引論：我們?yōu)槟砹?3篇高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)范文，供您借鑒以豐富您的創(chuàng)作。它們是您寫(xiě)作時(shí)的寶貴資源，期望它們能夠激發(fā)您的創(chuàng)作靈感，讓您的文章更具深度。
篇1
我國(guó)科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是我國(guó)高層建筑設(shè)計(jì)與管理中較為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，其主要的目標(biāo)就是在于提升高層建筑的結(jié)構(gòu)合理性和經(jīng)濟(jì)性。但是，在我國(guó)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化過(guò)程中還存在很多的問(wèn)題，無(wú)論是管理體制方面還是在具體的實(shí)施過(guò)程中，都存在很多的不足之處，所以我們需要加強(qiáng)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化工作，保證各個(gè)環(huán)節(jié)都能夠做到科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、合理，從而使得高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化能夠得到最大程度的保障，為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要意義
目前，我國(guó)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大多數(shù)是運(yùn)用鋼筋混凝土作為最基本的材料。鋼筋混凝土具有造價(jià)低、來(lái)源豐富、形狀多樣等特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師的各種創(chuàng)意設(shè)計(jì)，還能有效地節(jié)省鋼材。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在耐久性、耐火性以及承載能力方面有著明顯的優(yōu)勢(shì)，并且通過(guò)建筑設(shè)計(jì)師的巧妙設(shè)計(jì)，還能實(shí)現(xiàn)非常理想的抗震性。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)也有一些缺點(diǎn)，例如：斷面大、自重大，而且費(fèi)模費(fèi)工。
伴隨著社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展，人們生活水平不斷提高，高層建筑也正在飛速發(fā)展，并形成更具有商業(yè)化、城市化以及工業(yè)化的結(jié)果。科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，出現(xiàn)的輕質(zhì)高強(qiáng)的材料，為高層的建筑發(fā)展提供了有利的條件。近些年以來(lái)，高層建筑在世界各地不斷涌現(xiàn)，因此，對(duì)高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的了解成了首要的問(wèn)題，唯有如此，才能達(dá)到先進(jìn)的，安全的并且能保證質(zhì)量的設(shè)計(jì)產(chǎn)品，才能真正提高高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的品質(zhì)，進(jìn)而滿足人們居住的條件。社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)講起到很大的促進(jìn)作用，同時(shí)，對(duì)設(shè)計(jì)的質(zhì)量也提出更高的要求，要把高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量提高到更高的檔次，就必須提高建筑設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)水平，并且要把握結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的獨(dú)特的特點(diǎn)，把這些重要的要素結(jié)合在一起并進(jìn)行有效的運(yùn)用，才能實(shí)現(xiàn)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的完美品質(zhì)。
2 高層建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算中要點(diǎn)和優(yōu)化策略
2.1 優(yōu)化高層建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算中的計(jì)算軟件選用
在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該按照實(shí)際情況選擇適當(dāng)?shù)挠?jì)算軟件進(jìn)行處理，在選擇三維空間分析軟件時(shí)不能選取力學(xué)模型相同的，特別是在遇到受力比較復(fù)雜的情況下，譬如在對(duì)框支剪力墻進(jìn)行分析的過(guò)程中，因?yàn)槠洚a(chǎn)生了多次的變換，所以選擇軟件的過(guò)程中需要特別注意。同時(shí)在分析局部受力比較繁瑣的構(gòu)件時(shí)，還需要根據(jù)分析的結(jié)果對(duì)配筋設(shè)計(jì)進(jìn)行改動(dòng)。
2.2 優(yōu)化高層建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算中的計(jì)算參數(shù)取值
首先，將建筑物的抗震功能考慮到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中時(shí)，需要考慮結(jié)構(gòu)的平扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)，將其加到結(jié)構(gòu)計(jì)算的過(guò)程中，要保證振型數(shù)等于或者大于十五，多塔結(jié)構(gòu)的振型數(shù)需要大于或者等于九倍的原振型數(shù)，同時(shí)還需要保證振型參與質(zhì)量大于等于結(jié)構(gòu)總質(zhì)量的90%，如果達(dá)不到這個(gè)要求，就會(huì)在后面的計(jì)算過(guò)程中出現(xiàn)較大的誤差，計(jì)算結(jié)果也不再具有參考意義。
其次，計(jì)算高層建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)力位位移時(shí)，如果只考慮梁、柱等關(guān)鍵部位結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剛度，而不計(jì)算非承重結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剛度，那么最終測(cè)量計(jì)算出來(lái)的自振周期就會(huì)比實(shí)際測(cè)量的值大，這樣最終設(shè)計(jì)出來(lái)的結(jié)構(gòu)受到地震的作用也會(huì)相對(duì)較小。特別是在設(shè)計(jì)框架結(jié)構(gòu)過(guò)程時(shí)建筑的剛度很大，過(guò)多的實(shí)心墻體運(yùn)用會(huì)使得整個(gè)周期實(shí)測(cè)值變小；運(yùn)用剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí)，較少的磚塊使用量能夠保證墻體的剛度較小，這樣就能夠保證測(cè)量值和實(shí)際計(jì)算值之間的差距較小。因此在對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)過(guò)程中，在考慮建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能時(shí)需要將非承重結(jié)構(gòu)的剛度等因素考慮進(jìn)去，使用數(shù)據(jù)時(shí)也需要結(jié)合非承重墻相關(guān)方面的數(shù)據(jù)，通過(guò)一定的計(jì)算進(jìn)行相應(yīng)的改動(dòng)，但是現(xiàn)在很多建筑設(shè)計(jì)師在對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)時(shí)，通常都是利用軟件的默認(rèn)值1.0，這樣就會(huì)導(dǎo)致很多有其他結(jié)構(gòu)的建筑都會(huì)存在很大的安全隱患，抗壓抗震能力十分微弱。
3 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的要點(diǎn)與優(yōu)化策略
3.1 優(yōu)化高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中梁柱構(gòu)造
如果梁的腹板高度hW≥450mm，就應(yīng)該在梁的兩側(cè)分別依照高度來(lái)配置縱向安排鋼筋，每側(cè)縱向鋼筋的截面面積不應(yīng)該比腹板截面積（bhW）的0.1%還要小，同時(shí)間距不應(yīng)該比200mm大。在實(shí)行抗震設(shè)計(jì)的過(guò)程中，框架柱應(yīng)該達(dá)到剪壓比的需要，它的截面關(guān)鍵應(yīng)該讓軸壓比來(lái)掌控。不過(guò)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)里面常常會(huì)產(chǎn)生軸壓比μN(yùn)達(dá)上限甚至超限的現(xiàn)象，但箍筋的體積配箍率ρV卻無(wú)法達(dá)到規(guī)程需要的狀況。這就違背了框架柱的強(qiáng)剪弱彎準(zhǔn)則，同時(shí)對(duì)柱的延性產(chǎn)生了一定的作用。
3.2 優(yōu)化高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中過(guò)渡層設(shè)計(jì)
假使剪力墻結(jié)構(gòu)在轉(zhuǎn)換層或者是過(guò)渡層中，例如：底層框架剪力墻結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)在應(yīng)對(duì)地震時(shí)能夠展現(xiàn)出最大的抗剪切力合抗傾覆力矩，而且這種結(jié)構(gòu)不利于它在地震中的受力。而且，因?yàn)槭艿搅舜怪本鶆蚝奢d的作用，轉(zhuǎn)換層或者過(guò)渡層在受到剪力墻壓剪以及拉剪作用，結(jié)構(gòu)的橫向荷載發(fā)生作用，會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)換層或者過(guò)渡層剪力墻結(jié)構(gòu)受到的很像承載力減少，同時(shí)結(jié)構(gòu)的抗裂性也會(huì)降低。通過(guò)實(shí)驗(yàn)不難發(fā)現(xiàn)，一旦結(jié)構(gòu)中的反復(fù)橫向荷載和垂直同時(shí)作用時(shí)，轉(zhuǎn)換層或者過(guò)渡層所受到的橫向荷載以及承載力就會(huì)減少很多。可是如果按照平常的檢驗(yàn)和計(jì)算對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)，如果結(jié)構(gòu)的垂直荷載或者結(jié)構(gòu)高跨比較小時(shí)，那么最后估算出來(lái)的剪力墻承載力就會(huì)比較大，這樣會(huì)導(dǎo)致整個(gè)建筑的安全系數(shù)較低，抗震能力較弱。因此，在設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層或者過(guò)渡層時(shí)應(yīng)該在每個(gè)結(jié)構(gòu)部分里加入構(gòu)造柱和圈梁，這樣就能夠形成一個(gè)類框架系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)的抗震能力就得到了顯著提升，結(jié)構(gòu)過(guò)渡層或者轉(zhuǎn)換層傳送剪切力更加靈敏，延展性等各方面的性能會(huì)大大增強(qiáng)，整個(gè)建筑會(huì)更加趨于安全。
4 結(jié)語(yǔ)
綜上所述，我國(guó)高層建筑正在不斷發(fā)展，高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)正在不斷優(yōu)化，其在高層建筑工程發(fā)展中慢慢體現(xiàn)出了極其重要的作用。在當(dāng)前國(guó)內(nèi)外經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的一片大好的發(fā)展背景下，加強(qiáng)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化管理，有著非同尋常的作用。與此同時(shí)，通過(guò)對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)優(yōu)化，能夠促進(jìn)投資成本在工程項(xiàng)目的質(zhì)量安全和環(huán)保節(jié)能等方面進(jìn)行合理而均衡的分配，從而使高層建筑項(xiàng)目獲得更高的增值，并進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)以及城市化步伐的加快。而負(fù)責(zé)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的相關(guān)人員，要對(duì)這些工作有充足的把握。在這種情況下，才會(huì)完成好高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化等一系列工作，進(jìn)而保證高層建筑工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)管理的順利進(jìn)行。
參考文獻(xiàn)：
[1]李源新.高層建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)與高層剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2012（15）.
篇2
某高層建筑設(shè)計(jì)使用功能要求集展銷、外貿(mào)、餐飲、辦公、居住和旅游于一體．屬綜合性公共建筑。主樓占地面積9483m2,總建筑面積19737m2，主樓高73．6m，地面以上19層、地下1層，主樓建筑面積為12091m2；裙樓高3層。建筑面積為7646m2。建筑平面如圖l所示。
1.1 結(jié)構(gòu)承重體系設(shè)計(jì)
綜合考慮裙樓部分大空間的設(shè)計(jì)使用要求以及主樓部分的抗側(cè)移設(shè)計(jì)要求。裙房結(jié)構(gòu)承重體系采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)形式，主樓采用框架―剪力墻承重結(jié)構(gòu)體系。
本建筑結(jié)構(gòu)在主樓抗側(cè)力構(gòu)件設(shè)計(jì)中 剪力墻主要承擔(dān)水平作用，框架承擔(dān)少部分水平荷載作用和大部分豎向荷載作用。主樓平面形狀基本上為正方形 樓梯均設(shè)置在角部位置，為提高主樓結(jié)構(gòu)的抗扭能力，剪力墻結(jié)合樓電梯間設(shè)在主樓結(jié)構(gòu)的兩個(gè)對(duì)角位置，具體厚度根據(jù)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的變形限值，由剛度、承載力和延性三者間的最佳匹配決定。
1.2 建筑縫的處理設(shè)計(jì)
本建筑由主樓和裙房?jī)刹糠纸M成。在二者的連接部位需設(shè)置建筑縫。考慮到主樓部分高度較大、結(jié)構(gòu)有效重量大，裙房部分高度較低．因此二者問(wèn)需設(shè)置防震縫和沉降縫。對(duì)于防震縫。為避免書(shū)樓和裙房間連接部位留出較大的寬縫，給裙房屋頂防水處理帶來(lái)困難．本建筑采用“抗”的方法 在結(jié)構(gòu)分析時(shí)．將主樓和裙房視為一個(gè)整體進(jìn)行抗側(cè)力設(shè)計(jì)計(jì)算：對(duì)于沉降縫，結(jié)合主樓需設(shè)一層地下室的建筑要求，設(shè)計(jì)中將主樓基礎(chǔ)設(shè)計(jì)成樁基礎(chǔ)。而將裙房基礎(chǔ)設(shè)計(jì)成柱下條形基礎(chǔ)，通過(guò)兩類基礎(chǔ)的沉降變形計(jì)算，相應(yīng)調(diào)整和消除主樓和裙房?jī)刹糠值牟痪鶆虺两挡睢Ｊ┕r(shí)，在主樓和裙房連接部位預(yù)留1.5m寬后澆帶。通過(guò)施工手段局部調(diào)整高低兩部分間的沉降差。
1.3 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)
根據(jù)《工程地質(zhì)勘察報(bào)告》提供的場(chǎng)地工程地質(zhì)條件。并考慮主樓和裙房間荷載分布的不均勻性特點(diǎn),主樓部分結(jié)合地下室的設(shè)計(jì)采用深樁筏板基礎(chǔ)．以提高主樓結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。降低主樓部分的沉降變形。
裙房部分采用柱下條形基礎(chǔ) 通過(guò)修工條形基礎(chǔ)的寬度來(lái)調(diào)整基底反力．進(jìn)一步控制裙房部分的基礎(chǔ)沉降變形。使主樓結(jié)構(gòu)和裙房結(jié)構(gòu)在各自使用荷載作用下,能產(chǎn)生基本上一致的基礎(chǔ)沉降變形量。
2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)策略
鋼筋混凝土框架―剪力墻結(jié)構(gòu)是高層建筑結(jié)構(gòu)中最常采用的承載體系之一，它同時(shí)具有框架結(jié)構(gòu)建筑平面布置靈活。能獲得大空間，建筑立面易于處理，以及剪力墻結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度人、整體性好、抗震能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。在水平荷載作用下，具有較純框架和純剪力墻結(jié)構(gòu)更為有利的水平變形曲線。但鋼筋混凝土框―剪結(jié)構(gòu)是一個(gè)具有雙重承載體系的非常復(fù)雜的空間受力體系，力學(xué)分析難度較大．其優(yōu)化設(shè)計(jì)就更為復(fù)雜和難以實(shí)現(xiàn)。所以，盡管國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此做過(guò)許多有益的嘗試．但框―剪結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)還存在很多具有重大工程意義和科學(xué)意義的課題。2.1 框架結(jié)構(gòu)的分部?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)
鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)屬于具有多個(gè)多余約束的超靜定結(jié)構(gòu)，其荷載效應(yīng)不僅與外荷載大小有關(guān)。還與結(jié)構(gòu)構(gòu)件的材料特征、幾何構(gòu)造特征有關(guān)。鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的分部?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)。即是在結(jié)構(gòu)整體內(nèi)力分析完成后，根據(jù)梁柱各構(gòu)件的控制內(nèi)力進(jìn)行截面優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定滿足荷載效應(yīng)水平要求的各結(jié)構(gòu)構(gòu)件的幾何特征和配筋量的優(yōu)化結(jié)果，由此導(dǎo)致原結(jié)構(gòu)的幾何特征和荷載特征發(fā)生變化。優(yōu)化結(jié)構(gòu)在現(xiàn)荷載作用下內(nèi)力分布特征發(fā)生變化。各構(gòu)件控制截面上的控制內(nèi)力也發(fā)生相應(yīng)變化。據(jù)此再進(jìn)行新一輪的優(yōu)化設(shè)計(jì)。因此框架結(jié)構(gòu)的分郜優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)際上是一個(gè)迭代、漸進(jìn)的尋優(yōu)過(guò)程，計(jì)算結(jié)果雖不總能等價(jià)于整體優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果．但通常能給出工程實(shí)用的滿意結(jié)果。
鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的分部?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)方法的具體步驟為：
(1)初始選型：根據(jù)結(jié)構(gòu)平面、立面布置及建筑物設(shè)計(jì)使用功能，分析結(jié)構(gòu)所受的豎向荷載和水平荷載及其傳力路線，并考慮施工因素，歸并框架梁、柱的類型，初選梁柱的幾何尺寸；
(2)結(jié)構(gòu)分析：按照結(jié)構(gòu)的實(shí)際幾何構(gòu)造特征，計(jì)算結(jié)構(gòu)所受豎向荷載及水平荷載，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行空間內(nèi)力分析。根據(jù)結(jié)構(gòu)分析結(jié)果，將截面尺寸相同的構(gòu)件的控制截面內(nèi)力，根據(jù)其大小進(jìn)行分類，并確定每一類構(gòu)件的設(shè)計(jì)控制內(nèi)力；
