高層建筑結(jié)構(gòu)抗震的優(yōu)化設(shè)計(jì)

魯正

摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)的建筑業(yè)也得到了快速的發(fā)展。面對(duì)我國(guó)人口較多、住房緊缺的情況，我國(guó)建筑的結(jié)構(gòu)逐漸向著高層建筑發(fā)展，面對(duì)高層建筑投資較大，建設(shè)周期較長(zhǎng)等問題，建筑師們也在一直努力在進(jìn)行合理科學(xué)的設(shè)計(jì)。但是隨著高層建筑的興起，高層建筑的安全系數(shù)成為人們關(guān)注的重點(diǎn)，尤其在一些地震發(fā)生較為頻繁的地區(qū)，高層建筑的安全更是為人們所擔(dān)憂。文章通過對(duì)高層建筑的特點(diǎn)進(jìn)行分析，找出高層建筑在設(shè)計(jì)中所存在的問題，提出合理的抗震設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：高層建筑；抗震；結(jié)構(gòu)體系優(yōu)化

高層建筑的出現(xiàn)是人類社會(huì)生產(chǎn)力和人們生活需要的表現(xiàn)，高層建筑的發(fā)展加快了我國(guó)城市化，促進(jìn)了我國(guó)城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和工商業(yè)的發(fā)展。我國(guó)高層建筑的設(shè)計(jì)經(jīng)過了多個(gè)時(shí)期的改革，高層建筑的設(shè)計(jì)理論的出現(xiàn)，使建筑業(yè)發(fā)展又向前邁出了一大步，因?yàn)橥粋€(gè)設(shè)計(jì)理論可以演變出多種不同的設(shè)計(jì)方案，這樣能夠使人們有各種選擇對(duì)高層建筑的設(shè)計(jì)，從而建筑出適合本地區(qū)的高層建筑。但是我國(guó)使一個(gè)地震多發(fā)的國(guó)家，在建筑的設(shè)計(jì)中需要考慮到建筑抗震的因素。我國(guó)在高層建筑的設(shè)計(jì)中有自己獨(dú)特的設(shè)計(jì)，多是將限元結(jié)構(gòu)分析和非線性數(shù)學(xué)規(guī)劃相結(jié)合，使高層建筑的設(shè)計(jì)更加的科學(xué)合理。同時(shí)這也將我國(guó)高層建筑的設(shè)計(jì)推向了一個(gè)嶄新的高度。

1 高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的基本概念

高層建筑的設(shè)計(jì)概念就是應(yīng)該從結(jié)構(gòu)的宏觀整體出發(fā)，通過運(yùn)用結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的觀點(diǎn)，從機(jī)構(gòu)的整體進(jìn)行分析，最終能夠使工程師設(shè)計(jì)出合理科學(xué)的高層建筑設(shè)計(jì)。對(duì)于每一個(gè)工程師來說概念設(shè)計(jì)師在高層建筑設(shè)計(jì)中所占的比例較大，其中建筑的抗震性在建筑設(shè)計(jì)中是十分重要的，一般來說建筑師都是按照抗震設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)，只有這樣才能使所設(shè)計(jì)的建筑在結(jié)構(gòu)、剛度、延伸等方面都達(dá)到要求，最終使高層建筑能夠經(jīng)濟(jì)的實(shí)現(xiàn)抗震的目的。在設(shè)計(jì)高層建筑結(jié)構(gòu)抗震的設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)構(gòu)工程師們都會(huì)從高層建筑設(shè)計(jì)的總體來考慮，然后結(jié)構(gòu)工程師們運(yùn)用已經(jīng)掌握的抗震技術(shù)來對(duì)高層建筑的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。在高層建筑的設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)工程師都會(huì)對(duì)房屋的體系、結(jié)構(gòu)體系、剛度分布等方面進(jìn)行考慮，然后進(jìn)過一系列的分析來達(dá)到消除建筑物抗震的薄弱環(huán)節(jié)的目的，只有這樣設(shè)計(jì)的抗震設(shè)計(jì)才是最為合理的。對(duì)于結(jié)構(gòu)工程師來講思維的運(yùn)用是十分重要的，可以說工程師對(duì)于思維的運(yùn)用對(duì)于建筑設(shè)計(jì)來說是十分重要的，在設(shè)計(jì)高層建筑抗震時(shí)，工程師會(huì)通過自己大量的抗震經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)抗震的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)中所存在的問題

我國(guó)在高層建筑結(jié)構(gòu)抗震的優(yōu)化設(shè)計(jì)中通常會(huì)出現(xiàn)這樣的一個(gè)問題，就是在運(yùn)用優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)出現(xiàn)理論與實(shí)際不相符的狀況，這樣就導(dǎo)致在高層建筑中出現(xiàn)實(shí)際抗震效果與理論上所出現(xiàn)的比不相符，這種問題尤為是在土木建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化應(yīng)用并不普遍的今天，這種情況表現(xiàn)的更為突出，所以在高層建筑結(jié)構(gòu)抗震的優(yōu)化設(shè)計(jì)中所需要解決的問題還有許多。下文簡(jiǎn)單的概括了在高層建筑結(jié)構(gòu)抗震的優(yōu)化設(shè)計(jì)中所出現(xiàn)的問題。

