不规则高层建筑结构设计的研究与应用

不规则高层建筑结构设计的研究与应用

张航

重庆大学建筑规划设计研究总院有限公司  重庆市  400000

摘要：近年来，我国的城市化进程有了很大进展，城市高层建筑越来越多。为解决当前高层建筑结构设计中存在不规则结构抗震性能差的问题，本文首先分析结构设计，其次对高层建筑结构设计不规则性研究，从而促进高层建筑整体安全性提高。

关键词：高层；不规则性；结构；应用；建筑；设计

引言

城市化进程不断加快背景下，我国房地产行业呈现出了迅猛发展的态势，在社会发展中发挥着支柱作用。不过也因此引发了激烈的市场竞争，原本粗放式的发展模式暴露出的问题越来越多，对建筑产品的质量提出了更高的要求。在建筑工程设计过程中，施工单位要摒弃传统落后的设计理念和设计方案，充分运用 BIM 技术，创新设计更科学的建筑工程，推动建筑工程产业的进一步发展。

1结构设计

建筑工程结构设计要根据施工的地区的地质勘测报告进行确认,配合相应的结构形式做好抗震防裂、建筑防火等方面工作,随后组合系数标准值确定施工参数。在设计时应遵循相关准则,考虑全过程控制方面,分析建筑物整体的美观性、合理性和安全性,并结合实际进行相应优化,确保能够符合实际需求。结构设计管理中要从标准规范入手执行工作,避免出现管控不当出现结构缺陷问题,从而不断提高项目建设的整体质量。结构设计也是决定后续投入使用寿命的基础保障之一,需要在保证住宅建筑质量和结构安全的基础上开展结构设计优化,从而大幅度提升施工中原材料利用率,提升建筑的使用性能,满足人们的实际需求。

2高层建筑结构设计不规则性研究

2.1荷载传力直接

在高层建筑结构当中，荷载传力直接是指通过最直接、快捷的方法，将建筑承受的负荷从负荷的作用点转移到最后的持力点。基于荷载传力，对建筑楼面盖梁结构、竖向构件、转化结构进行布置。在对建筑楼面盖梁结构布置时，应当在竖向构件墙、柱上，应尽可能地将竖向荷载通过最短的路径进行传递。应该清楚地认识到，在正常工作状态下，竖向荷载的传递并非由人工计算假设，而是由结构的竖向刚度来传递，即刚性较大的构件会受到较大的载荷，这一点在结构设计中尤为重要。在对竖向构件布置时，为防止竖向构件间压应力的二次传递，应尽可能地将竖向构件的压应力保持在同一水平，从而防止竖向构件间的压应力发生二次传递。在垂直载荷作用下，竖向构件的压力水平调节和协调问题非常复杂，这与实际结构的构造过程有关，而实际的纵向加载作用时间、混凝土材料的徐变和收缩特性等因素的影响非常复杂，因此需要结合具体情况详细分析影响荷载传力的各个因素，从而确定最合理的荷载传力结构。

2.2参数优化

当建筑工程的结构外形发生变化时，几乎所有的图纸都需要改动，可谓牵一发而动全身，而BIM技术拥有良好的参数优化功能，能有效避免上述问题。基于BIM技术的建筑结构模型使用参数化的三维模型以及相关信息，对所有的结构单元进行精准可靠的描述，使得点、线、面等元素成为三维建筑结构的梁、柱等构件，当设计师调整某一个构件时，或者更改某项参数时，整个建筑结构三维模型能在极短时间内完成更新同步，显著提高了建筑图纸的优化更新速度。BIM技术拥有“族”功能，能将二维建筑结构设计中的关键性构件信息（如材料信息、逻辑信息、构件特征、构建模型等）融合起来并存储到数据库中，使软件中的建筑结构模型与现实中的建筑材料设施保持同步。这样设计师优化建筑结构就不需要频繁地改动二维图纸信息，能将其从繁忙的设计工作中解脱出来，提高建筑结构设计效率和质量。