(3)截面優(yōu)化設(shè)計(jì)：針對(duì)每一種梁柱構(gòu)件的控制內(nèi)力進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。得出優(yōu)化約束條件下的結(jié)構(gòu)幾何構(gòu)造特征和配筋特征的優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果，從而構(gòu)成新的優(yōu)化意義上的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)；
(4)收斂性判斷：在工程精度意義上選取一個(gè)較小的數(shù)值，作為檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)收斂性的條件，進(jìn)行收斂性判斷。若優(yōu)化結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)基本一致，則認(rèn)為優(yōu)化結(jié)構(gòu)是收斂的。可以轉(zhuǎn)入下一步的可行性判斷，否則轉(zhuǎn)回第(2)步重新進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)；
(5)可行性判斷：對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行一次內(nèi)力分析，檢驗(yàn)其可用性。若整體分析能夠滿足工程設(shè)計(jì)要求，則可按此方案進(jìn)行配筋和構(gòu)造處理，作為最終的優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果。否則需根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)和結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析結(jié)果進(jìn)行局部調(diào)整，直到方案可用為止。
2.2框―剪結(jié)構(gòu)的三階段優(yōu)化設(shè)計(jì)策略
框―剪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要涉及三個(gè)方面的優(yōu)化問(wèn)題：① 結(jié)構(gòu)最優(yōu)設(shè)防水平的決策；②框架與剪力墻結(jié)構(gòu)協(xié)同工作，以及承載力、剛度與延性變形能力間的最佳匹配設(shè)計(jì)；③ 框架―剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題。
2.2.1第一階段：最優(yōu)設(shè)防水平I 的優(yōu)化決策
根據(jù)地震危險(xiǎn)性分析結(jié)果或地震區(qū)劃規(guī)定，在預(yù)測(cè)地震烈度概率分析基礎(chǔ)上，用模糊綜合評(píng)判法計(jì)算結(jié)構(gòu)的模糊延性向量和模糊抗震強(qiáng)度、損傷等級(jí)概率和震害損失的預(yù)估期望值E(Id)，在滿足最大投資約束和最大損失約束條件下，使k1C(Id)+K2K3E(Id)達(dá)到最小，求出最優(yōu)抗震設(shè)防烈度Id。
2.2.2 第二階段：剪力墻構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì)
剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì)主要是結(jié)構(gòu)剛度與延性指標(biāo)的最佳組合,可用力學(xué)準(zhǔn)則進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)構(gòu)剛度對(duì)結(jié)構(gòu)的影響主要為結(jié)構(gòu)的自振周期和側(cè)向位移,結(jié)構(gòu)延性對(duì)結(jié)構(gòu)的影響主要為保持承載力前提下的變形能力。因此，可用結(jié)構(gòu)整體的側(cè)向位移量來(lái)協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)的剛度和延性。我們根據(jù)高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)層問(wèn)位移和頂點(diǎn)總側(cè)移的限值來(lái)控制結(jié)構(gòu)的剛度設(shè)計(jì)和延性設(shè)計(jì)。
2.2.3 第三階段：框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化
設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是一個(gè)結(jié)構(gòu)準(zhǔn)則,在一次整體分析完成之后，可按照前述方法對(duì)框―剪結(jié)構(gòu)中的框架部分進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
2.2.4 框―剪結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)步驟
(1)分析結(jié)構(gòu)平面、立面布置特點(diǎn)，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)選定剪力墻抗側(cè)力構(gòu)件的布置位置及幾何厚度；
(2)根據(jù)結(jié)構(gòu)使用荷載特點(diǎn)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)歸并框架結(jié)構(gòu)類型，并初步選定每一類型框架結(jié)構(gòu)梁柱構(gòu)件的幾何尺寸；
(3)進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)的空間內(nèi)力分析；
(4)根據(jù)結(jié)構(gòu)分析計(jì)算結(jié)果。檢查結(jié)構(gòu)的層間位移及頂點(diǎn)總位移是否滿足規(guī)范要求。若滿足規(guī)范要求，則轉(zhuǎn)入第5步進(jìn)行判斷：若不滿足規(guī)范要求．則直接返回第1步，進(jìn)行剪力墻水平截面面積的修正；
(5)剛度最優(yōu)化判斷：比較結(jié)構(gòu)實(shí)際側(cè)移值和規(guī)范限值，若｜且，則轉(zhuǎn)入第6步進(jìn)行計(jì)算；否則轉(zhuǎn)入第1步，并用原剪力墻厚度乘以修正系數(shù)，來(lái)修正剪力墻幾何尺寸，重新進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析；
(6)分別進(jìn)行剪力墻和框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面優(yōu)化設(shè)計(jì)；
(7)收斂性判斷：比較優(yōu)化結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)的接近程度，若優(yōu)化結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)基本一致，則認(rèn)為優(yōu)化結(jié)構(gòu)是收斂的，可以轉(zhuǎn)入下一步進(jìn)行可行性判斷。否則將優(yōu)化結(jié)構(gòu)作為原結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)回第3步重新進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)；
篇3
1.1高層建筑結(jié)構(gòu)類型分析
高層建筑結(jié)構(gòu)選型決定高層建筑的整體安全性和可靠性。常見(jiàn)的幾種結(jié)構(gòu)可類型為分為框架結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)等。①框架結(jié)構(gòu)主要是由梁柱、樓板等部分組成，根據(jù)建筑功能的需求，完成對(duì)平面框架的布置。框架結(jié)構(gòu)造價(jià)低，但在水平荷載影響下變形較大，抗震效果不佳；②框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，高層建筑中，剪力墻主要布置在電梯間，通過(guò)核心筒承擔(dān)水平荷載，抵抗地震力，整體穩(wěn)定性高。但是框架剪力墻結(jié)構(gòu)容易受到平面布局限制，出現(xiàn)質(zhì)心和鋼心不重合的現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)過(guò)大，可能會(huì)出現(xiàn)的安全隱患；③剪力墻結(jié)構(gòu)，具有較好強(qiáng)豎向和水平向的承載能力，對(duì)高層建筑的整體剛到和穩(wěn)定性具有顯著的提升效果，重點(diǎn)在于剪力墻的布置及自重的控制；④筒體結(jié)構(gòu)，在電梯間及建筑布置剪力墻，形成筒體，該結(jié)構(gòu)具有更高的剛度。
1.2高層建筑結(jié)構(gòu)選型的影響因素
高層建筑結(jié)構(gòu)選型，除了受建筑需求影響外，其主要因素可歸納為：①環(huán)境條件。主要包括設(shè)防烈度、場(chǎng)地條件、基本風(fēng)壓等；②建筑方案特征。主要包括方案建筑的高度、高寬比、長(zhǎng)寬比以及建筑體型,其中建筑體型包括平面體型和立體體型。平面體型是由平面規(guī)則性、平面對(duì)稱性、平面質(zhì)量和剛度偏心等組成,立體體型是由結(jié)構(gòu)高寬比、立面收進(jìn)體型、塔樓和層間剛度等組成；③建筑使用功能要求。高層建筑的使用功能大體上可分為住宅、辦公樓、旅館和綜合樓等。某種功能的建筑可能只有某幾種結(jié)構(gòu)型式和它相匹配。比如高層住宅,由于其使用空間較小,分隔墻體較多,且各層的平面布置基本相同,因此這種功能的建筑就比較適合采用剪力墻或框架剪力墻結(jié)構(gòu)；④結(jié)構(gòu)抗災(zāi)水平及現(xiàn)場(chǎng)施工、后期使用、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等。
1.3結(jié)構(gòu)選型實(shí)施案例
本章節(jié)以某工程為例，該工程中主要包含的高層住宅和多層商務(wù)辦公兩部分，建筑的總占地面積95388.440m2，其中工程中主要以1號(hào)樓、2號(hào)樓、3號(hào)樓為高層建筑，且樓層均為36F，其中且高度分別為117.390m、119.400m、119.400m。本工程主要采用鋼材、混凝土等材料。本章節(jié)以1號(hào)樓為研究對(duì)象，1號(hào)樓擬建樓層36層，設(shè)防烈度7度，基本風(fēng)壓0.75KN/m2，場(chǎng)地Ⅱ類。建筑對(duì)稱布置，平面規(guī)則，其空間分隔小，隔墻多，且各層平面布置基本相同。通過(guò)考慮其豎向、水平向荷載、造價(jià)施工方面等因素，本工程采用剪力墻結(jié)構(gòu)，通過(guò)合理布置剪力墻，控制結(jié)構(gòu)的整體剛度及側(cè)向位移等，使結(jié)構(gòu)更安全、更穩(wěn)定、更經(jīng)濟(jì)。
2建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)
2.1結(jié)合建筑類型進(jìn)行優(yōu)化
汶川地震震害結(jié)果表明，對(duì)于教育類項(xiàng)目，如中小學(xué)，由于使用功能要求，相比其它建筑，教學(xué)樓豎向結(jié)構(gòu)體系相對(duì)較弱，強(qiáng)度和剛度不足，并且建筑體型不對(duì)稱，致使建筑在地震中易傾倒。因此教育類項(xiàng)目，應(yīng)在建筑側(cè)邊及樓梯間布置剪力墻，以增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的整體性與穩(wěn)定性，使其具有良好的工作性能。針對(duì)文化體育類項(xiàng)目，例如圖書(shū)館、博物館，根據(jù)其典藏書(shū)籍及文物的特點(diǎn)，其荷載大，使用空間大，平面不規(guī)則，在結(jié)構(gòu)進(jìn)行豎向布置時(shí)不必按照傳統(tǒng)9m模數(shù)布置，某項(xiàng)目案列按12m模數(shù)優(yōu)化柱網(wǎng)后，結(jié)構(gòu)截面變化不大，但能更好滿足建筑使用功能需求。
2.2結(jié)合建筑總高度進(jìn)行優(yōu)化
在某超高層中，通過(guò)對(duì)比分析鋼骨砼柱—砼梁與鋼管砼柱—鋼梁，鋼梁組合樓蓋可有效降低梁柱截面，滿足建筑使用凈高要求，且中庭洞口各層交錯(cuò)布置，采用鋼梁組合樓蓋解決了傳統(tǒng)支模難題；可有效控制塔樓標(biāo)準(zhǔn)層室內(nèi)梁高，內(nèi)部?jī)舾吒叱?50～200mm；絕大部分構(gòu)件都在工廠加工完成，最大化地提高建筑產(chǎn)品工業(yè)化水平，大大減少施工現(xiàn)場(chǎng)建筑垃圾；施工工期大大縮短。
2.3結(jié)合建筑荷載進(jìn)行優(yōu)化
越來(lái)越多的企業(yè)在項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中承受著巨額成本的壓力,地下室優(yōu)化的必要性不容忽視。在滿足安全和建筑功能、效果的前提下，充分考慮覆土、消防車、人防等荷載，再進(jìn)行平面布置，并進(jìn)行多方案比選，項(xiàng)目實(shí)例表明，在常規(guī)8.5m×8.5m柱網(wǎng)情況下，荷載越大，采用大板結(jié)構(gòu)，建筑物含鋼量最低，最經(jīng)濟(jì)。在結(jié)構(gòu)優(yōu)化過(guò)程中應(yīng)多方面考慮，對(duì)建筑安全、美觀、經(jīng)濟(jì)等全面比較，以實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目效益最大化。
2.4剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化理論在實(shí)際工程中運(yùn)用
（1）在進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，應(yīng)通過(guò)軟件分析，滿足最大層間位移、周期比、位移比、軸壓比等各項(xiàng)指標(biāo)確要求。（2）通過(guò)適當(dāng)?shù)目s減剪力墻的長(zhǎng)度，減輕自重，增加高層建筑內(nèi)部使用空間。（3）剪力墻的肢截面控制，在具體的控制中，需要保障肢截面以簡(jiǎn)單、規(guī)則為基準(zhǔn)，具體的門(mén)窗洞口，同樣需要設(shè)計(jì)整齊成列，并形成明確的墻肢與連梁，進(jìn)而使得應(yīng)力可以的合理的分布，提升高層建筑的整體安全性和穩(wěn)定性。（4）剪力墻過(guò)長(zhǎng)的部分，采用的開(kāi)設(shè)洞口的方式，完成對(duì)剪力墻的均分，再由的弱連梁對(duì)他們進(jìn)行連接，避免剪力墻出現(xiàn)的脆性剪切破壞，影響高層建筑的整體質(zhì)量和安全。（5）剪力墻應(yīng)自上而下的連續(xù)性布置，減少高層建筑出現(xiàn)剛度突變的情況，保障剪力墻的連續(xù)性。設(shè)計(jì)過(guò)程中適當(dāng)對(duì)剪力墻的厚度和混凝土強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)整，滿足軸壓比的要求。（6）對(duì)窗口梁和陽(yáng)臺(tái)梁等截面進(jìn)行調(diào)整，完成對(duì)結(jié)構(gòu)剛度及位移的微整，是結(jié)構(gòu)布置更合理。針對(duì)高層建筑的結(jié)構(gòu)選型設(shè)計(jì)的基本情況，可完成高層建筑的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，從而使得高層建筑的空間效果、結(jié)構(gòu)性能和高層建筑的整體綜合效益等均可得到改善，在保障高層建筑基本功能的基礎(chǔ)上，提升高層建筑的穩(wěn)定性和安全性。
篇4
某高層建筑設(shè)計(jì)使用功能為餐飲、辦公一體屬綜合性公共建筑。地下2層，裙樓4層，裙樓上南、北兩塔樓分別高19層(72.5m)、25層(90.5m)。兩塔樓于17、18、19層連體（結(jié)構(gòu)上為兩塔樓分別懸挑梁處理）。總建筑面積55018m2，其中基底面積為3525m2。
1.1 結(jié)構(gòu)承重體系設(shè)計(jì)
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中裙房部分主要考慮由恒載及使用活荷載等豎向荷載引起的荷載效應(yīng)，主樓部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅考慮豎向荷載效應(yīng)，還要考慮水平地震作用及風(fēng)荷載作用下產(chǎn)生的荷載效應(yīng)的組合。綜合考慮裙樓部分大空間的設(shè)計(jì)使用要求以及主樓部分的抗側(cè)移設(shè)計(jì)要求，裙房結(jié)構(gòu)承重體系采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)形式，主樓采用框架-剪力墻承重結(jié)構(gòu)體系。本建筑結(jié)構(gòu)在主樓抗側(cè)力構(gòu)件設(shè)計(jì)中，剪力墻主要承擔(dān)水平作用，框架承擔(dān)少部分水平荷載作用和大部分豎向荷載作用。主樓平面形狀基本上為正方形，因樓梯、電梯間均設(shè)置在核心筒內(nèi)，為提高主樓結(jié)構(gòu)的抗扭能力，剪力墻結(jié)合樓電梯間在主樓范圍內(nèi)采取了加強(qiáng)處理，具體厚度根據(jù)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的變形限值，由剛度、承載力和延性三者間的最佳匹配決定。
1.2 建筑縫的處理設(shè)計(jì)
本建筑由主樓和裙房?jī)刹糠纸M成，在二者的連接部位需設(shè)置建筑縫。考慮到主樓部分高度較大、結(jié)構(gòu)有效重量大，裙房部分高度較低，因此二者間需設(shè)置防震縫和沉降縫。對(duì)于防震縫，為避免主樓和裙房間連接部位留出較大的寬縫，給裙房屋頂防水處理帶來(lái)困難，本建筑采用“抗”的方法，在結(jié)構(gòu)分析時(shí)，將主樓和裙房視為一個(gè)整體進(jìn)行抗側(cè)力設(shè)計(jì)計(jì)算；對(duì)于沉降縫，結(jié)合主樓需設(shè)二層地下室的建筑要求，設(shè)計(jì)中將主樓基礎(chǔ)設(shè)計(jì)成樁基礎(chǔ)，而將裙房基礎(chǔ)設(shè)計(jì)成柱下條形基礎(chǔ)，通過(guò)兩類基礎(chǔ)的沉降變形計(jì)算，相應(yīng)調(diào)整和消除主樓和裙房?jī)刹糠值牟痪鶆虺两挡睢Ｊ┕r(shí)，在主樓和裙房連接部位預(yù)留1.5m寬后澆帶，通過(guò)施工手段局部調(diào)整高低兩部分間的沉降差。
1.3 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)
根據(jù)《工程地質(zhì)勘察報(bào)告》提供的場(chǎng)地工程地質(zhì)條件，并考慮主樓和裙房間荷載分布的不均勻性特點(diǎn)，主樓部分結(jié)合地下室的設(shè)計(jì)采用深樁筏板基礎(chǔ)，以提高主樓結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，降低主樓部分的沉降變形。
裙房部分采用柱下條形基礎(chǔ)，通過(guò)修正條形基礎(chǔ)的寬度來(lái)調(diào)整基底反力，進(jìn)一步控制裙房部分的基礎(chǔ)沉降變形，使主樓結(jié)構(gòu)和裙房結(jié)構(gòu)在各自使用荷載作用下，能產(chǎn)生基本上一致的基礎(chǔ)沉降變形量。
2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)策略
鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)是高層建筑結(jié)構(gòu)中最常采用的承載體系之一，它同時(shí)具有框架結(jié)構(gòu)建筑平面布置靈活，能獲得大空間，建筑立面易于處理，以及剪力墻結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度大、整體性好、抗震能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。在水平荷載作用下，具有較純框架和純剪力墻結(jié)構(gòu)更為有利的水平變形曲線。但鋼筋混凝土框-剪結(jié)構(gòu)是一個(gè)具有雙重承載體系的非常復(fù)雜的空間受力體系，力學(xué)分析難度較大，其優(yōu)化設(shè)計(jì)就更為復(fù)雜和難以實(shí)現(xiàn)。所以，筆者以下謹(jǐn)通過(guò)已有的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)提出步驟性的建議，不作深入的學(xué)術(shù)探討。希望國(guó)內(nèi)外學(xué)者和工程設(shè)計(jì)人員今后對(duì)此能有更多有益的嘗試，探討更多有關(guān)框-剪結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方面的課題，以推動(dòng)我國(guó)節(jié)能事業(yè)的發(fā)展。
2.1 框架結(jié)構(gòu)的分部?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)
鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)屬于具有多個(gè)多余約束的超靜定結(jié)構(gòu)，其荷載效應(yīng)不僅與外荷載大小有關(guān)，還與結(jié)構(gòu)構(gòu)件的材料特征、幾何構(gòu)造特征有關(guān)。鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的分部?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)，即是在結(jié)構(gòu)整體內(nèi)力分析完成后，根據(jù)梁柱各構(gòu)件的控制內(nèi)力進(jìn)行截面優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定滿足荷載效應(yīng)水平要求的各結(jié)構(gòu)構(gòu)件的幾何特征和配筋量的優(yōu)化結(jié)果，由此導(dǎo)致原結(jié)構(gòu)的幾何特征和荷載特征發(fā)生變化，優(yōu)化結(jié)構(gòu)在現(xiàn)荷載作用下內(nèi)力分布特征發(fā)生變化，各構(gòu)件控制截面上的控制內(nèi)力也發(fā)生相應(yīng)變化，據(jù)此再進(jìn)行新一輪的優(yōu)化設(shè)計(jì)。因此框架結(jié)構(gòu)的分部?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)際上是一個(gè)迭代、漸進(jìn)的尋優(yōu)過(guò)程，計(jì)算結(jié)果雖不總能等價(jià)于整體優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果，但通常能給出工程實(shí)用的滿意結(jié)果。
鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的分部?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)方法的具體步驟為：
（1）初始選型：根據(jù)結(jié)構(gòu)平面、立面布置及建筑物設(shè)計(jì)使用功能，分析結(jié)構(gòu)所受的豎向荷載和水平荷載及其傳力路線，并考慮施工因素，歸并框架梁、柱的類型,初選梁柱的幾何尺寸；
（2）結(jié)構(gòu)分析：按照結(jié)構(gòu)的實(shí)際幾何構(gòu)造特征，計(jì)算結(jié)構(gòu)所受豎向荷載及水平荷載，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行空間內(nèi)力分析。根據(jù)結(jié)構(gòu)分析結(jié)果，將截面尺寸相同的構(gòu)件的控制截面內(nèi)力，根據(jù)其大小進(jìn)行分類，并確定每一類構(gòu)件的設(shè)計(jì)控制內(nèi)力；
（3）截面優(yōu)化設(shè)計(jì)：針對(duì)每一種梁柱構(gòu)件的控制內(nèi)力進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，得出優(yōu)化約束條件下的結(jié)構(gòu)幾何構(gòu)造特征和配筋特征的優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果，從而構(gòu)成新的優(yōu)化意義上的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)；
（4）收斂性判斷：在工程精度意義上選取一個(gè)較小的數(shù)值，作為檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)收斂性的條件，進(jìn)行收斂性判斷。若優(yōu)化結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)基本一致，則認(rèn)為優(yōu)化結(jié)構(gòu)是收斂的，可以轉(zhuǎn)入下一步的可行性判斷，否則轉(zhuǎn)回第②步重新進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)；
（5）可行性判斷：對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行一次內(nèi)力分析，檢驗(yàn)其可用性。若整體分析能夠滿足工程設(shè)計(jì)要求，則可按此方案進(jìn)行配筋和構(gòu)造處理，作為最終的優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果。否則需根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)和結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析結(jié)果進(jìn)行局部調(diào)整，直到方案可用為止。
2.2 框-剪結(jié)構(gòu)的三階段優(yōu)化設(shè)計(jì)策略
框-剪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要涉及3個(gè)方面的優(yōu)化問(wèn)題：①結(jié)構(gòu)最優(yōu)設(shè)防水平的決策；②框架與剪力墻結(jié)構(gòu)協(xié)同工作，以及承載力、剛度與延性變形能力間的最佳匹配設(shè)計(jì)；③框架-剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題。
高層框-剪結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的協(xié)同工作問(wèn)題，主要是水平荷載在框架和剪力墻結(jié)構(gòu)之間的分配設(shè)計(jì)，因此剪力墻數(shù)量和位置的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵問(wèn)題。這里，我們將框-剪結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程分為三個(gè)階段進(jìn)行，對(duì)不同階段的不同問(wèn)題，采取不同的優(yōu)化準(zhǔn)則進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
2.2.1 第一階段：最優(yōu)設(shè)防水平Id的優(yōu)化決策
根據(jù)地震危險(xiǎn)性分析結(jié)果或地震區(qū)劃規(guī)定，在預(yù)測(cè)地震烈度概率分析基礎(chǔ)上，用模糊綜合評(píng)判法計(jì)算結(jié)構(gòu)的模糊延性向量和模糊抗震強(qiáng)度、損傷等級(jí)概率和震害損失的預(yù)估期望值E(Id)，在滿足最大投資約束和最大損失約束條件下，使k1C(Id)+k2k3E(Id)達(dá)到最小，求出最優(yōu)抗震設(shè)防烈度Id。
2.2.2 第二階段：剪力墻構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì)
剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì)主要是結(jié)構(gòu)剛度與延性指標(biāo)的最佳組合，可用力學(xué)準(zhǔn)則進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)構(gòu)剛度對(duì)結(jié)構(gòu)的影響主要為結(jié)構(gòu)的自振周期和側(cè)向位移，結(jié)構(gòu)延性對(duì)結(jié)構(gòu)的影響主要為保持承載力前提下的變形能力。因此，可用結(jié)構(gòu)整體的側(cè)向位移量來(lái)協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)的剛度和延性。我們根據(jù)高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)層間位移和頂點(diǎn)總側(cè)移的限值來(lái)控制結(jié)構(gòu)的剛度設(shè)計(jì)和延性設(shè)計(jì)。
2.2.3 第三階段：框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)
框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是一個(gè)結(jié)構(gòu)準(zhǔn)則，在一次整體分析完成之后，可按照前述方法對(duì)框-剪結(jié)構(gòu)中的框架部分進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
2.2.4 框-剪結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)步驟
（1）分析結(jié)構(gòu)平面、立面布置特點(diǎn)，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)選定剪力墻抗側(cè)力構(gòu)件的布置位置及幾何厚度；
（2）根據(jù)結(jié)構(gòu)使用荷載特點(diǎn)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)歸并框架結(jié)構(gòu)類型，并初步選定每一類型框架結(jié)構(gòu)梁柱構(gòu)件的幾何尺寸；
（3）進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)的空間內(nèi)力分析；
（4）根據(jù)結(jié)構(gòu)分析計(jì)算結(jié)果，檢查結(jié)構(gòu)的層間位移及頂點(diǎn)總位移是否滿足規(guī)范要求。若滿足規(guī)范要求，則轉(zhuǎn)入第5步進(jìn)行判斷；若不滿足規(guī)范要求，則直接返回第1步，進(jìn)行剪力墻水平截面面積的修正；
（5）剛度最優(yōu)化判斷：比較結(jié)構(gòu)實(shí)際側(cè)移值和規(guī)范限值，若│max(δ/h)-［δ/h］│/［δ/h］≤ε1且│max(Δ/H)-［Δ/H］│/［Δ/H］≤ε2，則轉(zhuǎn)入第6步進(jìn)行計(jì)算；否則轉(zhuǎn)入第1步，并用原剪力墻厚度乘以修正系數(shù)ζ=max{ζ1，ζ2}(ζ1=［δ/h］/max(δ/h)，ζ2=［Δ/H］│/max(Δ/H))，來(lái)修正剪力墻幾何尺寸，重新進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析；
（6）分別進(jìn)行剪力墻和框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面優(yōu)化設(shè)計(jì)；
（7）收斂性判斷：比較優(yōu)化結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)的接近程度，若優(yōu)化結(jié)構(gòu)與原結(jié)構(gòu)基本一致，則認(rèn)為優(yōu)化結(jié)構(gòu)是收斂的，可以轉(zhuǎn)入下一步進(jìn)行可行性判斷，否則將優(yōu)化結(jié)構(gòu)作為原結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)回第3步重新進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)；
（8）可行性判斷：對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行一次內(nèi)力分析，檢驗(yàn)其可用性。若整體分析能夠滿足工程設(shè)計(jì)要求，則可按此方案進(jìn)行配筋和構(gòu)造處理，作為最終的優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果。否則需根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)和結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析結(jié)果進(jìn)行局部調(diào)整，直到方案可用為止。
3 工程實(shí)例
篇5
1 工程概況
某項(xiàng)目建筑面積為33819.0m2，地下2層為停車庫(kù)，地上1~3層為商業(yè)，4~30 層為住宅，頂部設(shè)有出屋面電梯機(jī)房及水箱間，采用框架—剪力墻結(jié)構(gòu)。抗震設(shè)防烈度8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為 0.20g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，建筑物場(chǎng)地土類別為Ⅱ類，基本風(fēng)壓 Wo=0.40kN/m2。該建筑地下室～4層剪力墻厚度為：350mm；6 層～12層剪力墻厚度為：300mm；13層～21層剪力墻厚度為：250mm；22層～屋頂剪力墻厚度為：200mm；樓、電梯間剪力墻厚均為 250mm和 160mm。基礎(chǔ)型式為樁和承合基礎(chǔ)。采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院 PKPM 系列軟件進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的計(jì)算。
2 結(jié)構(gòu)體系選型
建筑物結(jié)構(gòu)形式的選擇對(duì)建筑的使用功能、結(jié)構(gòu)可靠性、建筑的抗震性能、工程造價(jià)等具有很大影響。 因而在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中體系選型顯得十分重要。
剪力墻結(jié)構(gòu)是一種由鋼筋混凝土墻體作為抗側(cè)力單元，同時(shí)承擔(dān)豎向荷載和地震作用的一種結(jié)構(gòu)體系；它剛度大，空間整體性好，用鋼量較省；可以很好地適應(yīng)墻體較多、房間面積不大的特點(diǎn)，故在高層住宅中應(yīng)用極為普遍。但剪力墻結(jié)構(gòu)墻體較多，不能布置商店和
公共設(shè)施等面積較大的房間。
框支剪力墻結(jié)構(gòu)是一種將部分底層或部分層的剪力墻取消，代之以框架的結(jié)構(gòu)體系；其主要是為了滿足在底層布置門(mén)廳、餐廳、會(huì)議室等大面積公共用房的要求，以及在住宅樓底層布置商店和公共設(shè)施的要求。但框支剪力墻結(jié)構(gòu)，底層柱的剛度小，上部剪力墻剛度大，形成上下剛度突變，在地震作用下底層柱會(huì)產(chǎn)生很大內(nèi)力及塑性變形，對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能極為不利；并且其轉(zhuǎn)換層的混凝土和鋼筋用量一般都很大，其工程造價(jià)很不經(jīng)濟(jì)。因此，在地震區(qū)不宜采用框支剪力墻結(jié)構(gòu)。
框架—剪力墻結(jié)構(gòu)是在框架結(jié)構(gòu)中布置一定數(shù)量的剪力墻，可以組成框架—剪力墻結(jié)構(gòu)的一種結(jié)構(gòu)體系，這種結(jié)構(gòu)既有框架結(jié)構(gòu)布置靈活、使用方便的特點(diǎn)，又有較大的剛度和較強(qiáng)的抗震能力，因而廣泛地應(yīng)用于高層建筑中的辦公樓和旅館等。
本工程針對(duì)其具體情況，做多方案比較，最終確定了框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系；既能滿足了上部住宅樓、底部商業(yè)用房的建筑使用功能要求，又能滿足建筑物在高烈度區(qū)的安全可靠性，同時(shí)這種結(jié)構(gòu)形式也是較為經(jīng)濟(jì)合理的，可有效的控制工程造價(jià)。
3 基礎(chǔ)及地基處理的設(shè)計(jì)
高層建筑基礎(chǔ)的合理選型與設(shè)計(jì)是整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一個(gè)極其重要和非常關(guān)鍵的部分。 基礎(chǔ)的工程造價(jià)在高層建筑整個(gè)工程造價(jià)中所占的比例較高，尤其在地質(zhì)條件比較復(fù)雜的情況下更是如此。所以選用合理的基礎(chǔ)形式或地基處理方式，對(duì)降低工程造價(jià)起著至關(guān)重要的作用。
該工程地基承載力特征值為200kPa，天然地基不能滿足設(shè)計(jì)要求，根據(jù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告，可采取鉆孔灌注樁或預(yù)應(yīng)力管樁。由于場(chǎng)地為自重濕陷性場(chǎng)地，濕陷等級(jí)為Ⅱ級(jí)（中等），建議首先采用素土擠密樁對(duì)濕陷性土層進(jìn)行處理。考慮甲方施工工期緊的情況，經(jīng)過(guò)多方經(jīng)濟(jì)比較，最終取消了素土擠密樁處理，而是直接采用機(jī)械旋挖成孔的鋼筋混凝土灌注樁穿越濕陷性土層。根據(jù)西安當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)，旋挖成孔技術(shù)可提高灌注樁的承載力約 20%~50%，這就大大節(jié)約了施工時(shí)間，并減少了素土樁施工費(fèi)用，而灌注樁所增加的樁長(zhǎng)卻很小。本工程樁基承臺(tái)此次采用底平，主要是為了使位于地下室的設(shè)備管線埋設(shè)在各個(gè)承臺(tái)之間的空隙，而不占用建筑面層。這樣可大大減小基坑的開(kāi)挖深度，減小工程量，從而降低工程造價(jià)。
4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
本工程通過(guò)抗側(cè)力構(gòu)件的合理布置，在地震作用下，使結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)目標(biāo)參數(shù)均符合規(guī)范要求的前提下，不斷優(yōu)化，盡量減少剪力墻的數(shù)量和厚度， 使結(jié)構(gòu)在 X、Y兩個(gè)方向剛度基本接近，兩個(gè)方向水平位移均接近規(guī)范限值，結(jié)構(gòu)布置更加經(jīng)濟(jì)合理。從承載力方面來(lái)看，使框架、剪力墻的作用得到充分的發(fā)揮；從地震作用來(lái)看，減小了結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，并因此減輕了建筑的自重，從而減小了結(jié)構(gòu)的地震作用；也相應(yīng)減少了基礎(chǔ)工程的投資。
本工程樓層最大位移（樓層最大值層間位移角）：X 方向地震力作用下的樓層最大值層間位移角：1/1084；Y 方向地震力作用下的樓層最大值層間位移角：1/859；滿足了抗震規(guī)范與高規(guī)規(guī)定的剪力墻結(jié)構(gòu)樓層最大值層間位移角限值均為：1/800 的要求。
5 材料選用
5.1采用高強(qiáng)度鋼筋
在滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)承載力要求的前提下,選擇相對(duì)造價(jià)低的鋼筋方案,可以達(dá)到降低工程造價(jià)的目的。大多數(shù)設(shè)計(jì)人員一般把重點(diǎn)放在配筋的計(jì)算上,往往忽視鋼筋種類的選擇。新Ⅲ級(jí)鋼筋是近年來(lái)推廣使用的新型鋼筋,它比普通Ⅱ級(jí)鋼筋提高強(qiáng)度近 20%，每噸價(jià)格增加不超過(guò)10%。因此新Ⅲ級(jí)鋼筋的選用,在增加鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和建筑物安全儲(chǔ)備的同時(shí),還節(jié)省了用鋼量。另外，鋼筋的連接宜優(yōu)先采用閃光對(duì)焊,且普通焊接或電渣壓力焊接比搭接經(jīng)濟(jì)。
本工程基礎(chǔ)和梁、柱及板配筋等大部分均采用 HRB400 級(jí)鋼筋，HRB400 級(jí)鋼筋強(qiáng)度 設(shè)計(jì)值與HRB335級(jí)鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值之比360/300 = 1.2 ; 據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，用強(qiáng)度高的 HRB400 級(jí)鋼筋取代強(qiáng)度低的HRB335級(jí)鋼筋可節(jié)約鋼材約14%，這是降低鋼筋用量最直接的措施。
5.2采用輕質(zhì)隔墻
本工程為減輕荷載，內(nèi)隔墻采用輕質(zhì)石膏板內(nèi)隔墻體系，與輕質(zhì)砌塊隔墻相比，輕質(zhì)石膏板內(nèi)隔墻體系具有自重輕、干法作業(yè)，安裝效率高，易于拆改、施工快捷，縮短工期的優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)在高層住宅建筑中得以廣泛應(yīng)用。以99mm厚的輕質(zhì)石膏板隔墻為例，其重量為23kg/m2，是相同厚度砌塊隔墻重量的28%，可顯著節(jié)省建筑承重結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)費(fèi)用，降低土建結(jié)構(gòu)造價(jià)。
6結(jié)束語(yǔ)
本文討論的該工程通過(guò)以上幾個(gè)方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)，在符合現(xiàn)行國(guó)家規(guī)范前提下，做到安全性能可靠，減少了建筑的混凝土用量和鋼筋用量，取得了較好的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，達(dá)到了較佳的設(shè)計(jì)效果。
參考文獻(xiàn)：
[1]建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50011-2010）[S]．北京 ：中國(guó)建筑工業(yè)出版社 ，2010.
