论高层建筑框剪结构优化设计

论高层建筑框剪结构优化设计

高俊江 童军福

陕西省现代建筑设计研究院 陕西 西安 710000

摘要：随着社会的发展，框剪结构已被广泛应用于设计中。但是，在实际的设计工作中会出现各种问题，所以有必要考虑在令人满意的功能和认可的条件下如何安全去应用。本文通过仔细计算工程，协调设计思路以及优化设计来阐明这些设计问题。

关键词：高层建筑；框剪结构；优化设计

高层框剪结构具有由剪力墙结构和框架结构组成的结构系统。并且具有较高横向抗力的框剪和具有良好延性的框架组成了结构体系。在高层建筑的结构设计中，框剪结构可以为建筑物提供大量的平面空间，并且抗侧向力好，因此高层建筑的设计，特别是复杂的高层建筑会有此结构。

1.需要优化框剪结构的设计

传统的结构设计有很大的局限性，获得的截面积不是最佳值，并且在构建功能性结构之后，出现了与设计过程相关的高成本和高质量问题。通常，传统的结构设计必须经历五个步骤：参考，估计，分析，验证和调整。换句话说，在根据现有建筑设计经验提出方法之后，就稳定性进行机械分析，并检查刚度和强度。当检查计算时，无法确认计算模型是否有效，并且最终的截面系列很大程度上取决于初始设置的误差长度。而且，在设计过程中，由于结构设计的复杂性和时间的限制，调整的次数受到限制，所以难以确保设计的最终产品是最佳的。结构优化设计与现有设计过程相匹配，使得最终的设计产品不仅具有出色的性能，而且还保证了经济性和安全性。明确某些指标后，优化设计即可显示结构的安全性和经济性。

框剪墙结构具有良好的实用性和可接受性，被广泛用于高层建筑工程中。随着高层建筑数量的不断增长，合理布局和合理选择结构可以有效降低建筑成本。但是，现有结构设计法规中没有明确的标准，因此有充分的理由优化高层框架剪的设计。

2.最佳布局和合理的剪力墙选择

首先，确定剪力墙数量。剪力墙的设计满足位移限制的要求，但是为了经济，合理和安全的设计，必须充分利用框剪结构的抗侧向力。框剪结构的剪力墙是主要的抗侧向力构件，剪力墙的数量与框剪结构的平面布置有关，一般应根据对称原理布置。根据均匀性和分散性去布置。对称是指剪力墙尽可能对称地布置，以减少地震期间的扭转效应。剪力墙的承载力不能超过总力的百分之四十，这样才可以防止由于过大的承载力而引起的水平变形。分散性考虑到地震力的分布与几个剪力墙的分布相同，并且避免由于地震力过于集中而损坏剪力墙。应该沿结构的周边尽可能远地放置剪力墙，以改善整体抗扭强度。

其次，剪力墙的数量与结构的地震力有关。随着剪力墙的刚度不断增加，结构的地震作用也会增加。地震作用随着剪力墙结构刚度的增加而逐渐增加。为了最大化框架剪结构的特性，剪力墙的地震弯矩必须至少为地震弯矩的百分之五十。如果结构底部的剪力较小，则增加剪力墙的数量以增加结构的刚度可。通常，剪力墙的数量越多，抗震性越好，而剪力墙的结构刚度越大，则墙体可以吸收的抗震性就越大。因此，不能无限制地增加抗剪墙，但是必须根据实际需要增加地面抗剪要求。如果地震力太大，则可以减少剪力墙的数量以满足经济和技术指标。

第三，平面布置。通常，剪力墙应沿垂直和水平方向放置，如果不能同时放置两个方向，则建筑平面的刚度会很大，这会增加建筑的扭转效果。对于弧形和圆形平面，它们沿圆周方向和径向方向排列。在纵向剪力墙下，不能将其安装在独立式结构的两端，以防止温度和收缩应力的增加，因为纵向楼板和框架梁在应变抑制区域变长了。放置剪力墙时，将其安装在垂直载荷大，升降机，管道入口，楼梯间等地方。如果不能在结构的垂直和水平方向上放置剪力墙，则可以在刚度弱的方向上选择支撑型和墙式侧向力抵抗构件，并在水平力的作用下选择接近两个方向上的位移值。所以有必要上下对齐剪力墙的门窗，以使连接梁和墙脚通畅。

3.框剪结构的截面设计

在钢筋混凝土框架结构的情况下，存在几个静态不确定的结构，并且结构的载荷效应与结构构件的材料特性，外部载荷的大小和几何特性有关。在设计下部时，在分析结构的整体强度之后，有必要根据梁和柱的构件来调整强度，并在满足荷载效果的条件下优化钢筋的数量和几何特性。这样，可以改变原始结构的载荷和几何特性，还可以更改每个组件的截面控制，并可以执行其他结构设计。因此，框架结构的细分设计是一个渐进的优化过程，尽管计算结构不能始终与总体优化设计结构相同，但总体上可以为建筑物提供令人满意的实用结果。

主要用于优化框架和剪力墙的设计，以及优化钢筋混凝土框架的设计，主要包括初始选择-结构分析-截面设计-收敛性判断-验证判断步骤。根据由该结构构成的承重结构，分别对地板结构，框架柱和框架梁进行优化，并合理确定柱，平板和梁的几何尺寸。为了优化剪力墙的设计，优化横向位移构件的横截面的原理是要满足在水平地震作用下横向位移值接近最大横向位移值的标准。然后，根据计算出的框架结构的几何尺寸，重建新的最有效的剪力墙结构厚度，根据计算结构重新优化设计框架结构的构造。如果两个优化计算的结构相同，则可以将其验证为完整的优化设计。

4.建筑剪力结构点阶段优化设计

建筑框剪结构设计的优化通常涉及三件事：首先，采用最佳的结构加固水平，其次，结构之间的工作必须相互协调，此外轴承的设计能力，刚度和延性变形能力必须达到最佳状态。

由于水平荷载分布在结构之间，因此设计差异直接导致高层框剪结构在作用下的协调问题，因此在优化设计时应注意剪力墙的数量和他们的位置。将框剪结构的优化设计过程分为三部分，针对每一部分的问题提出了目标优化方法和策略。

首先，优化确定最佳防御等级的选择。根据地震安全等级，专业评估当地地震的强度，设计并从评估数据中选择结构优化计划，并在设计之前收集其他相关数据以进行集成评估，包括结构设计程序的集成。

其次，优化剪力墙的构件设计。剪力墙结构构件的最佳设计是获得结构刚度和延性指标之间的最佳配合状态，这可以参考机械原理来完成。结构的自然振动周期和横向位移是受结构刚度对剪力墙产生重大影响的两个方面，并且结构延性的变形性能确保承载力是另一个重要问题。因此，更有可能通过整个结构的横向位移来调节结构的刚度和延展性。根据高层建筑的设计规范，通过结构地板之间的位移极限值和顶点的总横向位移范围来优化结构刚度和延性设计。

第三，是框架结构的优化设计。建筑物框架结构的最佳设计必须遵循基本标准“单一结构”。在对框架结构进行整体分析之后，可以对框架剪切结构的框架部分执行优化设计。

5.结束语

优化框剪结构的设计非常重要，因为传统的结构设计过于保守和局限。本文分析了剪力墙的布局和合理选择，并进一步优化高层框剪结构的设计，使高层建筑更加安全和经济，并确保足够的稳定性和刚度。

参考文献

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