带有钢管混凝土柱的超高层建筑结构抗风优化设计研究

欧健

摘 要：随着我国科学技术以及人们物质生活的水平不断提升，我国城市建筑逐渐以高层建筑为主，其中超高层建筑抗风优化设计就显得尤为重要。超高层建筑结构抗风优化就是以不断改变建筑物外形和不增加任何附加阻力设备的前提之下，对主要受力的杆件截面大小进行有关科学合理的优化，从而让超高层建筑结构能够在强风作用之下满足设计要求，从而去达到建筑物结构造价的最优化目标。因为超高层建筑物的结构建设会消耗大量的资金，在实际超高层建筑物当中，钢管混凝土柱，工字型，薄壁圆管以及箱型截面都是较为常见的构件截面形式，这种钢管混凝土柱等复杂截面线单元杆件与剪刀强和筒体等单元构件在位移约束条件当中所显示表达，本文主要分析了带有钢管混凝土柱的超高层建筑结构优化风化优化结构，并提出相关优化措施，予以有关单位参考与借鉴。

关键词：超高层建筑；风化；结构优化设计

前言

对于超高层建筑进行抗风化优化设计，可以使用最合理的材料性能，让建筑结构内部个单元得到相关的协调，并具有建筑物规范部门所规定的的安全度和稳定度。与此同时，其还可以实现建筑设计以达到经济，适用的有效途径。因为超高层建筑抗风化优化结构时常会消耗大量的资金，对于超高层建筑进行相关优化，可以有效的防止材料的过多浪费，所以本文所要分析研究的最终目的是具有非常重要的理论意义和价值的。

1 超高层建筑结构优化设计基本概况

1.1 结构优化的基本概念

以往的结构优化设计，主要是指结构的优化，其大致过程是经过假设，分析，校正，重新设计。重新设计的主要目的在于选择一个最为合理的优化方案，但是其只属分析的范畴。由于现代化建筑结构主要是追求独特创新设计，第一方面是收到了场地条件以及特殊的使用功能制约，以往的结构优化设计已经不能满足现目前建筑设计的需求了，而建筑物结构优化设计能够让建筑物结构在满足所有制约条件的前提之下能够达到最好的社会经济效益。结构优化是对结构设计的在优化，其不是以放弃结构安全度以及抗风化来求得经济利益的，第二是对结构更为合理的布置，这样既能节省使用材料的节省而且在结构上还具备安全性。结构优化主要是指结构设计优化的综合程度。建筑物结构优化的主要问题包含了三个要素，第一是目标函数，第二是设计的变量，第三是约束的条件。钢管混凝土柱超高层建筑物的判断设计方案是否能夠达标，其中包含的满足给种约束条件，如果不是，那么就需要按照特定的规则在进行相应的校正，这样才能让其达到预定的优化指标。

1.2 结构优化的主要意义

跟随着现代化超高层建筑物结构越来越复杂的现状，人们对于超高层建筑物的要求也是随之增高，传统的建筑物高层设计方案已经不能满足现目前人们的需求了，人们希望现代化建筑物结构能够既安全又可靠，让其使用功能能够有所达标，与粗同事还能具有欣赏美观的效果，结构优化的运用让人们对于超高层建筑物的要求能够得以实现。

2 超高层建筑结构抗风化优化设计的基本概况和现状

2.1 超高层建筑结构抗风化设计基本意义和概念

超高层建筑抗风化优化设计时不断改变高层建筑物的外观以及不增加任何附加的阻尼设置的前提之下，对于主要受力的杆件界面大小进行科学合理的相关优化，从而让结构优化能够在强风的作用之下满足舒适度以及安全性的，这样才能达到结构造价最为节省的目标优化。这种方法不需要添加任何的阻尼设备，也不需要改变超高层建筑物的原有外观，所以这是一种没有副作用的现代化抗风化设计优化方案。超高层建筑物抗风化设计技术的实现，是可以以最合理的运用材料的自身特性，让高层建筑物nebula的个单元得到最优化的协调，并且具有规范性的安全度。与此同时，其还能让高层建筑物整体的设计优化方案进行合理的决策性意见，这样也是实现建筑物设计能够达到经济，使用的原则问题，超高层建筑结构抗风化优化设计的研究是具有非常重要的理论意义和运用价值的。