篇6
Keywords: high-rise residential building design
中圖分類號(hào)：S611文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
當(dāng)前，高層建筑隨著城市的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而發(fā)展起來(lái)的, 在土地資源日益趨緊的今天, 高層建筑有利于節(jié)約用地、解決住房緊張、減少市政基礎(chǔ)設(shè)施和美化城市空間環(huán)境。為了在日益激烈的設(shè)計(jì)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中求得生存與發(fā)展, 為業(yè)主提供優(yōu)質(zhì)的設(shè)計(jì)產(chǎn)品, 提高設(shè)計(jì)產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性, 已成為每一個(gè)設(shè)計(jì)單位努力追求的目標(biāo)。
一、高層住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則
1、 滿足經(jīng)濟(jì)性要求。住宅作為商品, 開(kāi)發(fā)商為有利可圖, 要求投入少, 經(jīng)濟(jì)效益好,購(gòu)房者則要求房屋設(shè)計(jì)布局好, 外觀美, 房?jī)r(jià)適中, 質(zhì)量上乘。因此, 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)房屋的建造地點(diǎn)、平立面體形、層數(shù)多少, 在滿足安全性、耐久性和舒適性要求的前提下采用經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)體系, 在構(gòu)件設(shè)計(jì)中應(yīng)精打細(xì)算, 嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范構(gòu)造要求, 注意避免不必要的浪費(fèi)。尤其在地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中更應(yīng)該注意方案的經(jīng)濟(jì)比較,因?yàn)榈鼗A(chǔ)設(shè)計(jì)方案合理與否對(duì)房屋造價(jià)至關(guān)重要。
2、 滿足安全性和耐久性要求。住宅實(shí)行商品化后, 應(yīng)成為廣大住戶的耐用消費(fèi)品, 使用壽命長(zhǎng)是區(qū)別于其他消費(fèi)品的最大特點(diǎn)。因此, 結(jié)構(gòu)安全性和耐久性是住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最基本的要求。在結(jié)構(gòu)體系的選擇, 材料的選用,都應(yīng)該有利于抗風(fēng)抗震, 以及在使用壽命期間維修改造的可能性。
3、滿足舒適性要求。住宅建筑設(shè)計(jì)應(yīng)該為住戶起居的舒適性要求提供條件, 例如, 多種戶型, 靈活分隔室內(nèi)空間, 人居的熱、光、聲的環(huán)境等要求, 為此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)較好地配合建筑和機(jī)電專業(yè), 盡可能在居住空間中避免露柱露梁的壓抑感和采用隔音較差的分隔墻材料, 使室內(nèi)簡(jiǎn)潔明快, 隔聲較好,給居住者創(chuàng)造一個(gè)幽靜舒適的環(huán)境。結(jié)構(gòu)方案中還應(yīng)考慮住戶日后改變分隔空間的可能性, 當(dāng)采用剪力墻結(jié)構(gòu)時(shí), 宜采用大開(kāi)間布置。
二、 高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)現(xiàn)狀分析
1、只重視結(jié)構(gòu)尺寸的優(yōu)化,即在給定結(jié)構(gòu)的幾何形狀、 拓?fù)浜筒牧系那闆r下,求出滿足約束條件的最優(yōu)構(gòu)件截面,而忽視結(jié)構(gòu)整體的優(yōu)化。已有的研究結(jié)果表明,形狀優(yōu)化比尺寸優(yōu)化更有意義。 單純的尺寸優(yōu)化無(wú)法接近最優(yōu)的結(jié)果,因此,也就不能完全令人信服。設(shè)計(jì)人員較普遍地認(rèn)為,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)只要結(jié)構(gòu)方案和布置合理, 上部結(jié)構(gòu)又有比較成熟的計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行分析計(jì)算,構(gòu)件截面只要通過(guò)計(jì)算結(jié)果滿足規(guī)范即可, 認(rèn)為上部結(jié)構(gòu)相對(duì)下部結(jié)構(gòu),即地基基礎(chǔ)部分,特別是軟土地基的意義不大,因此對(duì)上部結(jié)構(gòu)截面的優(yōu)化所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)效益未予以充分的重視。
2、優(yōu)化的目標(biāo)還不能完全符合工程的需要。 由于實(shí)際結(jié)構(gòu)問(wèn)題往往十分復(fù)雜,存在設(shè)計(jì)變量多、 約束條件多、 受建筑功能限制較大等難點(diǎn), 多種因素甚至不確定性因素使得目函數(shù)在建立后只能得到相對(duì)最優(yōu)解。,目前尚沒(méi)有實(shí)用的高層建筑優(yōu)化分析軟件, 而應(yīng)用現(xiàn)有的各種計(jì)算機(jī)分析軟件進(jìn)行截面優(yōu)化并不是簡(jiǎn)單的幾次嘗試就能達(dá)到效果的,因此,無(wú)論是機(jī)時(shí),還是設(shè)計(jì)進(jìn)度,都較難允許實(shí)施這種優(yōu)化方法。 很多高層建筑設(shè)計(jì)項(xiàng)目,結(jié)構(gòu)方案和布置還是比較合理的, 其構(gòu)件截面也是同類型結(jié)構(gòu)中常用的尺寸,但是計(jì)算分析后還存在某些薄弱環(huán)節(jié),為了改善這種受力狀況,增大構(gòu)件截面卻未能得到明顯改善,反而增加了材料耗量。
三、高層住宅建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
1、限制結(jié)構(gòu)平面布置的不規(guī)則性避免產(chǎn)生過(guò)大的偏心而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程435條規(guī)定: 在考慮偶然偏心影響的地震作用下, 樓層豎向構(gòu)件的最大水平位移和層間位移, A級(jí)高度高層建筑不宜大于該樓層平均值的 1、2倍, 不應(yīng)大于該樓層平均值的 1、5倍。抗震設(shè)計(jì)的 A級(jí)高度鋼筋混凝土高層建筑其平面布置宜簡(jiǎn)單、規(guī)則、對(duì)稱、減少偏心。結(jié)構(gòu)平面布置必須考慮有利于抵抗水平和豎向荷載,受力明確, 傳力直接, 力爭(zhēng)均勻?qū)ΨQ, 減少扭轉(zhuǎn)影響。結(jié)構(gòu)剛度不對(duì)稱也會(huì)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)。所以在布置剪力墻時(shí), 應(yīng)使結(jié)構(gòu)均勻分布, 令荷載合力作用線通過(guò)結(jié)構(gòu)剛度中心, 以減少扭轉(zhuǎn)影響。結(jié)構(gòu)剛度不對(duì)稱產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)時(shí), 通過(guò)增加墻厚來(lái)調(diào)整扭轉(zhuǎn)效應(yīng)效果不佳。高層剪力墻結(jié)構(gòu)住宅中剪力墻影響剛度, 而剪力墻為矩形截面, 慣性矩為 I Z = bh3 /12 , b為墻厚,h為墻長(zhǎng)。剪力墻的長(zhǎng)度對(duì)其剛度影響很大。首先分析哪部分結(jié)構(gòu)剛度大, 哪部分結(jié)構(gòu)剛度小, 增大剛度對(duì)結(jié)構(gòu)有利, 還是減小剛度對(duì)結(jié)構(gòu)有利, 通過(guò)增減剪力墻達(dá)到結(jié)構(gòu)剛度均勻?qū)ΨQ, 滿足高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程435條對(duì)最大水平位移和層間位移的要求。
2、限制結(jié)構(gòu)的抗扭剛度不能太弱。高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程435條規(guī)定: 結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期 Tt與平動(dòng)為主的第一自振周期 T1之比, A級(jí)高度高層建筑不應(yīng)大于 0、9。扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)振動(dòng)的主方向, 可通過(guò)計(jì)算振型方向因子來(lái)判斷, 在兩個(gè)平動(dòng)和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)成的三個(gè)方向因子中, 當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)方向因子大于0、5時(shí), 則該振型可認(rèn)為是扭轉(zhuǎn)為主的振型。當(dāng)不滿足以上要求時(shí), 宜調(diào)整抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的布置, 增大結(jié)構(gòu)的抗扭剛度。如在滿足層間位移比的情況下, 減小某些 (中部 ) 豎向構(gòu)件剛度, 增大平動(dòng)周期, 加大端部豎向構(gòu)件抗扭剛度, 減小扭轉(zhuǎn)周期。
3、高層建筑的基礎(chǔ)形式應(yīng)選用整體性好, 能滿足地基承載力和層建筑容許變形的要求, 并能調(diào)節(jié)不均勻沉降, 達(dá)到安全實(shí)用和經(jīng)濟(jì)合理的目的。以下討論平板式筏基和梁板式筏基經(jīng)濟(jì)合理的問(wèn)題。平板式筏基與梁板式筏基相比較具有節(jié)約鋼材、混凝土, 施工工期短等優(yōu)點(diǎn)。住宅一般開(kāi)間小, 即剪力墻間距小, 并且剪力墻剛度大,所以剪力墻完全可以起到梁板式筏基中基礎(chǔ)梁的作用。采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院編制的 JCCAD軟件, 用有限元法對(duì)不同基礎(chǔ)形式進(jìn)行基礎(chǔ)計(jì)算, 發(fā)現(xiàn)平板式筏基和梁板式筏基的板厚及配筋相差不多, 但梁板式筏基卻有基礎(chǔ)梁的配筋、混凝土用量和基礎(chǔ)梁支模等情況。當(dāng)采用梁板式筏基時(shí)有的基礎(chǔ)梁的剛度達(dá)不到它所應(yīng)起到的剛度作用, 計(jì)算時(shí)超筋。于是還要再增大梁的斷面。從綜合經(jīng)濟(jì)效益分析, 對(duì)于采用剪力墻結(jié)構(gòu)形式的高層住宅平板式筏基比梁板式筏基更經(jīng)濟(jì)合理。
4、高層建筑平面凹入較深時(shí)構(gòu)造處理。高層建筑平面不規(guī)則, 容易發(fā)生震害, 在不妨礙建筑使用的原則下可以采取以下措施: 設(shè)置拉 梁或拉板 (板厚為 250mm ~300mm ) , 拉梁拉板內(nèi)配置受拉鋼筋。滿足梁板最小配筋率要求。
5、高層住宅轉(zhuǎn)角窗處的構(gòu)造處理。角部墻體開(kāi)洞, 與角部墻體不開(kāi)洞的剪力墻結(jié)構(gòu)相比, 結(jié)構(gòu)整體效應(yīng)影響頗大, 結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力剛度、自振周期、地震作用等均有不同程度的差異, 角部墻體開(kāi)洞的剪力墻結(jié)構(gòu)其外墻內(nèi)力明顯增大。開(kāi)洞的角部各構(gòu)件扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯, 特別是洞口處的連梁, 需配置抗扭鋼筋, 轉(zhuǎn)角處樓板宜局部加厚, 配筋宜適當(dāng)加大, 在轉(zhuǎn)角處板內(nèi)設(shè)置連接兩側(cè)墻體的暗梁。
6、不規(guī)則樓板的計(jì)算。在居住建筑中由于平面使用功能的需要, 常出現(xiàn)不規(guī)則樓板, 以往處理方法在缺口設(shè)梁,這樣影響建筑的美感。現(xiàn)在設(shè)計(jì)中改設(shè)暗梁, 梁適當(dāng)加寬。樓板的承載力潛力較大, 計(jì)算時(shí)可按一般梁計(jì)算。通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)降低工程造價(jià)是控制工程
總之，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)沒(méi)有絕對(duì)最佳的標(biāo)準(zhǔn)模式, 只有通過(guò)不斷地探索、比較,去尋求相對(duì)的最優(yōu)。因此我們每一個(gè)結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)不斷地追求盡善盡美的設(shè)計(jì)思想, 不只盲目照搬規(guī)范和依賴計(jì)算機(jī)程序作設(shè)計(jì), 用自己的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念、經(jīng)驗(yàn)、判斷力和創(chuàng)造力為業(yè)主和社會(huì)設(shè)計(jì)出更好的建筑。
參考文獻(xiàn)：
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篇7
在現(xiàn)代建筑中，混凝土結(jié)構(gòu)以其強(qiáng)度高、耐久性好、堅(jiān)固抗震等優(yōu)點(diǎn)獲得了廣泛的應(yīng)用，并且近年來(lái)一些新材料、新技術(shù)的逐步應(yīng)用，在很大程度上提高了混凝土結(jié)構(gòu)的施工效率，減少了施工成本，但是在建筑設(shè)計(jì)中依然存在一些不合理的現(xiàn)象，因此必須進(jìn)行優(yōu)化，才能促進(jìn)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
一、高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的基本要求和類型。
建筑因其高低的不同，它承受力的大小和方向也是不同的。對(duì)高層建筑來(lái)說(shuō)，建筑結(jié)構(gòu)承受力的方向同時(shí)有水平和豎向兩種力的作用。這與低層建筑是不同的，低層建筑結(jié)構(gòu)承受的力方向主要是豎向的荷載，水平力的作用對(duì)結(jié)構(gòu)的影響不大。[1]水平荷載不僅僅在高層建筑中是一種主要的荷載，而且它和豎向荷載相互影響，相互作用，共同對(duì)建筑施加影響，成為混凝土就夠設(shè)計(jì)中主要考慮的因素。
考慮到高層建筑的這些特點(diǎn)，在混凝土的選用上就需要提高混凝土的質(zhì)量和數(shù)量。首先，我們要對(duì)混凝土出廠前進(jìn)行相關(guān)的技術(shù)處理，目的是減少水泥的水化熱作用，這樣可以降低混凝土自身的溫度，保證其質(zhì)量。其次，施工前必不可少的要進(jìn)行一些必要的應(yīng)急準(zhǔn)備措施，以防在施工時(shí)出現(xiàn)意想不到的情況，以確保精心組織、精心施工，萬(wàn)無(wú)一失地完成任務(wù)。最后，在施工當(dāng)中，最好采用預(yù)拌泵送混凝土，加大對(duì)混凝土施工細(xì)節(jié)的注意，比如混凝土施工縫等。我們討論的混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)以及節(jié)約建筑成本，都應(yīng)該在達(dá)到高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的基本要求的基礎(chǔ)之上進(jìn)行。
目前我國(guó)采用的高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)按照時(shí)間的發(fā)展順序主要以下幾種[2]：
1、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)：
與鋼結(jié)構(gòu)相比，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于整體性好、耐高溫性強(qiáng)、舒適度較好、抗腐蝕強(qiáng)、成本低、剛度大、維護(hù)方便等。現(xiàn)在，隨著我國(guó)混凝土技術(shù)的發(fā)展和混凝土理論（高強(qiáng)混凝土、鋼管混凝土、鋼混凝土、輕混凝土）的發(fā)展，我國(guó)的鋼筋混凝土的發(fā)展已經(jīng)達(dá)到了成熟階段。在我國(guó)鋼筋混凝土材料受到了很高的重視，應(yīng)用在很大一部分高層建筑中。
2、組合結(jié)構(gòu)：
相對(duì)于鋼筋混凝土來(lái)說(shuō)，組合結(jié)構(gòu)更具優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)主要在于節(jié)約鋼材、減少污染、提高科技含量、加快施工進(jìn)程等。所以，對(duì)于高層建筑來(lái)說(shuō)，組合結(jié)構(gòu)可以在一定程度上取代鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，這就較少了高層建筑的橫向和縱向的壓力。不僅如此，組合結(jié)構(gòu)在冶金、造船、電力、交通等方面也逐步開(kāi)始得到應(yīng)用。
3、新型結(jié)構(gòu)：
相對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和組合結(jié)構(gòu)，新型結(jié)構(gòu)體系的區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)是筒體的組成方式。新型結(jié)構(gòu)體系主要有三種類型：框筒體系、筒中筒體系、多束筒體系。之所以稱之為新型結(jié)構(gòu)主要是因?yàn)榕c傳統(tǒng)的單片平面結(jié)構(gòu)相比，筒體結(jié)構(gòu)可以承受更多的荷載力。在我國(guó)，筒體結(jié)構(gòu)的應(yīng)用并不少見(jiàn)，主要應(yīng)用的高層建筑的特點(diǎn)是功能多、用途多、樓層高、層數(shù)多等。
二、高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)
與多層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不同，高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要考慮的因素更多，設(shè)計(jì)中所涉及到的問(wèn)題更為復(fù)雜，設(shè)計(jì)難度更大。這是因?yàn)楦邔咏ㄖ坏龃罅藢?duì)地基基礎(chǔ)的荷載與強(qiáng)度要求，同時(shí)其自身的結(jié)構(gòu)構(gòu)件柱、墻、梁、板的承載能力、抗震能力也都需要得到保證，只有這樣才能確保建筑自身的穩(wěn)定性與安全性[3]。
1、水平側(cè)向力是影響高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中關(guān)于變形設(shè)計(jì)的主要影響因素。高層建筑受到的水平力主要為日常的風(fēng)荷載及地震荷載作用下產(chǎn)生的水平地震力。與普通多層建筑相比，高層建筑的結(jié)構(gòu)中更需要考慮到側(cè)向力對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的影響，這是因?yàn)楦邔咏ㄖ艿剿胶奢d會(huì)產(chǎn)生較大的水平位移，影響到建筑結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性和舒適性。因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要尤其注意考慮到這一點(diǎn)。
2、結(jié)構(gòu)的剛度布置需適宜。有人認(rèn)為在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)的剛度越大則其承載能力越強(qiáng)，抗震性能就越好。其實(shí)不然，高層建筑的結(jié)構(gòu)并非是剛度越大越好，剛度及質(zhì)量越大，吸引的地震力也越大，同時(shí)造價(jià)也會(huì)提高，所以高層建筑結(jié)構(gòu)需同時(shí)具備一定的柔性，這樣才能增大其抗震性能，保證其在外力作用下，不會(huì)因剛度和脆性過(guò)大而發(fā)生倒塌。因此在設(shè)計(jì)中應(yīng)該將建筑的剛度控制在適宜的范圍內(nèi)，不可過(guò)大，也不可過(guò)小。這也就要求高層建筑應(yīng)當(dāng)具備一定的延性，同時(shí)滿足建筑的承載能力和抗震能力。
三、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用分析
1、工程概況
某鋼筋混凝土框架——剪力墻結(jié)構(gòu)建筑由四層裙樓和A、B兩棟高層建筑組成，地下兩層為停車庫(kù)和設(shè)備用房。總建筑面積約2萬(wàn)m2，房屋平面布置為不規(guī)則形狀[4]。
2、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求
