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篇(1)

關(guān)鍵詞：高層建筑 結(jié)構(gòu) 特點(diǎn) 設(shè)計(jì) 原則 要求

中圖分類號： TU97 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

正文：

一、高層建筑結(jié)構(gòu)類型

高層建筑結(jié)構(gòu)體系按照結(jié)構(gòu)形式可以分為框架、剪力墻結(jié)構(gòu)，框架結(jié)構(gòu)，剪力墻結(jié)構(gòu)。框架結(jié)構(gòu)因?yàn)槭抢弥⒘旱冉Y(jié)構(gòu)來承重的，所以這種結(jié)構(gòu)體系的側(cè)向位移相對較大，一般適用于低于50m的建筑。剪力墻結(jié)構(gòu)因?yàn)槭强扛邔咏ㄖ膲w來承重的，所以這種結(jié)構(gòu)的整體性能相對較好，不易產(chǎn)生水平方向的變形，一般多應(yīng)用于高層建筑，但是因?yàn)槠湓谄矫嫔系牟贾貌粔蜢`活，所以很少在公共建筑設(shè)計(jì)中使用。而框架、剪力墻組合結(jié)構(gòu)則是結(jié)合了兩者的優(yōu)點(diǎn)、改善了其中的缺點(diǎn)，所以被廣泛應(yīng)用于高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。

二、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

2.1 選擇合適的基礎(chǔ)方案

現(xiàn)在的設(shè)計(jì)一大特色就是不能因工程而破壞周邊的環(huán)境，而改變的周邊的生態(tài)環(huán)境。一切的工程圍繞環(huán)境進(jìn)行設(shè)計(jì)施工，使工程與自然很好的融入到一起，使得兩者和諧共存。在基礎(chǔ)方案的設(shè)計(jì)中，要把所有的相關(guān)因素全部的包括在內(nèi)，綜合各方面的因素，再考慮經(jīng)濟(jì)性對工程進(jìn)行整體的評估，然后對方案進(jìn)行正式的審核，最后施工，一切立足由可持續(xù)發(fā)展的觀念進(jìn)行施工，工程的質(zhì)量一定會得以保障。

2.2 選擇合理的結(jié)構(gòu)方案

高層建筑作為近幾年剛剛興起的一門學(xué)科，具有很復(fù)雜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在施工的過程中要考慮的方面很多，像是供水問題、線路等各方面都是我們要考慮的。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案中重要的有以下幾點(diǎn)：材料的要求、施工的環(huán)境、還要充分的考慮抗擊自然災(zāi)害的能力。我們要嚴(yán)格的遵循平面和豎直的設(shè)計(jì)原則。結(jié)構(gòu)方案不僅僅是施工單位一方的事情，施工單位與使用方要達(dá)成一致，在設(shè)計(jì)方面以及今后的發(fā)展方向要進(jìn)行詳細(xì)的展望，為了所選取得結(jié)構(gòu)方案更加的合理，最大限度的達(dá)到預(yù)期的目的。

三、工程設(shè)計(jì)案例分析

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）。

1. 結(jié)構(gòu)承重體系設(shè)計(jì)

根據(jù)國家抗震區(qū)劃圖, 待設(shè)計(jì)建筑地區(qū)的基本烈度為七度,相應(yīng)地主樓結(jié)構(gòu)部分的抗震等級為二級, 裙樓部分的抗震等級為三級。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。

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。

2.1 框架結(jié)構(gòu)的分部優(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)的分部優(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)的分部優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)際上是一個迭代、漸進(jìn)的尋優(yōu)過程, 計(jì)算結(jié)果雖不總能等價于整體優(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)的分部優(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);

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 個方面的優(yōu)化問題: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)問題。

高層框- 剪結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的協(xié)同工作問題,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)鍵問題。這里,我們將框- 剪結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)過程分為三個階段進(jìn)行,對不同階段的不同問題,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)地震危險性分析結(jié)果或地震區(qū)劃規(guī)定, 在預(yù)測地震烈度概率分析基礎(chǔ)上, 用模糊綜合評判法計(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)范對結(jié)構(gòu)層間位移和頂點(diǎn)總側(cè)移的限值來控制結(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,可按照前述方法對框- 剪結(jié)構(gòu)中的框架部分進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

四、結(jié)語

總而言之，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)，如果出現(xiàn)施工不可行的情況下，重新審視設(shè)計(jì)規(guī)范。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)

[1] 孫 凱.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問題及對策探討[J].價值工程，2011（06）.

篇(2)

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；分析；研究

Abstract: with the increasing urbanization construction, social development of rapid advance, buy a house for ordinary people to become a indispensable thing, this makes the real estate trade is more and more active on the trend. But in the real estate industry progresses day by day, the construction quality safety and so on also receiving more and more attention. For the design requirements of building structure more and more is also high, this paper based on this, the first introduced the general structure of the high-rise building system, and then analyzes the defects existing in the architectural design, and finally the optimization measures related to perform some of the research and analysis, so as to provide some reference for many designers direction.

