摘 要：隨著時代的發(fā)展科技的進(jìn)步，我國的城市化發(fā)展越來越快，人們生活水平在不斷提高，城市人口密度越來越大。但是，城市土地資源有限，為了滿足人們的工作生活需求，高層建筑應(yīng)運(yùn)而生。當(dāng)今時代是個信息時代，各行各業(yè)都在向著數(shù)字化、信息化、智能化發(fā)展，高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計也引入了先進(jìn)的計算機(jī)軟硬件技術(shù)，為設(shè)計師提供一定的參考價值。本文就高層建筑結(jié)構(gòu)的主要特征、設(shè)計原則及CAD技術(shù)的發(fā)展展開了探討。 

　　關(guān)鍵詞：高層建筑結(jié)構(gòu)；設(shè)計原則；CAD 

　　中圖分類號：TU973.12 

　　近年來，我國的城市化發(fā)展進(jìn)程越來越快，高層建筑在人們的生活工作中的應(yīng)用越來越廣泛。高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計系統(tǒng)頗為復(fù)雜，要綜合參考多個影響因素，除了要滿足建筑設(shè)計的科學(xué)性和合理性，還要滿足抗震、抗風(fēng)等安全性要求。 

　　1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計概述 

　　1.1 高層建筑結(jié)構(gòu)的特征 

　　高層建筑結(jié)構(gòu)由于其自身特有的特點(diǎn)，需要承受多重載荷，包括：水平方向的風(fēng)荷載、垂直方向的荷載等等，同時還要對抵抗地震的能力提出特殊要求。通常情況下，建筑結(jié)構(gòu)在水平方向受到的影響相對較弱，但是對于高層建筑來說，外界的地震或是風(fēng)產(chǎn)生的影響才是主要影響因素。而且，建筑結(jié)構(gòu)越高，高層建筑的位移增加就越快，這種位移會影響到住戶的舒適度，同時還會影響的建筑的安全性和實用性，建筑結(jié)構(gòu)中的結(jié)構(gòu)構(gòu)件和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件都很容易發(fā)生損壞。所以，高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計要首先考慮將側(cè)移控制在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)，同時，抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的設(shè)計也是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的核心內(nèi)容。 

　　1.2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則 

　　1.2.1 合理的計算簡圖 

　　高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的計算要參照計算簡圖，所以若是沒有選擇合理的計算簡圖很可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)事故，選用合理的計算簡圖是保證設(shè)計安全的前提。計算簡圖也要采用合適的構(gòu)造方法，來保證建筑安全。在實際的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)除了剛節(jié)點(diǎn)和鉸節(jié)點(diǎn)以外，還有其他節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)的設(shè)計要保證在計算簡圖允許范圍之內(nèi)。 

　　1.2.2 合理的高層建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計 

　　選擇基礎(chǔ)設(shè)計要參考當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件，并對高層建筑上部分的結(jié)構(gòu)類型和荷載分布進(jìn)行綜合分析，考慮施工過程中的內(nèi)外部條件，在對相鄰的建筑物的影響進(jìn)行假設(shè)式分析，進(jìn)而選定合理的高層建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)方案設(shè)計。選好的基礎(chǔ)方案要能充分發(fā)揮出地基的潛力，在施工前要對地基進(jìn)行變形性試驗，確定基礎(chǔ)方案的可行性。這個過程需要安排勘測人員給出詳實的勘測報告，具體的格式可以參考類似的建筑物。通常情況下，相同結(jié)構(gòu)的單元建筑要采用相同的基礎(chǔ)方案。 

　　1.2.3 合理的高層建筑結(jié)構(gòu)方案 

　　高層建筑結(jié)構(gòu)方案應(yīng)該綜合滿足經(jīng)濟(jì)性、結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)體系的要求。其中，結(jié)構(gòu)體系的基本要求就是，方案設(shè)計要滿足受力明確和傳力簡單的條件。同樣的，對于相同的結(jié)構(gòu)單元，要選用同樣的結(jié)構(gòu)體系。若是高層建筑設(shè)計處于地震區(qū)，那么應(yīng)力還要滿足平面和豎向兩方向的規(guī)則。地質(zhì)條件和工程設(shè)計需求都考慮到以后，還要合理協(xié)調(diào)水、電、暖氣等方面，綜合選出合理的結(jié)構(gòu)方案。 

　　1.2.4 準(zhǔn)確分析計算結(jié)果 

　　隨著科技的不斷發(fā)展進(jìn)步，計算機(jī)軟硬件技術(shù)被應(yīng)用到了建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計中。目前，市場上存在種類繁多的計算軟件，應(yīng)用不同的軟件計算同一組數(shù)據(jù)，也有可能得到不同的結(jié)果。因此，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計師必須充分了解軟件的應(yīng)用范圍和使用條件以后，才能確定合適的用于計算的軟件。考慮到實際建筑結(jié)構(gòu)和計算機(jī)的程序設(shè)計不一定是完全相符的，采用計算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計時，可能會出現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入錯誤或是軟件本身出現(xiàn)缺陷的問題，導(dǎo)致計算結(jié)果不準(zhǔn)確。所以，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員通過計算機(jī)得到計算結(jié)果以后，還應(yīng)該對其進(jìn)行校核，判斷其準(zhǔn)確度，得出相對準(zhǔn)確的計算結(jié)果。 