本工程采用鋼筋混凝土框架——剪力墻結(jié)構(gòu)，建筑結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)為二級(jí)。地震基本烈度為7度（0.1g，第二組，特征周期0.4s），抗震設(shè)防類別為丙類，抗震設(shè)防烈度為7度（0.1g，第二組）。地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為乙級(jí)。上部結(jié)構(gòu)和負(fù)一層的框架抗震等級(jí)為二級(jí)，剪力墻為二級(jí)結(jié)構(gòu)，負(fù)二層的框架抗震等級(jí)為三級(jí)。基本風(fēng)壓：Wo=0.35kN/m2，地面粗糙度為B類。
3、設(shè)計(jì)優(yōu)化的原則
在滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)現(xiàn)行規(guī)范和相關(guān)規(guī)定的前提下，通過(guò)大量計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)分析進(jìn)行優(yōu)化，遵循以下原則：保證結(jié)構(gòu)的安全性和正常使用；保證結(jié)構(gòu)具有合理的剛度，特殊部位應(yīng)有局部加強(qiáng)；可以減小的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，應(yīng)進(jìn)行有效的核減。
4、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)
高層框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系中，主要是水平荷載作用下，框架和剪力墻內(nèi)力分配設(shè)計(jì)，其中剪力墻的設(shè)計(jì)位置和數(shù)量就是關(guān)鍵。
1）結(jié)構(gòu)最優(yōu)設(shè)防的選擇
在預(yù)測(cè)地震烈度概率分析的基礎(chǔ)下，使用專業(yè)地震安全評(píng)價(jià)報(bào)告的數(shù)據(jù)，采用模糊綜合評(píng)定分析法計(jì)算結(jié)構(gòu)的模糊延性向量和模糊抗震強(qiáng)度，損失等級(jí)概率和震害損失的概率預(yù)估期望值，在滿足最大投資期望和最大損失約束條件下，求出最優(yōu)地震設(shè)防烈度值。
2）框架與剪力墻協(xié)同工作，承載力、剛度、延性能力的最佳匹配設(shè)計(jì)
框架——剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要是結(jié)構(gòu)剛度和結(jié)構(gòu)延性的最佳組合。結(jié)構(gòu)剛度對(duì)結(jié)構(gòu)的主要影響為結(jié)構(gòu)的自振周期和側(cè)向位移，結(jié)構(gòu)延性對(duì)結(jié)構(gòu)的影響主要為保持承載力能力的前提下的變形能力，因此可以采用結(jié)構(gòu)整體的側(cè)向位移量來(lái)協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)的剛度和延性，按規(guī)范對(duì)層間位移量和頂點(diǎn)位移總側(cè)移的限值來(lái)控制結(jié)構(gòu)的剛度和延性設(shè)計(jì)。
3）框架——剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)
框架——剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的原則就是優(yōu)化結(jié)構(gòu)的各個(gè)桿件，結(jié)構(gòu)模型計(jì)算時(shí)，通過(guò)一次性完成的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的輸入，然后逐步優(yōu)化各個(gè)桿件，以達(dá)到結(jié)構(gòu)桿件合適、配筋合理，節(jié)約工程造價(jià)。
4）基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計(jì)
在地下室基礎(chǔ)的初步設(shè)計(jì)工作中，原初步設(shè)計(jì)地下室基礎(chǔ)擬全部采用筏板基礎(chǔ)，經(jīng)審核計(jì)算后，提出純地下室基礎(chǔ)部分采用獨(dú)立基礎(chǔ)加抗浮底板及抗浮錨桿的做法能做到節(jié)約鋼筋、混凝土。同時(shí)保證結(jié)構(gòu)安全，施工簡(jiǎn)便，能達(dá)到更加節(jié)省工程造價(jià)目的。
5）強(qiáng)化“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎”設(shè)計(jì)理念
框架結(jié)構(gòu)的柱、剪力墻設(shè)計(jì)要引起重視，要加強(qiáng)設(shè)計(jì)；而梁和板的配筋不宜調(diào)大，梁的設(shè)計(jì)變量主要是截面高、寬及縱向受拉鋼筋的截面積和架立鋼筋的截面積，優(yōu)化設(shè)計(jì)主要針對(duì)以上設(shè)計(jì)變量進(jìn)行優(yōu)化，因此梁的截面盡量按正常值取定，少做寬扁梁，配筋率也應(yīng)控制在 1.5%左右，次梁的箍筋宜分為加密區(qū)和非加密區(qū)。
四、結(jié)束語(yǔ)：
通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)后，本工程的最終優(yōu)化的結(jié)果為：節(jié)約鋼筋65t，節(jié)約資金約32萬(wàn)元。高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法多種多樣，但是不論使用哪一種方法都要建立在施工的可行性的基礎(chǔ)之上，施工技術(shù)必須嚴(yán)格依照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。高層建筑混凝土施工技術(shù)是科學(xué)元素和技術(shù)元素的融合和應(yīng)用，它的實(shí)現(xiàn)過(guò)程必然需要建筑施工各環(huán)節(jié)基礎(chǔ)技術(shù)的支持和管理理論的強(qiáng)化。所以，設(shè)計(jì)與施工的相輔相成才是實(shí)現(xiàn)合理、科學(xué)節(jié)約成本的有效措施。
參考文獻(xiàn)：
篇8
一、高層建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展
(1)新型結(jié)構(gòu)形式的應(yīng)用不斷增加。框架體系、剪力墻體系和框架一剪力墻(支撐)體系是高層建筑的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系。根據(jù)筒體的不同組成方式，分為框簡(jiǎn)體系、筒中筒體系和多束筒體系3種類型。筒體最主要的受力特點(diǎn)是它的空間受力性能。無(wú)論哪一種筒體，在水平力作用下都可以看成固定于基礎(chǔ)上的箱形懸臂構(gòu)件，它比單片平面結(jié)構(gòu)具有更大的抗側(cè)剛度和承載力，并具有很好的抗扭剛度。因此，該種體系廣泛應(yīng)用于多功能、多用途、層數(shù)較多的高層建筑中。而20世紀(jì)80年展起來(lái)的巨形結(jié)構(gòu)(巨形桁架、巨形框架)、應(yīng)力蒙皮結(jié)構(gòu)、隔震結(jié)構(gòu)等也都已經(jīng)開(kāi)始了廣泛的應(yīng)用。
(2)組合結(jié)構(gòu)的高層建筑發(fā)展迅速。采用組合結(jié)構(gòu)可建造比混凝土結(jié)構(gòu)更高的建筑，不但具有優(yōu)異的靜、動(dòng)力工作性能，而且能大量節(jié)約鋼材、降低工程造價(jià)和加快施工進(jìn)度。在不同的情況下，可以取代鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)，科技含量也較高，對(duì)環(huán)境污染也較少，已廣泛應(yīng)用于冶金、造船、電力、交通等部門(mén)的建筑中，并以迅猛的勢(shì)頭進(jìn)入了橋梁工程和高層與超高層建筑中。在強(qiáng)震國(guó)家日本，組合結(jié)構(gòu)高層建筑發(fā)展迅速，鋼筋混凝土組合柱應(yīng)用廣泛。由于鋼管內(nèi)混凝土處于三軸受壓狀態(tài)，能提高承載力，從而可節(jié)約鋼材。而香港的中國(guó)銀行采用巨形組合柱的建筑設(shè)計(jì)方法，獲得了十分可觀的經(jīng)濟(jì)效益。隨著混凝土強(qiáng)度的提高以及構(gòu)造和施工技術(shù)上的改進(jìn)，組合結(jié)構(gòu)在高層建筑中的應(yīng)用可望進(jìn)一步擴(kuò)大。
(3)智能建筑的發(fā)展異軍突起。現(xiàn)代建筑技術(shù)和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的結(jié)合促成了智能建筑的產(chǎn)生，在高層建筑中有更廣闊的應(yīng)用前景。智能建筑是建筑、裝備、服務(wù)和經(jīng)營(yíng)四要素各自優(yōu)化、相互聯(lián)系、全面綜合并達(dá)到最佳組合，以獲得高效率、高功能與高舒適的建筑物。智能建筑是通過(guò)對(duì)建筑物的4個(gè)基本要素，即結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)和管理，以及它們之間的內(nèi)在聯(lián)系，以最優(yōu)化的設(shè)計(jì)，提供一個(gè)投資合理又擁有高效率的幽雅舒適、便利快捷、高度安全的環(huán)境空間。智能建筑的構(gòu)成至少必須具備三大系統(tǒng)：設(shè)備管理自動(dòng)化系統(tǒng)、通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)，并以此應(yīng)用現(xiàn)代4c技術(shù)構(gòu)成智能建筑結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)，結(jié)合現(xiàn)代化的服務(wù)與管理方式給人們提供一個(gè)安全、舒適的生活、學(xué)習(xí)與工作環(huán)境空間
二、設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題
(1)只重視結(jié)構(gòu)尺寸的優(yōu)化，即在給定結(jié)構(gòu)的幾何形狀、拓?fù)浜筒牧系那闆r下，求出滿足約束條件的最優(yōu)構(gòu)件截面，而忽視結(jié)構(gòu)整體的優(yōu)化。已有的研究結(jié)果表明，形狀優(yōu)化比尺寸優(yōu)化更有意義。單純的尺寸優(yōu)化無(wú)法接近最優(yōu)的結(jié)果，因此，也就不能完全令人信服。設(shè)計(jì)人員較普遍地認(rèn)為，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)只要結(jié)構(gòu)方案和布置合理，結(jié)構(gòu)又有比較成熟的計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行分析計(jì)算，構(gòu)件截面只要通過(guò)計(jì)算結(jié)果滿足規(guī)范即可，認(rèn)為上部結(jié)構(gòu)相對(duì)下部結(jié)構(gòu)，即地基基礎(chǔ)部分，特別是軟土地基的意義不大，因此對(duì)上部結(jié)構(gòu)截面的優(yōu)化所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)效益未予以充分的重視。
(2)離散變量?jī)?yōu)化問(wèn)題。建筑物尺寸以及鋼筋、型鋼規(guī)格型號(hào)等都不是連續(xù)變化的，因此，傳統(tǒng)的優(yōu)化方法，如各種梯度算法、對(duì)偶算法等解析算法均無(wú)法勝任。而目．，由于問(wèn)題的規(guī)模較大，隨之帶來(lái)的計(jì)算量急劇增加的“組合爆炸”問(wèn)題也會(huì)使計(jì)算量急劇增加。
(3)優(yōu)化的目標(biāo)還不能完全符合工程的需要。由于實(shí)際結(jié)構(gòu)問(wèn)題往往十分復(fù)雜，存在設(shè)計(jì)變量多、約束條件多、受建筑功能限制較大等難點(diǎn)，多種因素甚至不確定性因素使得目標(biāo)函數(shù)在建立后只能得到相對(duì)最優(yōu)解。而且，目前尚沒(méi)有實(shí)用的高層建筑優(yōu)化分析軟件，而應(yīng)用現(xiàn)有的各種計(jì)算機(jī)分析軟件進(jìn)行截面優(yōu)化并不是簡(jiǎn)單的幾次嘗試就能達(dá)到效果的，因此，無(wú)論是時(shí)間，還是設(shè)計(jì)進(jìn)度，都較難允許實(shí)施這種優(yōu)化方法。很多高層建筑設(shè)計(jì)項(xiàng)目，結(jié)構(gòu)方案和布置還是比較合理的，其構(gòu)件截面也是同類型
三、高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)
(1)對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行優(yōu)化采用何種方法，首先應(yīng)分析這一問(wèn)題的目標(biāo)函數(shù)、目標(biāo)函數(shù)中的各種變量這些變量之間的各種數(shù)學(xué)解析關(guān)系以及與各種變量有關(guān)的約束條件，在分析的基礎(chǔ)上是采用間接優(yōu)化還是直接優(yōu)化方法來(lái)確定。高層建筑結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化的目標(biāo)就是材料耗量，材料耗量決定于構(gòu)件的截面尺寸大小，截面尺寸必須滿足通過(guò)力學(xué)分析得到各構(gòu)件內(nèi)力后的強(qiáng)度計(jì)算及位移變形等條件。因此，目標(biāo)函數(shù)很難用明確的數(shù)學(xué)解析式來(lái)表達(dá)，不能用數(shù)學(xué)上求極小值的方法，也就是一般所說(shuō)的間接優(yōu)化方法來(lái)優(yōu)化。高層建筑結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化只能采用直接優(yōu)化法來(lái)解決，即給目標(biāo)函數(shù)中變量以已知值，經(jīng)過(guò)試算使其滿足一定的約束條件，求得其目標(biāo)值，并找出使目標(biāo)值逐步變小而趨向最佳值的路線或方向，以達(dá)到目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)值。因此，可以采用滿應(yīng)力法進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。
(2)滿應(yīng)力設(shè)計(jì)法是在桁架等桿系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中發(fā)展起來(lái)的，是結(jié)構(gòu)優(yōu)化中最簡(jiǎn)單、最易為工程人員理解的一種準(zhǔn)則法。所謂滿應(yīng)力是指結(jié)構(gòu)構(gòu)件在荷載作用下的最大應(yīng)力達(dá)到所用材料的容許應(yīng)力，此時(shí)材料的強(qiáng)度得到充分利用，構(gòu)件截面面積將是最小，故可作為桁架最輕設(shè)計(jì)或體積最小設(shè)計(jì)的一個(gè)準(zhǔn)則。滿應(yīng)力設(shè)計(jì)法是結(jié)構(gòu)在規(guī)定材料和幾何形狀的條件下，按照滿應(yīng)力準(zhǔn)則的要求，修改構(gòu)件的截面尺寸，使每一構(gòu)件至少在一種工況下達(dá)到或接近其容許應(yīng)力限值的優(yōu)化算法。如果結(jié)構(gòu)除了應(yīng)力約束外還有界限約束，則要求每一構(gòu)件應(yīng)力約束和界限約束中至少有一個(gè)達(dá)到臨界值。
篇9
現(xiàn)階段，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須遵循其設(shè)計(jì)原則，以保障混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。
1、適用性。主要是指混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須以高層建筑計(jì)劃使用年限為前提，保證高層建筑在計(jì)劃的使用年限中的穩(wěn)定性和安全性。
2、安全性。主要是指混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須保障高層建筑在使用年限中的安全性，避免出現(xiàn)較大范圍的混凝土裂縫等。
3、耐久性。主要是指高層建筑在是使用年限內(nèi)，必須保障混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，保障高層建筑工程的質(zhì)量安全和正常使用。
4、可靠性。主要是指高層建筑在使用年限內(nèi)，必須達(dá)到相關(guān)規(guī)定的穩(wěn)定性、安全性和耐久性，有利于延長(zhǎng)高層建筑的使用年限。
（二）設(shè)計(jì)要求
1、延展性。高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的延展性主要作用是在遇到一些地質(zhì)災(zāi)害時(shí)，能夠有效的避免高層建筑出現(xiàn)較大幅的變形或是坍塌等問(wèn)題。
2、側(cè)向力。隨著層數(shù)的不斷增加，其高層建筑的水平作用力會(huì)不斷的增加，其側(cè)向力會(huì)發(fā)生變化。在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要重視其結(jié)構(gòu)內(nèi)力、變形等問(wèn)題，將地震作用、外部環(huán)境等因素的影響予以考慮。
3、剛度要求。由于高層建筑容易受到水平作用力的影響，比較容易出現(xiàn)側(cè)向位移的變化。在混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，在保證混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的同時(shí)，還需要保障混凝土的剛度、自振頻率，最大程度的將水平位移的變化控制在允許范圍內(nèi)。
二、高層建筑結(jié)構(gòu)中混凝土結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)方法
（一）單元結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)的完善
高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是對(duì)各個(gè)單元結(jié)構(gòu)進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)。單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通常應(yīng)用于一些建筑結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、規(guī)則的平面設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要注意適當(dāng)?shù)目刂破矫娼Y(jié)構(gòu)中的整體、突出部分的長(zhǎng)度，確保各個(gè)部分的承載力和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度均勻。在豎向結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，通常采用一些比較均勻、規(guī)則的設(shè)計(jì)，能夠有效的控制建筑外觀與內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間的問(wèn)題。
在其設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員需要制定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，以現(xiàn)有的設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)專業(yè)知識(shí)作為依據(jù)，以高層建筑實(shí)用性、安全性和美觀作為前提保障，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，保障其各個(gè)單位結(jié)構(gòu)在水平方向和豎直方向的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、承載力等均勻合理的分布。
（二）高強(qiáng)混凝土與鋼筋使用的優(yōu)化
混凝土和鋼筋是高層建筑的主要施工原料，在具體的設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要保障在高層建筑質(zhì)量的前提下，對(duì)高強(qiáng)度的混凝土和鋼筋的使用進(jìn)行相關(guān)的優(yōu)化，減少混凝土和鋼筋的使用量，提高資源的配置效率。
例如，在地殼運(yùn)動(dòng)較活躍的地區(qū)進(jìn)行高層建筑設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該明確高層建筑的重量越大，地震的作用程度就越劇烈，在保障高層建筑的質(zhì)量的前提下，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，盡量的減少混凝土和鋼筋的使用量，降低振動(dòng)作用程度，提高其建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，延長(zhǎng)其使用年限。
（三）對(duì)剪力墻平面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理化