2.2 超高层建筑结构抗风化设计现状

随着我国建筑物的高度不断提升，东路荷载效应也得到了越来越多的重视程度，现目前结构优化设计的问题研究逐渐扩展到动力荷载领域。相关学者研究了动力荷载之下的结构优化设计方案，所研究的对象是一种简单的结构，其杆件的数量大小以及结构自由程度都是非常少的，然而在超高层建筑动力优化设计领域，现目前已经有研究集中抗震优化设计方面了。有关学者研究了地震荷载之下作用中用结构层之间唯一为约束下的超高层建筑抗震设计优化方案和超高层建筑抗风化设计优化方案，这些问题中，都是对建筑物具有现实研究意义的，只有将优化设计方案运用在建筑物中，才能让建筑物在实际使用中的价值得以体现。超高层建筑抗风优化技术实现，可以最为合理的运用材料的自身特性，让建筑结构内部各部分得到最为优化的协调，并且让其具有一定程度的安全性。自结构优化理论的提出，这一理论就快速的得到了建筑工程设计领域的广泛运用上，并将其成功的运用在航空和汽车制造等诸多领域，将结构优化理论充分运用在现目前我国超高层建筑物优化结构设计中，还是运用较少，尤其是将其运用在相对复杂的超高层建筑结构当中的更为少见，钢筋混凝土柱中超高层建筑抗风化优化设计理论主要是运用在实际建筑工程当中，这样做是为我国建筑工程提供相应的技术支撑。

3 钢管混凝土框架结构的优化方法

对于高层建筑抗风优化，我们主要从表面维护结构的抗风设计，维护结构主要指的是建筑物外表面的围挡物，比如窗，门，墙体等。而对于现代化超高层建筑而言，其主要的维护结构大多都是幕墙和玻璃，这些建筑物抗风设计相对较简单，其朱啊哟是通过风洞试验测试出其表面风压系数，从而去计算出作用在维护结构之上的风压系数，再通过这些风压系数在对维护结构进行相应的设计优化。但是，在现实建筑结构工程当中，我们更加管理的主体结构的抗风优化设计，主体的结构指的是抵抗外来强风的结构体系，比如超高层建筑物当中所常用的框架，核心筒体系等。主体结构的优化抗风设计是关乎人们的生命财产安全的，表面维护风化优化结构如果出现问题还能及时的对其进行改善措施，然而当主体出现问题时，这可能就是毁灭性的破坏。建筑物主体结构的抗风设计其实是对于主体结构体系在风荷载作用之下每个方向所发生的位移响应进行相关计算和分析，从而在对结构方案的安全度和舒适度进行相关验证，又或者是在优化结构不能满足设计要求时，在为结构方案进行校正在提出相关意见这样才能达到结构抗风要求的完整过程。

3.1 增大截面法

增大构建的截面面积，从而提升承载能力以及截面的刚度，改变自振的频率程度，从而去减小结构的动力风荷载效应，大部分用于加固结构中的板，梁以及柱结构当中的柱以及屋架和砖柱，砖墙等。这种方法可以有效的减小其使用空间，增加结构的自身重量。

3.2 外包钢加固法

在结构构建周围包以型钢进行相应的加固，分干式外包钢以及湿式外包钢这两种形式。在保持原构建截面尺寸的同事还能有效的提升构建承载力，刚度和韧性度，主要实用在混凝土柱和屋架以及砖窗墙等结构构建的加固当中，但是其钢用量是非常大的，维修费用也相对较高。

4 超高层建筑结构设计的优化

第一，耗能减振系统的设置，在设计高层建筑非承重构建时，可以充分运用耗能减振系统来减少风荷载对于建筑物的相应作用，该系统由于耗能剪刀强，支撑，楼板，梁柱等组成，该减振系统的设置在结构合理设计基础之上，还必须要采用粘弹性较大的阻尼原材料，这样有利于提升其耗能减振的效果。第二，基础设计，抗风结构是需要建立在结构较为稳定基础上的，一方面是要在基础持力层底部设置抗拔锚杆，再通过锚杆杆体制作安装，锚杆钻孔以及灌注浆液等，这样有利于提升抗拔锚杆的实用效果，另一方面是要充分运用级配较高的砂石，从而有利于保证回填材料的密度能夠达标，这样有利于防止水平作用力对于建筑结构倾覆性的威胁，从而让建筑物地下室的基础更具抗拔强度。

结束语

随着我国社会经济的不断发展和科学技术的进步，我国城市规模的不断扩大，在城市中也逐渐出现越来越多的超高层建筑，作为超高层建筑物的结构抗风化优化设计人员来说，其应该不断的学习提升自身的综合能力，要重视结构试验的相关研究成果，并且结合实际建筑施工的要求，通过大量的建筑工程惊叹积累，并且在超高层建筑抗风化优化设计当中设计出安全可靠，科学经济合理的超高层建筑结构优化设计。

参考文献

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