帶有鋼管混凝土柱的超高層建筑結構抗風優化設計研究

歐健

摘 要：隨著我國科學技術以及人們物質生活的水平不斷提升，我國城市建筑逐漸以高層建筑為主，其中超高層建筑抗風優化設計就顯得尤為重要。超高層建筑結構抗風優化就是以不斷改變建筑物外形和不增加任何附加阻力設備的前提之下，對主要受力的桿件截面大小進行有關科學合理的優化，從而讓超高層建筑結構能夠在強風作用之下滿足設計要求，從而去達到建筑物結構造價的最優化目標。因為超高層建筑物的結構建設會消耗大量的資金，在實際超高層建筑物當中，鋼管混凝土柱，工字型，薄壁圓管以及箱型截面都是較為常見的構件截面形式，這種鋼管混凝土柱等復雜截面線單元桿件與剪刀強和筒體等單元構件在位移約束條件當中所顯示表達，本文主要分析了帶有鋼管混凝土柱的超高層建筑結構優化風化優化結構，并提出相關優化措施，予以有關單位參考與借鑒。

關鍵詞：超高層建筑；風化；結構優化設計

前言

對于超高層建筑進行抗風化優化設計，可以使用最合理的材料性能，讓建筑結構內部個單元得到相關的協調，并具有建筑物規范部門所規定的的安全度和穩定度。與此同時，其還可以實現建筑設計以達到經濟，適用的有效途徑。因為超高層建筑抗風化優化結構時常會消耗大量的資金，對于超高層建筑進行相關優化，可以有效的防止材料的過多浪費，所以本文所要分析研究的最終目的是具有非常重要的理論意義和價值的。

1 超高層建筑結構優化設計基本概況

1.1 結構優化的基本概念

以往的結構優化設計，主要是指結構的優化，其大致過程是經過假設，分析，校正，重新設計。重新設計的主要目的在于選擇一個最為合理的優化方案，但是其只屬分析的范疇。由于現代化建筑結構主要是追求獨特創新設計，第一方面是收到了場地條件以及特殊的使用功能制約，以往的結構優化設計已經不能滿足現目前建筑設計的需求了，而建筑物結構優化設計能夠讓建筑物結構在滿足所有制約條件的前提之下能夠達到最好的社會經濟效益。結構優化是對結構設計的在優化，其不是以放棄結構安全度以及抗風化來求得經濟利益的，第二是對結構更為合理的布置，這樣既能節省使用材料的節省而且在結構上還具備安全性。結構優化主要是指結構設計優化的綜合程度。建筑物結構優化的主要問題包含了三個要素，第一是目標函數，第二是設計的變量，第三是約束的條件。鋼管混凝土柱超高層建筑物的判斷設計方案是否能夠達標，其中包含的滿足給種約束條件，如果不是，那么就需要按照特定的規則在進行相應的校正，這樣才能讓其達到預定的優化指標。

1.2 結構優化的主要意義

跟隨著現代化超高層建筑物結構越來越復雜的現狀，人們對于超高層建筑物的要求也是隨之增高，傳統的建筑物高層設計方案已經不能滿足現目前人們的需求了，人們希望現代化建筑物結構能夠既安全又可靠，讓其使用功能能夠有所達標，與粗同事還能具有欣賞美觀的效果，結構優化的運用讓人們對于超高層建筑物的要求能夠得以實現。

2 超高層建筑結構抗風化優化設計的基本概況和現狀

2.1 超高層建筑結構抗風化設計基本意義和概念

超高層建筑抗風化優化設計時不斷改變高層建筑物的外觀以及不增加任何附加的阻尼設置的前提之下，對于主要受力的桿件界面大小進行科學合理的相關優化，從而讓結構優化能夠在強風的作用之下滿足舒適度以及安全性的，這樣才能達到結構造價最為節省的目標優化。這種方法不需要添加任何的阻尼設備，也不需要改變超高層建筑物的原有外觀，所以這是一種沒有副作用的現代化抗風化設計優化方案。超高層建筑物抗風化設計技術的實現，是可以以最合理的運用材料的自身特性，讓高層建筑物nebula的個單元得到最優化的協調，并且具有規范性的安全度。與此同時，其還能讓高層建筑物整體的設計優化方案進行合理的決策性意見，這樣也是實現建筑物設計能夠達到經濟，使用的原則問題，超高層建筑結構抗風化優化設計的研究是具有非常重要的理論意義和運用價值的。