設(shè)計(jì)人員在對(duì)高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，還需要重視剪力墻平面結(jié)構(gòu)布局對(duì)高層整體建筑結(jié)構(gòu)承載力均勻程度的影響。在進(jìn)行剪力墻平面結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，主要是通過(guò)以下幾點(diǎn)：一是將高層建筑的基本結(jié)構(gòu)功能作為其設(shè)計(jì)的依據(jù)，最大程度的將剪力墻進(jìn)行集中化和均勻化設(shè)計(jì);二是將找準(zhǔn)高層建筑的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，對(duì)剪力墻進(jìn)行雙向布置，盡可能的減少使用一些短肢剪力墻。
三、高層建筑中混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)策略
（一）結(jié)構(gòu)安全性
高層建筑的人群密度較高，在災(zāi)難發(fā)生時(shí)，不方便逃生，其災(zāi)難后果比一般的建筑要嚴(yán)重很多。在具體的設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員必須重視混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并采取相關(guān)的優(yōu)化策略，最大程度的降低災(zāi)難程度。其結(jié)構(gòu)安全性優(yōu)化策略：一是在保證高層建筑的整體功能和質(zhì)量的前提下，將能夠影響高層建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)自振性和環(huán)境因素予以考慮，盡可能的減少混凝土和鋼筋的使用量;二是需要綜合的考慮高層建筑的承載力，應(yīng)該將建筑結(jié)構(gòu)承載標(biāo)準(zhǔn)與施工材料的最大承載力進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算，最大程度的減少高層建筑的自身重量，提高其自身的結(jié)構(gòu)安全性。
（二）抗震性
地震對(duì)高層建筑的穩(wěn)定性具有很大的威脅，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員需要重視高層建筑的抗震性。在具體的設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員盡可能的選擇平面布局比較簡(jiǎn)單規(guī)則的，減少一些不對(duì)稱或是過(guò)長(zhǎng)延伸翼的使用，多使用一些對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，對(duì)高層建筑的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)合理的規(guī)劃設(shè)計(jì)，確保高層建筑的自身重量和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度能夠均勻的分布，提高其抗震性。
（三）耐久性
耐久性主要體現(xiàn)在其混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，其優(yōu)化策略主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
1、混凝土材料的選擇。設(shè)計(jì)人員需要在保障混凝土質(zhì)量和基本性能的前提下，盡可能的選用一些在穩(wěn)定性、抗入侵性等方面強(qiáng)的混凝土進(jìn)行高層建筑的施工，在具體的施工過(guò)程中，可以添加一些外加劑增強(qiáng)混凝土自身結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
2、優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在具體的設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要充分的考慮不同構(gòu)件所處的環(huán)境差異，將其混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)進(jìn)行差異化的設(shè)計(jì)和材料的選用，保障其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)建筑的使用年限。
3、結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計(jì)合理化。設(shè)計(jì)人員需要結(jié)合建筑的使用年限和環(huán)境特點(diǎn)，設(shè)計(jì)并使用45毫米厚的混凝土保護(hù)層，減少對(duì)高層建筑混凝土、鋼筋的腐蝕程度，提高其整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)使用年限。
四、結(jié)論
混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)高層建筑的質(zhì)量具有至關(guān)重要的影響。本文從高層建筑中混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則和要求出發(fā)，對(duì)具體的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行相關(guān)的分析，提出了幾點(diǎn)優(yōu)化策略，提高高層建筑的穩(wěn)定性、安全性和抗震性，延長(zhǎng)其使用年限。
篇10
摘要： 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是確保建筑質(zhì)量的首要步驟，特別是對(duì)于高層建筑來(lái)說(shuō)，由于建筑層數(shù)較多而且結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)復(fù)雜情況，因此在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)需要注意的問(wèn)題尤其多。本文將結(jié)合結(jié)合筆者結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，探討進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的問(wèn)題，以及提出有效提高高層建筑結(jié)構(gòu)水平的相應(yīng)處理措施。
Abstract: The structure design is the first step to ensure the quality of building, especially for high-rise building, because there are many layers of the building and the structure is complex, many design problems should be paid attention to especially. Combined with the practical experience of structure design, This paper discusses the problems should be considered in the design of tall building structures, and puts forward corresponding treatment measures that can effectively improve the level of tall building structures.
關(guān)鍵詞 ： 高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；措施；設(shè)計(jì)參數(shù)
Key words: high-rise building；structure design；measures；design parameter
中圖分類號(hào)：TU972 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2014）34-0119-02
作者簡(jiǎn)介：郭文起（1984-），男，河北館陶人，工程師，研究方向?yàn)楦邔咏ㄖY(jié)構(gòu)。
0 引言
隨著高層建筑的不斷發(fā)展以及建筑內(nèi)部的復(fù)雜性，給高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)更大難度。如何設(shè)計(jì)出經(jīng)濟(jì)合理可靠的高層建筑結(jié)構(gòu)，是設(shè)計(jì)人員要面對(duì)的問(wèn)題。而掌握高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，正確合理地處理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)所出現(xiàn)的問(wèn)題，是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員必須具備的一項(xiàng)基本素質(zhì)。
1 概述
房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化理念注重以實(shí)際為準(zhǔn)則，根據(jù)工程建設(shè)的基本狀況，以計(jì)劃成本控制為中心來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，其內(nèi)容就是利用對(duì)建筑基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)、屋蓋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案以及圍護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案等環(huán)節(jié)，建立起一種關(guān)于結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的模型，通過(guò)對(duì)各種不同的影響變量參數(shù)中的若干關(guān)鍵參數(shù)的科學(xué)的計(jì)算，確立最終的建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化結(jié)果方案。
房屋建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)意義主要有兩點(diǎn)：一是大大提高建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性，房屋建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化可節(jié)省材料，有利于抗震，減少內(nèi)外表面裝修，提高了其受力性能，增強(qiáng)了建筑的經(jīng)濟(jì)性能；二是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)大大降低了建筑工程的總成本造價(jià)。節(jié)約用地，大量資料表明，房屋建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化能夠有效降低工程成本造價(jià)25%左右，同時(shí)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)能夠?qū)κ┕げ牧系男阅芾酶雍侠砘軌蜃尳ㄖこ探Y(jié)構(gòu)內(nèi)部各個(gè)不同單元之間更加充分互協(xié)調(diào)，提升了建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性。
2 房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本方法
2.1 結(jié)構(gòu)平面圖 在繪制結(jié)構(gòu)平面布置圖時(shí)，是否要輸入結(jié)構(gòu)軟件進(jìn)行建模，當(dāng)建筑地處抗震設(shè)防烈度為6度區(qū)時(shí)，根據(jù)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，是可以不用進(jìn)行截面抗震驗(yàn)算的，但必須符合有關(guān)的抗震措施要求。因此對(duì)于砌體結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)可以不用在軟件中建模，直接設(shè)計(jì)即可。
2.2 屋頂（面）結(jié)構(gòu)圖 當(dāng)建筑是坡屋面時(shí)，結(jié)構(gòu)的處理方式有梁板式及折板式兩種。梁板式適用于建筑平面不規(guī)整，板跨度較大，屋面坡度及屋脊線轉(zhuǎn)折復(fù)雜的坡屋面。折板式適用于相反的條件。兩種形式的板均為偏心受拉構(gòu)件。板配筋時(shí)應(yīng)有部分或全部的板負(fù)筋拉通以抵抗拉力。板厚基于構(gòu)造需要一般不宜小于120厚。此外梁板的折角處鋼筋的布置應(yīng)有大樣示意圖。至于坡屋面板的平面畫(huà)法，通常使用剖面示意圖加大樣詳圖的表示方法。
2.3 大樣詳圖 在建筑詳圖的準(zhǔn)確無(wú)誤的基礎(chǔ)上，大樣詳圖的繪制可在建筑詳圖的基礎(chǔ)上直接繪制，也可在以前做過(guò)的詳圖的基礎(chǔ)上來(lái)局部改進(jìn)繪制。這階段需要注意在保持建筑外形的前提下盡量地使結(jié)構(gòu)受力合理和施工方便。在標(biāo)高和外形尺寸上一定要和建筑專業(yè)協(xié)調(diào)一致。
2.4 樓梯 樓梯梯板要注意撓度的控制，梯梁要注意的是梁下凈高要滿足建筑的要求，梯梁的位置盡量使上下樓層的位置統(tǒng)一。局部不合適處可以采用折板樓梯。折板樓梯鋼筋在內(nèi)折角處要斷開(kāi)分別錨固防止局部的應(yīng)力集中。注意梁下的凈空要求，并要注意梯板寬度的問(wèn)題。首段梯板的基礎(chǔ)應(yīng)注意基礎(chǔ)的沉降問(wèn)題，必要時(shí)應(yīng)設(shè)梯梁。
2.5 基礎(chǔ) 基礎(chǔ)要注意混凝土的標(biāo)號(hào)選擇應(yīng)符合結(jié)構(gòu)耐久性的要求。（通常情況下可采用C25）基礎(chǔ)的配筋應(yīng)滿足最小配筋率的要求（施工圖審查中心重點(diǎn)審查部位）。條基交接部位的鋼筋設(shè)置應(yīng)有詳圖或選用標(biāo)準(zhǔn)圖。條基交叉處的基底面積不可重復(fù)利用，應(yīng)注意調(diào)整基礎(chǔ)寬度。局部墻體中有局部的較大荷載時(shí)也要調(diào)整基礎(chǔ)的寬度。基礎(chǔ)圖中的構(gòu)造柱，當(dāng)定位不明確時(shí)應(yīng)給予準(zhǔn)確定位。
3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工程造價(jià)的關(guān)系
3.1 設(shè)計(jì)方案直接影響投資據(jù)研究分析。設(shè)計(jì)費(fèi)一般只相當(dāng)于建設(shè)工程全壽命費(fèi)用的1％不到。但正是這少于1％的費(fèi)用對(duì)投資的影響最高卻達(dá)到75％。在單項(xiàng)工程設(shè)計(jì)中，建筑和結(jié)構(gòu)方案的選擇及建筑材料的選用對(duì)投資都有較大影響。
3.2 設(shè)計(jì)方案影響經(jīng)常性費(fèi)用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅影響項(xiàng)目建設(shè)的一次性投資，而且還影響使用階段的經(jīng)常費(fèi)用，一次性投資與經(jīng)常性費(fèi)用有一定的反比關(guān)系。但通過(guò)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員努力可找到這兩者的最佳結(jié)合，使項(xiàng)目建設(shè)的全壽命費(fèi)用最低。
3.3 設(shè)計(jì)質(zhì)量間接影響投資據(jù)統(tǒng)計(jì)。在工程質(zhì)量事故的眾多原因中，設(shè)計(jì)責(zé)任占40．1％，很多的工程質(zhì)量事故都是由于產(chǎn)品設(shè)計(jì)不合理造成的。
4 建筑結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)和選取
在選取結(jié)構(gòu)體系時(shí)必須針對(duì)所設(shè)計(jì)的建筑實(shí)際情況進(jìn)行評(píng)估分析，只有正確選取結(jié)構(gòu)體系才能設(shè)計(jì)出經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)。目前高層建筑多采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)體系主要有框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)等。對(duì)于高層建筑來(lái)說(shuō)主要以剪力墻結(jié)構(gòu)和框架剪力墻結(jié)構(gòu)為主，對(duì)于低層建筑則多采用框架結(jié)構(gòu)。
框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系中以剪力墻作為主要抗側(cè)力構(gòu)建，而承受絕大部分水平荷載；而框架部門(mén)則主要承受豎向荷載。框架剪力墻結(jié)構(gòu)中框架和剪力墻兩者共同受力，合理分工。而剪力墻布置應(yīng)均勻設(shè)置在建筑物的周邊、電梯間等部位。由于該結(jié)構(gòu)以框架結(jié)構(gòu)為主，剪力墻為輔助，這種結(jié)構(gòu)體系適用于25層以下的建筑，最高不宜大于30層。
剪力墻結(jié)構(gòu)是用鋼筋混凝土墻板來(lái)代替框架結(jié)構(gòu)中的梁柱的，剪力墻作為豎向承重和抵抗側(cè)力的結(jié)構(gòu)，全部承受結(jié)構(gòu)的豎向和水平力。這種結(jié)構(gòu)體系通常采用平面布置形式，由于剪力墻受豎向荷載和水平荷載共同作用，剪力墻應(yīng)雙向或多向布置。同時(shí)由于該結(jié)構(gòu)全部由剪力墻組成，其剛度要比框架剪力墻結(jié)構(gòu)更好，該結(jié)構(gòu)體系常用于40層以下的高層住宅建筑等，而且該結(jié)構(gòu)高寬比不宜大于6，其高度也應(yīng)考慮抗震要求。
5 計(jì)算簡(jiǎn)圖的處理
筆者將結(jié)合一些工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討其計(jì)算簡(jiǎn)圖的處理。對(duì)于無(wú)地下室的結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，基礎(chǔ)埋深較深時(shí)，為了加強(qiáng)底層的整體性，可以在0.00m附近設(shè)置基礎(chǔ)連系梁。由于基礎(chǔ)連系梁的設(shè)計(jì)僅為構(gòu)造設(shè)計(jì)，無(wú)法平衡底部柱腳的彎矩，其不可作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部分，對(duì)于底層計(jì)算高度H應(yīng)是取基礎(chǔ)頂面至連系梁頂面的高度，即把基礎(chǔ)連梁以下的部分作為計(jì)算簡(jiǎn)圖的底層，而把實(shí)際建筑的底層作為計(jì)算簡(jiǎn)圖第二層，層高取用連梁頂面標(biāo)高至一層樓面標(biāo)高距離。值得注意的是，這種情況下底層柱的配筋應(yīng)取用基礎(chǔ)連系梁頂面和基礎(chǔ)頂面中較大內(nèi)力設(shè)計(jì)值進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于帶有地下室的結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，計(jì)算簡(jiǎn)圖中合理確定上部結(jié)構(gòu)的嵌固位置是非常關(guān)鍵的，這需要結(jié)合工程實(shí)際情況來(lái)分析。經(jīng)設(shè)計(jì)實(shí)踐驗(yàn)證采用這種方法計(jì)算簡(jiǎn)圖經(jīng)整體計(jì)算后，地震作用相對(duì)保守，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較安全。
6 結(jié)束語(yǔ)
總之，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，融入概念設(shè)計(jì)，不僅可以體現(xiàn)工程師設(shè)計(jì)理念，也能夠?qū)こ探Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師專業(yè)水平和技術(shù)水平的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行有效衡量。因此分析概念設(shè)計(jì)在高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，可以有效優(yōu)化高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
參考文獻(xiàn)：
篇11
Abstract: in recent years, the shear wall structure more and more applied to a high building, especially in large and medium cities. To satisfy the requirements of seismic condition, the new structure form and development, including the shear wall structure is widely used in high-rise residential. The following this paper discusses the present city is more common of the high-rise building structure optimization problems are analyzed and discussed on the personnel and the design of high-rise residential real estate choice of structural system.
