探讨高层结构设计与计算机硬软件发展

      摘 要：随着时代的发展科技的进步，我国的城市化发展越来越快，人们生活水平在不断提高，城市人口密度越来越大。但是，城市土地资源有限，为了满足人们的工作生活需求，高层建筑应运而生。当今时代是个信息时代，各行各业都在向着数字化、信息化、智能化发展，高层建筑结构的设计也引入了先进的计算机软硬件技术，为设计师提供一定的参考价值。本文就高层建筑结构的主要特征、设计原则及CAD技术的发展展开了探讨。 

　　关键词：高层建筑结构；设计原则；CAD 

　　中图分类号：TU973.12 

　　近年来，我国的城市化发展进程越来越快，高层建筑在人们的生活工作中的应用越来越广泛。高层建筑的结构设计系统颇为复杂，要综合参考多个影响因素，除了要满足建筑设计的科学性和合理性，还要满足抗震、抗风等安全性要求。 

　　1 高层建筑结构设计概述 

　　1.1 高层建筑结构的特征 

　　高层建筑结构由于其自身特有的特点，需要承受多重载荷，包括：水平方向的风荷载、垂直方向的荷载等等，同时还要对抵抗地震的能力提出特殊要求。通常情况下，建筑结构在水平方向受到的影响相对较弱，但是对于高层建筑来说，外界的地震或是风产生的影响才是主要影响因素。而且，建筑结构越高，高层建筑的位移增加就越快，这种位移会影响到住户的舒适度，同时还会影响的建筑的安全性和实用性，建筑结构中的结构构件和非结构构件都很容易发生损坏。所以，高层建筑结构的设计要首先考虑将侧移控制在规定的标准之内，同时，抗侧力结构的设计也是高层建筑结构设计的核心内容。 

　　1.2 高层建筑结构设计的原则 

　　1.2.1 合理的计算简图 

　　高层建筑结构设计中的计算要参照计算简图，所以若是没有选择合理的计算简图很可能导致结构事故，选用合理的计算简图是保证设计安全的前提。计算简图也要采用合适的构造方法，来保证建筑安全。在实际的结构设计中，结构节点除了刚节点和铰节点以外，还有其他节点，这些节点的设计要保证在计算简图允许范围之内。 

　　1.2.2 合理的高层建筑结构基础设计 

　　选择基础设计要参考当地的地质条件，并对高层建筑上部分的结构类型和荷载分布进行综合分析，考虑施工过程中的内外部条件，在对相邻的建筑物的影响进行假设式分析，进而选定合理的高层建筑结构基础方案设计。选好的基础方案要能充分发挥出地基的潜力，在施工前要对地基进行变形性试验，确定基础方案的可行性。这个过程需要安排勘测人员给出详实的勘测报告，具体的格式可以参考类似的建筑物。通常情况下，相同结构的单元建筑要采用相同的基础方案。 

　　1.2.3 合理的高层建筑结构方案 

　　高层建筑结构方案应该综合满足经济性、结构形式、结构体系的要求。其中，结构体系的基本要求就是，方案设计要满足受力明确和传力简单的条件。同样的，对于相同的结构单元，要选用同样的结构体系。若是高层建筑设计处于地震区，那么应力还要满足平面和竖向两方向的规则。地质条件和工程设计需求都考虑到以后，还要合理协调水、电、暖气等方面，综合选出合理的结构方案。 

　　1.2.4 准确分析计算结果 

　　随着科技的不断发展进步，计算机软硬件技术被应用到了建筑结构的设计中。目前，市场上存在种类繁多的计算软件，应用不同的软件计算同一组数据，也有可能得到不同的结果。因此，建筑结构设计师必须充分了解软件的应用范围和使用条件以后，才能确定合适的用于计算的软件。考虑到实际建筑结构和计算机的程序设计不一定是完全相符的，采用计算机进行辅助设计时，可能会出现数据输入错误或是软件本身出现缺陷的问题，导致计算结果不准确。所以，结构设计人员通过计算机得到计算结果以后，还应该对其进行校核，判断其准确度，得出相对准确的计算结果。 

　　1.2.5 采用相应的构造措施 

　　高层建筑结构设计的基本原则是加强剪切力、压力、柱，减弱弯变、拉力、梁。所以，在高层建筑结构设计的过程中，主要就是要对薄弱的环节加强，对钢筋执行段锚固长度给出足够的重视，同时，对构件的延性、温度对于构件的影响加强重视。 

　　2 CAD技术的发展 

　　上文中提到，建筑结构的设计中引入了计算机技术，用于辅助设计师工作。最具有代表性的就是CAD技术。 

　　CAD技术刚刚被引入到建筑设计中来时主要是先模仿传统的设计工具，软件界面中只是简单的图纸、图版、笔、橡皮等小工具的使用。例如：AutoCAD目前仍然在使用Paper Space的概念。 

　　近年来，CAD技术得到了迅猛的发展，我国的建筑结构设计和CAD制图软件之间得到了很好的结合，对于平面和空间结构的分析计算问题已经能够很好的解决。通常情况下，只要是建筑结构设计用的分析程序，都设有CAD接口，计算结果可以直接通过图形表达出来，设计人员的工作压力有效减低。 

　　以CAD技术为核心，我国已经开发出了多种CAD制图软件，应用到了建筑工程的多个专业，借助该软件设计人员可以轻松地完成建筑结构设计工作。CAD系统包括硬件部分和软件部分，硬件主要有：运算处理、图形显示、外部储存、输入输出设备，另外还包括用于传送信息的硬件平台；软件主要有：系统软件、专业软件、图形汉字软件。 

　　CAD软件的功能强大，操作性很强，容易学习，同时具备开放型的软件结构，使用的过程中还能不断扩充完善，所以，在广大领域得到了广泛的应用。例如：平面设计中，楼梯、室外节点、阳台等设计都可以采用CAD技术。只要在软件中输入楼梯的梯段的宽度和步数，就能直接生成任意形式的楼梯表达，剖面图也能自动生成。这类功能有效的将设计师们从繁重的工作中解放出来，能够将精力放到更有意义的工作中。 

　　CAD技术不断发展完善，建筑结构的设计人员对于CAD系统的要求也在逐步提高。新开发出的三维CAD系统直观性更强，工作效率更高，对于CIMS工程中的各个环节可以提供完整的设计和信息管理，将来必然会取代纯二维CAD系统。 

　　在高层建筑结构设计中，结构优化和设计评估采用了TB-CAD技术。TB-CAD的设计理念是采用优化策略解决传统的结构设计问题。例如，对于某项结构指导方案的设计，可以对已有的设计方案和新设计的方案进行评估，找出更加优化的方案，有效降低成本和人力物力的花费。采用TB-CAD的优化设计可以有效满足建筑设计中所有的规范要求。例如：某高层建筑结构设计，要求六层以下是商用，七层以上作为住宅，采用1.5m厚的转换板进行楼层转换。该建筑结构方案的设计中最重要的就是抗侧力体系的设计，采用TB-CAD的优化功能可以帮助设计师找到一个优化的结构平面设计方案，建模功能可以直接将CAD矢量图中的建筑墙线转变成结构墙。 

　　3 结束语 

　　当今时代是一个信息时代，计算机技术也被全世界认作本世纪最核心的技术，在各大领域都得到了广泛的应用。在高层建筑结构的设计中，计算机技术的应用还需要进一步发展探索。 

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