2.2 超高層建筑結構抗風化設計現狀

隨著我國建筑物的高度不斷提升，東路荷載效應也得到了越來越多的重視程度，現目前結構優化設計的問題研究逐漸擴展到動力荷載領域。相關學者研究了動力荷載之下的結構優化設計方案，所研究的對象是一種簡單的結構，其桿件的數量大小以及結構自由程度都是非常少的，然而在超高層建筑動力優化設計領域，現目前已經有研究集中抗震優化設計方面了。有關學者研究了地震荷載之下作用中用結構層之間唯一為約束下的超高層建筑抗震設計優化方案和超高層建筑抗風化設計優化方案，這些問題中，都是對建筑物具有現實研究意義的，只有將優化設計方案運用在建筑物中，才能讓建筑物在實際使用中的價值得以體現。超高層建筑抗風優化技術實現，可以最為合理的運用材料的自身特性，讓建筑結構內部各部分得到最為優化的協調，并且讓其具有一定程度的安全性。自結構優化理論的提出，這一理論就快速的得到了建筑工程設計領域的廣泛運用上，并將其成功的運用在航空和汽車制造等諸多領域，將結構優化理論充分運用在現目前我國超高層建筑物優化結構設計中，還是運用較少，尤其是將其運用在相對復雜的超高層建筑結構當中的更為少見，鋼筋混凝土柱中超高層建筑抗風化優化設計理論主要是運用在實際建筑工程當中，這樣做是為我國建筑工程提供相應的技術支撐。

3 鋼管混凝土框架結構的優化方法

對于高層建筑抗風優化，我們主要從表面維護結構的抗風設計，維護結構主要指的是建筑物外表面的圍擋物，比如窗，門，墻體等。而對于現代化超高層建筑而言，其主要的維護結構大多都是幕墻和玻璃，這些建筑物抗風設計相對較簡單，其朱啊喲是通過風洞試驗測試出其表面風壓系數，從而去計算出作用在維護結構之上的風壓系數，再通過這些風壓系數在對維護結構進行相應的設計優化。但是，在現實建筑結構工程當中，我們更加管理的主體結構的抗風優化設計，主體的結構指的是抵抗外來強風的結構體系，比如超高層建筑物當中所常用的框架，核心筒體系等。主體結構的優化抗風設計是關乎人們的生命財產安全的，表面維護風化優化結構如果出現問題還能及時的對其進行改善措施，然而當主體出現問題時，這可能就是毀滅性的破壞。建筑物主體結構的抗風設計其實是對于主體結構體系在風荷載作用之下每個方向所發生的位移響應進行相關計算和分析，從而在對結構方案的安全度和舒適度進行相關驗證，又或者是在優化結構不能滿足設計要求時，在為結構方案進行校正在提出相關意見這樣才能達到結構抗風要求的完整過程。

3.1 增大截面法

增大構建的截面面積，從而提升承載能力以及截面的剛度，改變自振的頻率程度，從而去減小結構的動力風荷載效應，大部分用于加固結構中的板，梁以及柱結構當中的柱以及屋架和磚柱，磚墻等。這種方法可以有效的減小其使用空間，增加結構的自身重量。

3.2 外包鋼加固法

在結構構建周圍包以型鋼進行相應的加固，分干式外包鋼以及濕式外包鋼這兩種形式。在保持原構建截面尺寸的同事還能有效的提升構建承載力，剛度和韌性度，主要實用在混凝土柱和屋架以及磚窗墻等結構構建的加固當中，但是其鋼用量是非常大的，維修費用也相對較高。

4 超高層建筑結構設計的優化

第一，耗能減振系統的設置，在設計高層建筑非承重構建時，可以充分運用耗能減振系統來減少風荷載對于建筑物的相應作用，該系統由于耗能剪刀強，支撐，樓板，梁柱等組成，該減振系統的設置在結構合理設計基礎之上，還必須要采用粘彈性較大的阻尼原材料，這樣有利于提升其耗能減振的效果。第二，基礎設計，抗風結構是需要建立在結構較為穩定基礎上的，一方面是要在基礎持力層底部設置抗拔錨桿，再通過錨桿桿體制作安裝，錨桿鉆孔以及灌注漿液等，這樣有利于提升抗拔錨桿的實用效果，另一方面是要充分運用級配較高的砂石，從而有利于保證回填材料的密度能夠達標，這樣有利于防止水平作用力對于建筑結構傾覆性的威脅，從而讓建筑物地下室的基礎更具抗拔強度。

結束語

隨著我國社會經濟的不斷發展和科學技術的進步，我國城市規模的不斷擴大，在城市中也逐漸出現越來越多的超高層建筑，作為超高層建筑物的結構抗風化優化設計人員來說，其應該不斷的學習提升自身的綜合能力，要重視結構試驗的相關研究成果，并且結合實際建筑施工的要求，通過大量的建筑工程驚嘆積累，并且在超高層建筑抗風化優化設計當中設計出安全可靠，科學經濟合理的超高層建筑結構優化設計。

參考文獻

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