Abstract:
Keywords: high building; The shear wall structure; Optimization design; analysis
中圖分類號(hào)：[TU208.3]文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
引言
高層建筑是社會(huì)生產(chǎn)發(fā)展和人們生活需求的產(chǎn)物，是現(xiàn)代化、商業(yè)化、工業(yè)化和城市化的必然結(jié)果。它反應(yīng)了一個(gè)國(guó)家的建筑科技和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平。隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的需求，以及城市人口密度的持續(xù)增長(zhǎng)，高層建筑正逐漸成為城市建筑的發(fā)展趨勢(shì)，也是城市現(xiàn)代化的象征。為了滿足高層建筑的抗震性和經(jīng)濟(jì)性，對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究具有重要的理論和實(shí)踐意義。
1、高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)
一幢高層建筑猶如一根豎直放置于嵌固于地基的開(kāi)孔、帶橫肋的巨型空間構(gòu)架式的“懸臂梁”。它不僅要承受“梁”內(nèi)所有重力荷載的作用并保持穩(wěn)定，而且要承受風(fēng)荷載、地震等水平荷載的作用并保持一定的剛度，避免過(guò)大的水平位移和振動(dòng)，保證“梁”內(nèi)各種建筑裝飾、填充墻等不受損壞，以提供“梁”內(nèi)工作生活的人們有一個(gè)舒適的環(huán)境。
高層建筑結(jié)構(gòu)同時(shí)承受垂直和水平荷載，還要抵抗地震作用，在低層結(jié)構(gòu)中，水平荷載產(chǎn)生的內(nèi)力和位移很小，通常可以忽略；而在高層建筑中，水平荷載和地震作用將成為控制因素。隨著建筑高度增加，位移增加最快，彎矩次之。因此高層建筑設(shè)計(jì)不僅要有較大的承載能力，而且需要較大的抗側(cè)剛度， 以保證水平荷載產(chǎn)生的側(cè)向變形控制在一定范圍內(nèi)。 剪力墻結(jié)構(gòu)在水平力作用下側(cè)向變形的特征為彎曲型。
剪力墻結(jié)構(gòu)承受豎向荷載及水平荷載的能力都較大。其特點(diǎn)是整體性好，側(cè)向剛度大，水平力作用下側(cè)移小，并且由于沒(méi)有梁、柱等外露與凸出，便于房間內(nèi)部布置。缺點(diǎn)是不能提供大空間房屋，結(jié)構(gòu)延性較差。當(dāng)?shù)叵率一蛳虏恳粚印讓樱枰罂臻g時(shí)（如商場(chǎng)、停車庫(kù)等）即形成部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)。 在框架-剪力墻結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)兩種不同結(jié)構(gòu)的過(guò)渡層必須設(shè)置轉(zhuǎn)換層。
剪力墻結(jié)構(gòu)由于承受豎向力、水平力的能力均較大，橫向剛度大，因此可以建造比框架結(jié)構(gòu)更高、更多層數(shù)的建筑。但是只能以小房間為主的房屋，如住宅、賓館、單身公寓。而賓館中需要大空間的門(mén)廳、餐廳、商場(chǎng)等往往設(shè)置在另外的建筑單元中。 為了適用任何方向的水平力（或地震作用），因此對(duì)于矩形平面，剪力墻在縱橫雙向均應(yīng)設(shè)置；對(duì)于圓形平面，剪力墻應(yīng)沿徑向及環(huán)向設(shè)置；三角形平面，宜沿三個(gè)主軸方向設(shè)置剪力墻。
2、剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化的原則
一般來(lái)說(shuō)，建筑結(jié)構(gòu)的剛度越大，抵抗地震作用力就越大，結(jié)構(gòu)也就越穩(wěn)定，但是如果無(wú)限制增大結(jié)構(gòu)的剛度勢(shì)必會(huì)增加結(jié)構(gòu)的工程造價(jià)；如果剛度過(guò)大，不僅對(duì)結(jié)構(gòu)不利，還會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利的影響，如：周期太短、層間位移過(guò)小等。剪力墻的特點(diǎn)是平面內(nèi)剛度和承載能力較大，而平面外剛度和承載能力相對(duì)很小，在做結(jié)構(gòu)優(yōu)化的時(shí)候應(yīng)該使結(jié)構(gòu)層間位移角保持在合理的范圍內(nèi)，不能偏差規(guī)范限制太多；保證結(jié)構(gòu)抵抗地震的作用力在規(guī)范要求范圍內(nèi)，并考慮個(gè)因素相互制約的影響。剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化是個(gè)十分復(fù)雜的問(wèn)題，影響剪力墻的因素眾多，而各因素又相互制約，因此在對(duì)高層建筑優(yōu)化時(shí)應(yīng)考慮定量和定型的分析研究。針對(duì)工程常見(jiàn)特點(diǎn)，在保證原結(jié)構(gòu)建筑使用功能和規(guī)范要求下對(duì)結(jié)構(gòu)作如下優(yōu)化：
（1）盡量避免出現(xiàn)“一字型”剪力墻，避免樓面梁一側(cè)或兩側(cè)擱置在“一字型”剪力墻或其連梁上。
（2）使得結(jié)構(gòu)受力更加合理，能在滿足規(guī)范要求的前提下，使剪力墻的結(jié)構(gòu)性能達(dá)到最優(yōu)，經(jīng)濟(jì)性更加合理。
（3）通過(guò)改變剪力墻的數(shù)量及其布置使得結(jié)構(gòu)的樓層剛度、周期、層間位移角更加合理。
3、房地產(chǎn)企業(yè)結(jié)構(gòu)成本控制的方法分析
隨著房地產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，地價(jià)猛漲，如何降低工程成本，并取得效益最大化是每個(gè)房地產(chǎn)企業(yè)不斷的追求。在考慮建筑結(jié)構(gòu)布置方案時(shí)就要考慮對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行選型優(yōu)化，這就要不僅考慮到結(jié)構(gòu)的合理性、實(shí)用性，還要考慮到結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性。因?yàn)槿绾谓档统杀尽⒃黾永麧?rùn)是每一個(gè)房地產(chǎn)企業(yè)關(guān)注的問(wèn)題。建設(shè)項(xiàng)目前期的設(shè)計(jì)階段（方案設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)）影響整個(gè)項(xiàng)目投資的可能性在80%以上。其中，結(jié)構(gòu)成本占到建安成本的40%—60%。很多建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)做的并不精細(xì)。通過(guò)降低成本以求提高經(jīng)濟(jì)效益是房地產(chǎn)行業(yè)共同追求和努力的目標(biāo)之一，而結(jié)構(gòu)成本的控制是房地產(chǎn)項(xiàng)目成本控制的關(guān)鍵。
為了與工程實(shí)際情況相符，假設(shè)混凝土的成本與混凝土的體積成正比。鋼筋的成本與鋼筋的體積成正比。在總造價(jià)上，暫不考慮模板及樓板等工程的造價(jià)影響。電算分析指數(shù)表明，豎向結(jié)構(gòu)體系的截面面積雖然較小，但仍可保證滿足承載力、剛度、位移的要求。顯而易見(jiàn)，優(yōu)化后的方案不僅節(jié)約了業(yè)主的投資費(fèi)用，更重要的是節(jié)約了資源。
4、結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化措施
4.1 盡量合理的減小剪力墻厚度
增加剪力墻厚度，雖然能提高結(jié)構(gòu)抗測(cè)力的能力，同時(shí)也增大了結(jié)構(gòu)的地震力，但是由于影響剪力墻結(jié)構(gòu)的因素眾多，結(jié)構(gòu)抗側(cè)移能力與結(jié)構(gòu)所承受的地震力兩者不一定成正比變
化。剪力墻厚度的取值不僅影響到結(jié)構(gòu)的自重、結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)剛度，而且直接影響到工程造價(jià)的高低。因此，設(shè)計(jì)者在進(jìn)行剪力墻優(yōu)化布置時(shí)應(yīng)盡量合理的減少墻厚。
一般情況下影響剪力墻墻厚取值的因素如下：①通過(guò)結(jié)構(gòu)分析，依據(jù)結(jié)構(gòu)的最大層間位移、最大層間位移比、周期比以及樓層剛度等控制因素，選取合理的剪力墻厚度；②根據(jù)規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)軸壓比的規(guī)定；③穩(wěn)定性及構(gòu)造性要求。“高規(guī)”規(guī)定按穩(wěn)定性要求確定剪力墻的高厚比，當(dāng)不能滿足時(shí)應(yīng)按“高規(guī)”附錄算墻體的穩(wěn)定性。
4.2 嚴(yán)格控制剪力墻的配筋率
《混凝土規(guī)范》規(guī)定，抗震等級(jí)為一、二、三級(jí)的剪力墻的水平和豎向分布鋼筋配筋率均不應(yīng)小于0.25%；四級(jí)抗震等級(jí)剪力墻不應(yīng)小于0.2%，分布鋼筋間距不應(yīng)大于300mm；其直徑不應(yīng)小于8mm。這在高層或者剪力墻墻肢較長(zhǎng)的剪力墻結(jié)構(gòu)中應(yīng)該是合理的，但對(duì)于短小、低矮的剪力墻，應(yīng)適當(dāng)減小其水平筋的配筋率；墻的豎向最小配筋率應(yīng)包括邊緣構(gòu)件中的鋼筋，同時(shí)應(yīng)注意避免豎筋過(guò)多使墻的抗剪強(qiáng)度小于抗彎強(qiáng)度，對(duì)抗震不利。
4.3 減輕結(jié)構(gòu)自重
通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化減少混凝土用量，減輕結(jié)構(gòu)自重，可以減小結(jié)構(gòu)內(nèi)力、豎向荷載和水平地震作用力，特別是轉(zhuǎn)換層和基礎(chǔ)的鋼材和混凝土。①樓板：樓板在整個(gè)建筑中占據(jù)著相當(dāng)大的比率，減小樓板厚度即減少了單位建筑面積混凝土用量。將樓板厚度控制在滿足板的厚度與計(jì)算跨度要求的比值，并滿足防火和預(yù)埋管線要求的較小值，可使得混凝土的消耗量最低。②剪力墻：在考慮樓板的同時(shí)也應(yīng)考慮剪力墻的混凝土消耗量最少。擴(kuò)大剪力墻開(kāi)間的間距，用輕質(zhì)隔墻替代部分開(kāi)間的墻體，能有效地降低混凝土用量。如果開(kāi)間過(guò)大，可以在隔墻處
設(shè)置梁來(lái)保證減少樓板厚度的實(shí)現(xiàn)。由于住宅的開(kāi)間和進(jìn)深一般不大，梁寬可取隔墻墻厚，以免露梁。為減輕自重，剪力墻厚度可沿高度分次變化。
5、結(jié)束語(yǔ)
高層建筑投資大,建設(shè)周期長(zhǎng),對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)以期獲得最優(yōu)結(jié)構(gòu)方案并節(jié)約投資,一直是結(jié)構(gòu)工程師所努力追求的。剪力墻的數(shù)量及其布置是影響到結(jié)構(gòu)安全和經(jīng)濟(jì)合理的關(guān)鍵因素，因此對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化研究具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。剪力墻的數(shù)量和布置極大地影響著剪力墻的力學(xué)特性,也決定著剪力墻結(jié)構(gòu)是否經(jīng)濟(jì)。
參考文獻(xiàn)：
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篇12
Key words: high-rise building; shear wall; optimization design
中圖分類號(hào)：[TU208.3]文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：
一、引言
剪力墻的優(yōu)點(diǎn)主要在于整體性強(qiáng)、用鋼量較小而且剛度大等，所以在高層建筑施工中得到了廣泛的運(yùn)用。特別是像旅館這一類房間多的建筑結(jié)構(gòu)當(dāng)中，墻體所采用的一般都為剪力墻結(jié)構(gòu)，這樣可以讓承重墻與分隔墻連為一體，從而使得其經(jīng)濟(jì)適用。另外，使用剪力墻結(jié)構(gòu)，不會(huì)有露柱與露梁的現(xiàn)象出現(xiàn)，保持了外形的美觀性，也拓寬了室內(nèi)空間。雖然從上面幾點(diǎn)來(lái)看，剪力墻具備較多的優(yōu)點(diǎn)，但是從其他方面考慮，也存在較多的問(wèn)題:
1) 由于高層建筑的剪力墻本身具有較大的抗側(cè)剛度，也就使得發(fā)生地震時(shí)，剪力墻會(huì)出現(xiàn)較大的反應(yīng)，所以在剪力墻的上部結(jié)構(gòu)以及下部結(jié)構(gòu)當(dāng)中投入的資金都會(huì)相應(yīng)的增加;
2) 墻體的澆筑主要是混凝土，使得其具有較大的重量，不僅會(huì)浪費(fèi)材料，地震反應(yīng)也較大;
3) 在剪力墻的結(jié)構(gòu)當(dāng)中，各個(gè)墻肢不具備較大的軸壓，使得各個(gè)墻肢雖然具有一定的承載能力，但是因?yàn)檩S壓的問(wèn)題，不能夠正常的發(fā)揮出應(yīng)有的性能。因此，在設(shè)計(jì)當(dāng)中對(duì)于高層建筑的剪力墻，如果將缺點(diǎn)規(guī)避，發(fā)揮出剪力墻的優(yōu)點(diǎn)，最終達(dá)到降低工程施工造價(jià)，提高施工質(zhì)量，就成為設(shè)計(jì)者應(yīng)當(dāng)首先考慮的問(wèn)題。隨著近幾年的一些成績(jī)，我們可以看出，高層建筑剪力墻的研究已經(jīng)引起了有關(guān)設(shè)計(jì)人員的足夠重視。
二、在剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)件當(dāng)中對(duì)于含鋼量的控制
隨著社會(huì)大眾越來(lái)越高的建筑要求，在高層建筑當(dāng)中，剪力墻結(jié)構(gòu)已經(jīng)占據(jù)了相當(dāng)重要的地位。想要高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)具有較大的經(jīng)濟(jì)性，就需要從含鋼量入手，對(duì)于剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制。所以，在對(duì)高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要從實(shí)際出發(fā)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求詳細(xì)的進(jìn)行結(jié)構(gòu)的分析，從而確保在任何種情況下，能夠控制好最經(jīng)濟(jì)的含鋼量，并且也能夠滿足結(jié)構(gòu)的安全要求。從筆者多年的施工經(jīng)驗(yàn)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的累積來(lái)看，對(duì)于高層建筑物的剪力墻最為合適的含鋼量都有了一定的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于設(shè)計(jì)也就起到了一定的建設(shè)性和指導(dǎo)性的意見(jiàn)。合適含鋼量統(tǒng)計(jì)表如表1所示。
三、選擇效率較高的剪力墻結(jié)構(gòu)方案
只有當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)的施工安全得到了保障之后，才能夠在諸多的方案中進(jìn)行對(duì)比選擇，并且還應(yīng)考慮工程造價(jià)能夠在最低限度的情況下，選取適合此高層建筑的結(jié)構(gòu)形式。
在框支剪力墻的結(jié)構(gòu)當(dāng)中，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)也是一個(gè)很好的選擇。在框支剪力墻的結(jié)構(gòu)中，為了盡量將上下層的剛度變化適度，可以采用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)這一減少了剪力墻剛度的方式。例如使用加大下一層的剛度，其經(jīng)濟(jì)效益就較為明顯。如果高層建筑物的層數(shù)大于18，最好還是選取普通剪力墻結(jié)構(gòu)。如果將短肢剪力墻結(jié)構(gòu)運(yùn)用到層數(shù)過(guò)大的建筑結(jié)構(gòu)當(dāng)中，會(huì)導(dǎo)致其剛度不達(dá)標(biāo)，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的安全性能也受到其影響。
