中的重点和难点,尤其是宽度与高层建筑的墙体厚度有着密不可分的联系,因而设计结构十分复杂,必须综合各方参数才能够确保框支梁发挥最大的作用。

结语

在满足建筑需求和设计标准的基础上,尽可能优化高层设计,提升基础设计质量,从而提升建筑整体建设效果。

参考文献

[1]乔凤娇.浅谈具备抗震功能的民用建筑结构设计[J].建材与装饰,2018,40:93-94.

[2]黄峰.民用建筑结构设计中的基础设计分析[J].住宅与房地产,2019,24:65.

[3]高嘉雁.民用建筑设计中的绿色建筑设计探思[J].全国性建材科技期刊———陶瓷,2022(9):108-110.