2.3建筑结构内力计算

在建筑结构设计中,针对框架结构需要进行内力计算,将各区格按双向板考虑,计算范围内的其余荷载通过纵梁以集中荷载的形式传给框架柱,要求杆端弯矩以绕杆件顺时针方向旋转为正。如为剪力墙结构,则在设计中需要考虑水平和垂直下的钢筋设计中结合计算的有关数据选择适宜的钢筋,使结构在不同方向上的受力均匀,通过BIM+建造管理平台在窗口中进行信息的浏览和管理,可以将模型中工序、要求等提前录入,通过手机APP进行现场数据采集,融合物联网、大数据、5G通信等,最后在管理平台内处理数据,使设计实现深度优化。

2.4有效分析结构的抗侧刚度

建筑物的抗侧刚度会受到的墙厚或外侧墙后调整的影响，在建筑结构设计和分析的过程当中需要结合《高层建筑混凝土结构技术规程》分析超高层建筑的抗水平剪力标准，保障其抗侧刚度。如果框架核心筒或筒中筒结构无法有效满足抗侧刚度标准，则可以通过设置设备层或避难层的方式在外框或外框筒周边设置环形桁框，也可以通过设置水平伸臂桁框的方式加以解决，进而更好地保障建筑结构的勘测高度满足结构变形要求。

2.5建筑空间利用

对于高层建筑结构的设计，必定设计空间利用问题。将各个建筑构件与建筑做到巧妙融合，是在高层建筑中，是否充分地利用空间的一个重要指标。扁梁框架、宽扁梁框架在高层建筑中的运用，既能提高建筑的空间利用率，又能有效降低楼层的高度、改变结构的延性。在高层和超高层建筑中，通过在避难层和设备层上安装刚性加强层，既能保证结构的侧向刚度，又能保证建筑的平面利用率和使用空间，还能保证建筑的空间利用率。由于过于注重局部或构件的合理性，忽视总体的合理性，使得结构占据很大的空间，降低了建筑的平面利用率，影响建筑的使用，甚至还出现了高层建筑的超高层，这就增加了造价。因此，综合上述分析在高层建筑中，应当从整体到局部，对空间利用的合理性进行全分析，并确保每个构件都能同时承担竖向和横向的载荷。在高层建筑中，要充分利用每个单元的空间抗侧力，以此得到一种良好的结构设计方法。

2.6计算阶段评价方法

在结构计算阶段，设计人员需要结合结构受力特征，将其转化为计算模型，确定模型和实际结构存在的误差，在后续工作中做出相应调整，以保证计算结果的准确度。结构设计阶段，可以对照方案设计得到的成果，做好调整和细化，选择恰当的计算软件，同时也需要对计算参数进行合理选择，以保障计算结果的可靠性，确定好建筑的基本结构形式以及构件尺寸。结构计算阶段同样需要确定相应的质量评价标准，针对计算参数合理性进行研究，包括混凝土容重、周期折减系数、计算振型个数、中梁刚度增大系数等，同时也需要做好计算结构分析，关注层间位移角、结构扭转周期比、位移比、质量比、风振加速度等计算结果的合理性，确保其能够满足建筑结构设计相关规范的要求。

结语

超高层建筑在缓和人地矛盾、满足人们居住生产需求上起到了至关重要的作用，落实超高层建筑施工可以更好地提高土地利用率，而在超高层建筑施工的过程中建筑结构设计是建筑施工的重要基础和首要前提，其会直接影响建筑施工质量和施工效率，为了保证超高层建筑的稳定性和施工质量，做好结构设计是十分必要的，相应人员需要通过减轻自重、降低风作用水平力、加强抗震能力等多个角度对高层建筑结构设计方案作出有效优化和调整，并在此基础上通过抗震设防烈度分析、结构方案选择、探测高度问题分析等多个角度对高超高层建筑结构设计做出有效优化和调整。

参考文献

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