　　1.2.5 采用相應(yīng)的構(gòu)造措施 

　　高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則是加強(qiáng)剪切力、壓力、柱，減弱彎變、拉力、梁。所以，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，主要就是要對薄弱的環(huán)節(jié)加強(qiáng)，對鋼筋執(zhí)行段錨固長度給出足夠的重視，同時，對構(gòu)件的延性、溫度對于構(gòu)件的影響加強(qiáng)重視。 

　　2 CAD技術(shù)的發(fā)展 

　　上文中提到，建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計中引入了計算機(jī)技術(shù)，用于輔助設(shè)計師工作。最具有代表性的就是CAD技術(shù)。 

　　CAD技術(shù)剛剛被引入到建筑設(shè)計中來時主要是先模仿傳統(tǒng)的設(shè)計工具，軟件界面中只是簡單的圖紙、圖版、筆、橡皮等小工具的使用。例如：AutoCAD目前仍然在使用Paper Space的概念。 

　　近年來，CAD技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展，我國的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計和CAD制圖軟件之間得到了很好的結(jié)合，對于平面和空間結(jié)構(gòu)的分析計算問題已經(jīng)能夠很好的解決。通常情況下，只要是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計用的分析程序，都設(shè)有CAD接口，計算結(jié)果可以直接通過圖形表達(dá)出來，設(shè)計人員的工作壓力有效減低。 

　　以CAD技術(shù)為核心，我國已經(jīng)開發(fā)出了多種CAD制圖軟件，應(yīng)用到了建筑工程的多個專業(yè)，借助該軟件設(shè)計人員可以輕松地完成建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。CAD系統(tǒng)包括硬件部分和軟件部分，硬件主要有：運(yùn)算處理、圖形顯示、外部儲存、輸入輸出設(shè)備，另外還包括用于傳送信息的硬件平臺；軟件主要有：系統(tǒng)軟件、專業(yè)軟件、圖形漢字軟件。 

　　CAD軟件的功能強(qiáng)大，操作性很強(qiáng)，容易學(xué)習(xí)，同時具備開放型的軟件結(jié)構(gòu)，使用的過程中還能不斷擴(kuò)充完善，所以，在廣大領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。例如：平面設(shè)計中，樓梯、室外節(jié)點(diǎn)、陽臺等設(shè)計都可以采用CAD技術(shù)。只要在軟件中輸入樓梯的梯段的寬度和步數(shù)，就能直接生成任意形式的樓梯表達(dá)，剖面圖也能自動生成。這類功能有效的將設(shè)計師們從繁重的工作中解放出來，能夠?qū)⒕�力放到更有意義的工作中。 

　　CAD技術(shù)不斷發(fā)展完善，建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計人員對于CAD系統(tǒng)的要求也在逐步提高。新開發(fā)出的三維CAD系統(tǒng)直觀性更強(qiáng)，工作效率更高，對于CIMS工程中的各個環(huán)節(jié)可以提供完整的設(shè)計和信息管理，將來必然會取代純二維CAD系統(tǒng)。 

　　在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，結(jié)構(gòu)優(yōu)化和設(shè)計評估采用了TB-CAD技術(shù)。TB-CAD的設(shè)計理念是采用優(yōu)化策略解決傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計問題。例如，對于某項結(jié)構(gòu)指導(dǎo)方案的設(shè)計，可以對已有的設(shè)計方案和新設(shè)計的方案進(jìn)行評估，找出更加優(yōu)化的方案，有效降低成本和人力物力的花費(fèi)。采用TB-CAD的優(yōu)化設(shè)計可以有效滿足建筑設(shè)計中所有的規(guī)范要求。例如：某高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，要求六層以下是商用，七層以上作為住宅，采用1.5m厚的轉(zhuǎn)換板進(jìn)行樓層轉(zhuǎn)換。該建筑結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計中最重要的就是抗側(cè)力體系的設(shè)計，采用TB-CAD的優(yōu)化功能可以幫助設(shè)計師找到一個優(yōu)化的結(jié)構(gòu)平面設(shè)計方案，建模功能可以直接將CAD矢量圖中的建筑墻線轉(zhuǎn)變成結(jié)構(gòu)墻。 

　　3 結(jié)束語 

　　當(dāng)今時代是一個信息時代，計算機(jī)技術(shù)也被全世界認(rèn)作本世紀(jì)最核心的技術(shù)，在各大領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。在高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用還需要進(jìn)一步發(fā)展探索。 

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