四、在剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的有效措施
1.需要對(duì)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尤為注重
從高層建筑的要求來(lái)看，現(xiàn)代居民希望建筑物所擁有的功能多種多樣，考慮到現(xiàn)在大樓具有較強(qiáng)的綜合性能，尤其是在使用方面，上部與下部的機(jī)構(gòu)不同。因此，在選擇高層建筑物自身的結(jié)構(gòu)布置時(shí)，就需要考慮相應(yīng)的變化，在設(shè)計(jì)布置當(dāng)中，需要將轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)設(shè)置好。我們需要重視剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，考慮到在高位轉(zhuǎn)換的底部大空間當(dāng)中，其結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜。因?yàn)樵谶M(jìn)行高位轉(zhuǎn)換時(shí)，剛度和質(zhì)量較大的轉(zhuǎn)換層升高，有效的將其本身與上下的剛度調(diào)整到接近的地步是非常必要的，而對(duì)于轉(zhuǎn)換層自身而言，其質(zhì)量與剛度都不適宜較大，在最終時(shí)，是否能夠確保轉(zhuǎn)換層附近的層間位移角基本達(dá)到均勻的情況，就需要在水平作用力的作用之下，進(jìn)行空間精確分析，檢查其均勻情況。采用轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式時(shí)，在選擇上，偏向于重量與剛度皆偏小的材料，在實(shí)際的計(jì)算中，對(duì)于參與到了組合的振型數(shù)需要多多的進(jìn)行選擇。通過(guò)計(jì)算，我們能夠計(jì)算出在結(jié)構(gòu)當(dāng)中，哪一部分才是最薄弱的，然后再通過(guò)內(nèi)力分配特點(diǎn)的具體研究，改善薄弱部位的設(shè)計(jì)性能，適當(dāng)?shù)膶?duì)于構(gòu)件的配筋進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，從而達(dá)到改善薄弱部位性能的目的。
2.對(duì)于連梁設(shè)計(jì)的有效優(yōu)化
在設(shè)計(jì)連梁的抗震與非抗震的時(shí)候，在高跨比的分類之上，主要是有小于2． 5 和大于2.5兩種，并且對(duì)于截面配筋以及受剪承載力兩個(gè)方面都有了相應(yīng)的規(guī)范。而可以使用以下兩種方式針對(duì)塑性調(diào)幅:1) 在進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算之前，就需要拆減連梁的剛度;2) 在進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算之后，連梁的剪力與彎矩的組合值還需要
乘上一個(gè)折減系數(shù)。
但是，我們應(yīng)當(dāng)明確的是，無(wú)論是選取了哪一種，都需要確定在實(shí)際使用階段當(dāng)中的剪力與彎矩的設(shè)計(jì)值，都要小于調(diào)整后的值。此外，在設(shè)計(jì)彎矩時(shí)，也必須大于設(shè)防烈度低一度的地震組合所得。從而對(duì)于正常使用情況之下，亦或是在小型的地震發(fā)生之后，對(duì)于裂縫進(jìn)行有效防止，最終達(dá)到確保高層建筑物的安全性能。
3．轉(zhuǎn)換層上下部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)
1) 在轉(zhuǎn)換層的上下剛度的傳遞放縱，剪力墻布置存在的影響。如果要能夠準(zhǔn)確的傳遞上下兩種不同結(jié)構(gòu)形式的內(nèi)力，首先需要考慮到剛度突變，而對(duì)于轉(zhuǎn)換層上下的結(jié)構(gòu)可以通過(guò)兩種方式將剛度突變的問(wèn)題加以解決:
a． 將上部的剛度減少，也就是在上部當(dāng)中，能不設(shè)置剪力墻就盡量的避免設(shè)置，當(dāng)滿足了軸壓比時(shí)，確保墻肢盡可能的短;
b． 將下部的剛度進(jìn)一步的加大，在建筑滿足了功能之下，再恰當(dāng)?shù)牟贾萌舾傻穆涞丶袅υ诖罂臻g層之內(nèi)，此外需要避免集中，將剪力墻均勻的分布于其中。
篇13
1.剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)
1.1剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)
剪力墻結(jié)構(gòu)這種構(gòu)造的剛度一般都很大，整體的性能較好，還能實(shí)現(xiàn)鋼量的節(jié)省，尤其是在高層建筑住宅之中，以及一些旅館和居住性的建筑之中，居室和客房的建設(shè)面積一般都很小，并且分隔墻還比較多，一般都是采用現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)，這樣就能實(shí)現(xiàn)把承重墻合二為一，這種結(jié)構(gòu)相對(duì)而言還是比較經(jīng)濟(jì)和實(shí)惠的。
除此之外，也能實(shí)現(xiàn)室內(nèi)的框架結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)介，不會(huì)出現(xiàn)露梁和露柱的情況，外形上還是比較美觀的，便于室內(nèi)的裝飾裝潢設(shè)計(jì)。基于此，在許多的高層建筑和一些民居之中，一般都會(huì)采用現(xiàn)澆剪力墻的結(jié)構(gòu)。
1.2剪力墻結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)
當(dāng)然，把剪力墻結(jié)構(gòu)運(yùn)用到高層建筑以及旅館的建設(shè)之中，也必然存在一定的缺點(diǎn)和不足。因?yàn)榧袅Φ慕Y(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度比較大，很顯然的引起較大的地震反應(yīng)，這就必然導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)費(fèi)用的增加；因?yàn)榛炷恋膲w較多，這就會(huì)相應(yīng)的增加建筑物的重量，同樣會(huì)導(dǎo)致建筑物的地震反應(yīng)很強(qiáng)烈，同時(shí)造成很大的浪費(fèi)；還有剪力墻的各個(gè)墻肢軸壓比一般都很低，這就讓個(gè)墻肢的承載能力得不到充分的發(fā)揮；還有剪力墻之中的墻體大多是構(gòu)造的配筋，這個(gè)配筋率一般很低，這就導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的延展性能很差。
在高層建筑剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之中，怎樣去發(fā)揮它的長(zhǎng)處和優(yōu)點(diǎn)，避免其費(fèi)用過(guò)高是一個(gè)很關(guān)鍵的問(wèn)題，需要我們?cè)趯?shí)際的建設(shè)施工只能不斷的總結(jié)和改善。
2.高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析
2.1高層剪力墻住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)分析
因?yàn)榧袅Φ膭偠却螅w的性能較好，而且用鋼量比較節(jié)省，在高層建筑之中，得到廣泛的使用。高層建筑的住宅之中，開(kāi)間一般較小，而且分割的很多，運(yùn)用現(xiàn)澆剪力墻就可以實(shí)現(xiàn)承重墻的減少，是一種很經(jīng)濟(jì)的選擇，還有這種結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)墻的外觀的美觀和整齊，不會(huì)出現(xiàn)一些不必要的梁柱，方便對(duì)室內(nèi)進(jìn)行合理的布置和裝飾。
在進(jìn)行剪力墻的結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中還需要注意幾個(gè)問(wèn)題，因?yàn)榧袅Φ目觽?cè)剛度很大，結(jié)構(gòu)的周期很小，就會(huì)導(dǎo)致地震的響應(yīng)大，如果剪力墻的墻體越多，建筑物的重量就會(huì)相應(yīng)的增加，這就會(huì)導(dǎo)致資源的浪費(fèi)，還有剪力墻的墻體飛結(jié)構(gòu)一般的配筋率都很低，就會(huì)導(dǎo)致建筑的結(jié)構(gòu)延性不好。
高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)中，剛度較大的結(jié)構(gòu)一般受到震害都會(huì)相應(yīng)的降低，但是建筑的剛度越大，需要的建筑材料就要增加，必然出現(xiàn)建筑的工程成本的增加，因此，對(duì)建筑物的剪力墻的設(shè)計(jì)和施工，需要滿足規(guī)范之中的結(jié)構(gòu)水平的位移和地震的要求相合。要想建設(shè)的安全和經(jīng)濟(jì)，就要根據(jù)實(shí)際的情況有所判斷，把建筑的水平位移和地震力控制在一個(gè)適當(dāng)?shù)姆秶畠?nèi)，做好對(duì)結(jié)構(gòu)的內(nèi)里和配筋的檢查。
2.2剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)建合適的含鋼量
社會(huì)的發(fā)展要求建造越來(lái)越多的高層建筑，在現(xiàn)今的高層建筑建設(shè)之中，剪力墻的結(jié)構(gòu)占據(jù)著重要的位置。想要實(shí)現(xiàn)建筑的經(jīng)濟(jì)性，就需要做好對(duì)鋼含量的控制。因此在對(duì)高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，就需要依據(jù)實(shí)際的情況，一切從實(shí)際出發(fā)，依據(jù)設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行詳細(xì)的結(jié)構(gòu)的分析和設(shè)計(jì)，保障在任何的情況下，都能實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼含量的良好控制。在滿足安全的前提下，控制好鋼的含量。對(duì)于高層建筑的施工和設(shè)計(jì)，剪力墻最為合適的鋼含量一般都有個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，這對(duì)設(shè)計(jì)也就有了很好的指導(dǎo)。合適的鋼含量如下：
表1 合適含鋼量統(tǒng)計(jì)表
高層建筑適合的鋼含量詳見(jiàn)下表：
2.3優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，降低工程造價(jià)
2.3.1優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
實(shí)現(xiàn)優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，讓解雇的受力均衡以及技術(shù)運(yùn)用得當(dāng)，實(shí)現(xiàn)建設(shè)整體的安全和可靠，只有任一結(jié)構(gòu)都能同時(shí)發(fā)揮出最大的功效，這樣的設(shè)計(jì)方式才能實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)合理和造價(jià)合理。
我們從建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和整體的布局情況來(lái)看，在受到水平荷載的作用下，剪力墻的的暗柱的配筋一般都是結(jié)構(gòu)性的配筋，對(duì)于暗柱的斷面的確定和剪力墻的布置之間有著密切的關(guān)系。而這里的構(gòu)造配筋又和暗柱斷面有著密切的一對(duì)一的對(duì)應(yīng)關(guān)系。因?yàn)榧袅Σ贾玫牟町悾话愕囊黄袅Φ膬蛇叺陌抵臄嗝婵赡苡兄?倍到10倍的差異，配筋也就相應(yīng)的出現(xiàn)相差6倍到十倍。但是剪力墻在不同的方向的水平的荷載作用是具有對(duì)稱性的，這樣的設(shè)計(jì)就會(huì)導(dǎo)致極大的浪費(fèi)。這就需要先對(duì)建立墻的布置進(jìn)行調(diào)整，要做到既能實(shí)現(xiàn)建筑建設(shè)的節(jié)約成本，由能實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)安全性能的保障。
2.3.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系
建筑層數(shù)對(duì)單位建筑面積造價(jià)有直接影響,但影響程度對(duì)各分部結(jié)構(gòu)卻是不同的。屋蓋部分,不管層數(shù)多少,都共用一個(gè)屋蓋,并不因?qū)訑?shù)增加而使屋蓋的投資增加。因此,屋蓋部分的單位面積造價(jià)隨層數(shù)增加而明顯下降。基礎(chǔ)部分,各層共用基礎(chǔ),隨著層數(shù)增加,基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的荷載加大,必須加大基礎(chǔ)的承載力,雖然基礎(chǔ)部分的單位面積造價(jià)隨層數(shù)增加而有所降低,但不如屋蓋那樣顯著。承重結(jié)構(gòu),如墻、柱、梁等,隨層數(shù)增加而要增強(qiáng)承載能力和抗震能力,這些分部結(jié)構(gòu)的單位建筑造價(jià)將有所提高。
3.剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的有效措施
3.1對(duì)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重視
從高層建筑的設(shè)計(jì)和施工的要求來(lái)看。現(xiàn)在的民居建設(shè)都希望實(shí)現(xiàn)建筑功能的多樣化，這就需要建設(shè)者，對(duì)建筑的自身的結(jié)構(gòu)進(jìn)行布置時(shí)，需要考慮到相應(yīng)的變化，在進(jìn)行設(shè)計(jì)布置時(shí)，能夠把轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)布置好。需要重視對(duì)剪力墻的結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，考慮在進(jìn)行高位換裝的底部大部分空間時(shí)，這個(gè)結(jié)構(gòu)是相對(duì)較復(fù)雜的。在進(jìn)行實(shí)際的計(jì)算中，對(duì)于那些參與到組合的振型數(shù)需要多多進(jìn)行選擇。我們通過(guò)計(jì)算，能夠知道哪一部分是薄弱環(huán)節(jié)，再運(yùn)用能力分配的特點(diǎn)，進(jìn)行具體的研究。改善薄弱環(huán)節(jié)的性能狀態(tài)。
3.2對(duì)轉(zhuǎn)換層上下部機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)
在對(duì)轉(zhuǎn)換層的上下剛度的傳遞和放縱，會(huì)對(duì)剪力墻存在影響。如果要實(shí)現(xiàn)不同結(jié)構(gòu)形式的內(nèi)里，首先需要考慮的是剛度的突變。還需要合理選擇轉(zhuǎn)換層上下部結(jié)構(gòu)的剛度。如果剪力墻的轉(zhuǎn)換剛度太大，不僅不能增大對(duì)地震的反應(yīng)以及豎向的剛度，還會(huì)增加材料的使用。這從經(jīng)濟(jì)層面來(lái)考慮是極其不合理的。
4 結(jié)束語(yǔ)
在進(jìn)行高層建筑的剪力墻的設(shè)計(jì)和使用時(shí)，需要考慮架構(gòu)的抗側(cè)剛度以及外觀的狀況，還要實(shí)現(xiàn)造價(jià)的降低，這都是高層建筑設(shè)計(jì)相關(guān)人員需要重視的。我們對(duì)高層建筑剪力墻的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。提出優(yōu)化的具體的解決策略，希望能夠?qū)Ω邔咏ㄖ幸砸欢ǖ闹笇?dǎo)意義。
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