近年来,我国的城市化发展进程越来越快,高层建筑在人们的生活工作中的应用越来越广泛。高层建筑的结构设计系统颇为复杂,要综合参考多个影响因素,除了要满足建筑设计的科学性和合理性,还要满足抗震、抗风等安全性要求。
1 高层建筑结构设计概述
1.1 高层建筑结构的特征
高层建筑结构由于其自身特有的特点,需要承受多重载荷,包括:水平方向的风荷载、垂直方向的荷载等等,同时还要对抵抗地震的能力提出特殊要求。通常情况下,建筑结构在水平方向受到的影响相对较弱,但是对于高层建筑来说,外界的地震或是风产生的影响才是主要影响因素。而且,建筑结构越高,高层建筑的位移增加就越快,这种位移会影响到住户的舒适度,同时还会影响的建筑的安全性和实用性,建筑结构中的结构构件和非结构构件都很容易发生损坏。所以,高层建筑结构的设计要首先考虑将侧移控制在规定的标准之内,同时,抗侧力结构的设计也是高层建筑结构设计的核心内容。
1.2 高层建筑结构设计的原则
(1)合理的计算简图
高层建筑结构设计中的计算要参照计算简图,所以若是没有选择合理的计算简图很可能导致结构事故,选用合理的计算简图是保证设计安全的前提。计算简图也要采用合适的构造方法,来保证建筑安全。在实际的结构设计中,结构节点除了刚节点和铰节点以外,还有其他节点,这些节点的设计要保证在计算简图允许范围之内。
(2)合理的高层建筑结构基础设计
选择基础设计要参考当地的地质条件,并对高层建筑上部分的结构类型和荷载分布进行综合分析,考虑施工过程中的内外部条件,在对相邻的建筑物的影响进行假设式分析,进而选定合理的高层建筑结构基础方案设计。选好的基础方案要能充分发挥出地基的潜力,在施工前要对地基进行变形性试验,确定基础方案的可行性。这个过程需要安排勘测人员给出详实的勘测报告,具体的格式可以参考类似的建筑物。通常情况下,相同结构的单元建筑要采用相同的基础方案。
(3)合理的高层建筑结构方案
高层建筑结构方案应该综合满足经济性、结构形式、结构体系的要求。其中,结构体系的基本要求就是,方案设计要满足受力明确和传力简单的条件。同样的,对于相同的结构单元,要选用同样的结构体系。若是高层建筑设计处于地震区,那么应力还要满足平面和竖向两方向的规则。地质条件和工程设计需求都考虑到以后,还要合理协调水、电、暖气等方面,综合选出合理的结构方案。
(4)准确分析计算结果
随着科技的不断发展进步,计算机软硬件技术被应用到了建筑结构的设计中。目前,市场上存在种类繁多的计算软件,应用不同的软件计算同一组数据,也有可能得到不同的结果。因此,建筑结构设计师必须充分了解软件的应用范围和使用条件以后,才能确定合适的用于计算的软件。考虑到实际建筑结构和计算机的程序设计不一定是完全相符的,采用计算机进行辅助设计时,可能会出现数据输入错误或是软件本身出现缺陷的问题,导致计算结果不准确。所以,结构设计人员通过计算机得到计算结果以后,还应该对其进行校核,判断其准确度,得出相对准确的计算结果。
(5)采用相应的构造措施
高层建筑结构设计的基本原则是加强剪切力、压力、柱,减弱弯变、拉力、梁。所以,在高层建筑结构设计的过程中,主要就是要对薄弱的环节加强,对钢筋执行段锚固长度给出足够的重视,同时,对构件的延性、温度对于构件的影响加强重视。
2 CAD技术的发展
上文中提到,建筑结构的设计中引入了计算机技术,用于辅助设计师工作。最具有代表性的就是CAD技术。CAD技术刚刚被引入到建筑设计中来时主要是先模仿传统的设计工具,软件界面中只是简单的图纸、图版、笔、橡皮等小工具的使用。例如:AutoCAD目前仍然在使用Paper Space的概念。
近年来,CAD技术得到了迅猛的发展,我国的建筑结构设计和CAD制图软件之间得到了很好的结合,对于平面和空间结构的分析计算问题已经能够很好的解决。通常情况下,只要是建筑结构设计用的分析程序,都设有CAD接口,计算结果可以直接通过图形表达出来,设计人员的工作压力有效减低。以CAD技术为核心,我国已经开发出了多种CAD制图软件,应用到了建筑工程的多个专业,借助该软件设计人员可以轻松地完成建筑结构设计工作。CAD系统包括硬件部分和软件部分,硬件主要有:运算处理、图形显示、外部储存、输入输出设备,另外还包括用于传送信息的硬件平台;软件主要有:系统软件、专业软件、图形汉字软件。
CAD软件的功能强大,操作性很强,容易学习,同时具备开放型的软件结构,使用的过程中还能不断扩充完善,所以,在广大领域得到了广泛的应用。例如:平面设计中,楼梯、室外节点、阳台等设计都可以采用CAD技术。只要在软件中输入楼梯的梯段的宽度和步数,就能直接生成任意形式的楼梯表达,剖面图也能自动生成。这类功能有效的将设计师们从繁重的工作中解放出来,能够将精力放到更有意义的工作中。CAD技术不断发展完善,建筑结构的设计人员对于CAD系统的要求也在逐步提高。新开发出的三维CAD系统直观性更强,工作效率更高,对于CIMS工程中的各个环节可以提供完整的设计和信息管理,将来必然会取代纯二维CAD系统。
在高层建筑结构设计中,结构优化和设计评估采用了TB-CAD技术。TB-CAD的设计理念是采用优化策略解决传统的结构设计问题。例如,对于某项结构指导方案的设计,可以对已有的设计方案和新设计的方案进行评估,找出更加优化的方案,有效降低成本和人力物力的花费。采用TB-CAD的优化设计可以有效满足建筑设计中所有的规范要求。例如:某高层建筑结构设计,要求六层以下是商用,七层以上作为住宅,采用1.5m厚的转换板进行楼层转换。该建筑结构方案的设计中最重要的就是抗侧力体系的设计,采用TB-CAD的优化功能可以帮助设计师找到一个优化的结构平面设计方案,建模功能可以直接将CAD矢量图中的建筑墙线转变成结构墙。
3 结束语
当今时代是一个信息时代,计算机技术也被全世界认作本世纪最核心的技术,在各大领域都得到了广泛的应用。在高层建筑结构的设计中,计算机技术的应用还需要进一步发展探索。
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