2.1 片面的重視結(jié)構(gòu)尺寸的優(yōu)化

在對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)抗震的優(yōu)化設(shè)計(jì)中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)只重視機(jī)構(gòu)尺寸的優(yōu)化，只是在給定的幾何形狀、拓?fù)浜筒牧系那闆r下對(duì)一部分的結(jié)構(gòu)條件條件進(jìn)行優(yōu)化，這樣導(dǎo)致了忽視結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)，使高層建筑結(jié)構(gòu)抗震的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行缺陷。進(jìn)過多次的檢驗(yàn)，優(yōu)化形狀比優(yōu)化尺寸更具有意義，只是片面的重視尺寸的優(yōu)化也是不可取的，所以還是需要從設(shè)計(jì)的整體出發(fā)進(jìn)行全方位的優(yōu)化，

2.2 優(yōu)化的目標(biāo)不合符工程的需要

優(yōu)化設(shè)計(jì)無論有多完美如果不能應(yīng)用到實(shí)際的建設(shè)中的話也只是紙上談兵而已，對(duì)于建筑設(shè)計(jì)的實(shí)際情況了來講，結(jié)構(gòu)通常是十分復(fù)雜的，通常存在著設(shè)計(jì)變量多、約束條件多、受到建筑功能設(shè)計(jì)限制較大等問題。有時(shí)候建筑工地中存在著一點(diǎn)不確定因素就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)無法應(yīng)用在實(shí)際的建筑色中，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化不能達(dá)到原來的預(yù)期。

2.3 離散變量?jī)?yōu)化問題

在建筑的建設(shè)中，建筑物尺寸、鋼筋、型鋼的規(guī)格都是不斷變化的，所以在結(jié)構(gòu)優(yōu)化的設(shè)計(jì)中也是需要不斷的進(jìn)行改進(jìn)，所以傳統(tǒng)的優(yōu)化方法已經(jīng)很難應(yīng)用在高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)優(yōu)化中。由于這種較為大的問題使得在之后對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)的計(jì)算中很容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，最后導(dǎo)致整個(gè)設(shè)計(jì)失敗。

3 高層建筑結(jié)構(gòu)抗震的優(yōu)化設(shè)計(jì)

面對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)中經(jīng)常的問題，眾多的結(jié)構(gòu)工程師進(jìn)過長(zhǎng)時(shí)間的研究，從而得出來了一套系統(tǒng)科學(xué)的抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)，經(jīng)過優(yōu)化的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)能夠減少在高層建筑接結(jié)構(gòu)抗震出現(xiàn)的問題，在一定程度上完善了高層建筑中結(jié)構(gòu)抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)，為高層建筑物防震有增加了一份安全感。下文簡(jiǎn)單介紹了在高層建筑結(jié)構(gòu)防震的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3.1 設(shè)立結(jié)構(gòu)抗震多級(jí)設(shè)防

建筑抗震設(shè)計(jì)需要規(guī)范對(duì)建筑的防震力度，所以給建筑抗震劃分等級(jí)，這樣可以有效的對(duì)不同等級(jí)的地震地區(qū)制定不同的建筑結(jié)構(gòu)防震優(yōu)化設(shè)計(jì)。一般來說都是劃分為三個(gè)等級(jí)，第一種就是這個(gè)地區(qū)經(jīng)常發(fā)生地震，第二中情況就是這個(gè)地區(qū)會(huì)發(fā)生烈度地震，最后一種情況就是這個(gè)地區(qū)罕遇地震，經(jīng)過詳細(xì)的劃分可以有效的制定出相應(yīng)的防震設(shè)計(jì)，同時(shí)也能避免資源的不必要浪費(fèi)。

3.2 結(jié)構(gòu)軟件電算程序的應(yīng)用

隨著時(shí)代的發(fā)展計(jì)算機(jī)已經(jīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，在建筑優(yōu)化的設(shè)計(jì)上也運(yùn)用到了計(jì)算機(jī)。目前工程師們廣泛的應(yīng)用各類結(jié)構(gòu)軟件電算程序，這樣就優(yōu)化了傳統(tǒng)的高層結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法。不僅如此，工程師們經(jīng)過運(yùn)用自己的經(jīng)驗(yàn)運(yùn)用這種新式的計(jì)算方不僅簡(jiǎn)化了計(jì)算，而且也增加了計(jì)算的準(zhǔn)確度。同時(shí)運(yùn)用這種方法有助于結(jié)構(gòu)工程師從建筑的整體出發(fā)設(shè)計(jì)出更為合理的設(shè)計(jì)。

4 結(jié)語

高層建筑物在我國(guó)出現(xiàn)的越來越多，面對(duì)自然災(zāi)害的頻發(fā)這些高層建筑物經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)這樣或者那樣的問題，對(duì)廣大的居民造成了生命和財(cái)產(chǎn)上面了威脅。其中地震的出現(xiàn)對(duì)這些高層建筑物的威脅最大，所以高層建筑結(jié)構(gòu)防震成為了社會(huì)的重點(diǎn)課題之一，未解決著些問題就結(jié)構(gòu)工程師們經(jīng)過自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和一些科學(xué)設(shè)備制定出了一套完善的高層建筑結(jié)構(gòu)防震的優(yōu)化設(shè)計(jì)，這樣在一定程度上保障了人們的生命安全，同時(shí)推動(dòng)了我國(guó)高層建筑的防震設(shè)計(jì)的進(jìn)步。

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