Keywords: building structure; Optimization design; Analysis; research

中圖分類號：S611文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

一般而言，在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案產(chǎn)生之初，建筑的結(jié)構(gòu)從各個方面就存在一定的優(yōu)劣問題，然后再利用建筑的后續(xù)設(shè)計(jì)以及相關(guān)工序的計(jì)算研究設(shè)計(jì)等等，選擇合適的材料可以對設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定的優(yōu)化。本文重點(diǎn)談?wù)摿藢τ诮ㄖY(jié)構(gòu)優(yōu)化的相關(guān)措施，指出平常設(shè)計(jì)中存在的一些缺陷，作為專業(yè)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師，應(yīng)把握結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的原則特點(diǎn)，重視質(zhì)量，設(shè)計(jì)出符合規(guī)定的建筑。以下種種，僅當(dāng)各位借鑒參考之用。

一、高層建筑的一般結(jié)構(gòu)體系

1、 框架――剪力墻體系

何謂框架――剪力墻體系，即在有些框架體系的硬度和強(qiáng)度達(dá)不到預(yù)期的要求，需借助外力來維持其正常形態(tài)時，可以在建筑平面的相關(guān)地方設(shè)計(jì)能承受相當(dāng)力量的剪力墻以替代一部分的框架，這樣的建筑體系即為框架――剪力墻體系。一般而言，體系中的剪力墻需要承受建筑的水平方向的剪力，而框架則需承受垂直方向。該墻的設(shè)計(jì)，在某方面而言大大的加強(qiáng)了結(jié)構(gòu)在側(cè)向方面的剛度，減少建筑水平位移，使得建筑在各個平面上的受力更為均勻，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中來說，這種體系要優(yōu)于框架體系。

2、 剪力墻體系

剪力墻體系的主要特點(diǎn)是建筑的受力主體基本上全部為剪力墻構(gòu)成，其中，單片剪力墻需要承受建筑的所有垂直方向的負(fù)載。該體系在結(jié)構(gòu)的剛度等方面要優(yōu)于框架體系和框架――剪力墻體系，它的位移曲線一般是彎曲的，這使得它具有很好的延伸能力，建筑各面受力更為均勻直接。同時也具有很好的整體性，能夠抵抗相當(dāng)?shù)牡顾Γ且豁?xiàng)相當(dāng)不錯的結(jié)構(gòu)體系。

3、筒體體系

筒體體系是指建筑的筒體的結(jié)構(gòu)體系為抗測力構(gòu)件組成的體系。其中包含了很多建筑型式，主要是單筒體、多束筒或是筒中筒等等。筒體屬于空間構(gòu)件之一，一般分為實(shí)腹筒和空腹筒。其中前一種一般是用相關(guān)的結(jié)構(gòu)單體在建筑的平面或者曲面方向圍成三維豎向結(jié)構(gòu)體，而后一種則是指一定的空間受力構(gòu)件，這些構(gòu)件主要由密排柱或開孔的鋼筋等組成。這種體系的構(gòu)件受力合理，建筑的抗風(fēng)、震能力突出，結(jié)構(gòu)剛度強(qiáng)度較大，一般用于高層建筑。

二、現(xiàn)代高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的缺陷

其實(shí)對于大部分建筑來說，基本在橫向和側(cè)向方面的設(shè)計(jì)原理沒有什么差別的，不管該建筑是高層低層或是多層。但是，高度越高，側(cè)向方面需要考慮的設(shè)計(jì)因素要求更多，究其原因有二，一是因?yàn)闃菍釉礁撸ㄖ谪Q向需要承受的壓力越大，這就要求設(shè)計(jì)更大的柱、筒、墻等等。二是在建筑中一般的側(cè)向力比橫向力產(chǎn)生的傾覆與變形壓力要大很多，對于豎向負(fù)載而言，壓力的變化不是線型增加而是急劇增加，這使得建筑在抗壓抗震等方面的效果更為明顯。而在現(xiàn)代具有較高樓層建筑，存在的問題絕不僅僅只體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)的抗剪中，更為重要明顯的問題出在建筑整體的抗彎曲和變形上。在低層建筑與高層建筑的結(jié)構(gòu)受力方面一直存在很大的差異，設(shè)計(jì)中尤其需要注意這一問題，其中的共振、水平側(cè)向位移或是剪重等等也是不可忽視的問題之一，設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)時應(yīng)綜合考慮并研究其受力分析。

三、優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的措施

1、重視建筑的概念設(shè)計(jì)

概念形成是人們從感性到理性的升華，反映了人們對事物的客觀認(rèn)識。而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師在必須掌握基本的概念設(shè)計(jì)，因?yàn)橹挥姓_的概念設(shè)計(jì)才能設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)合理、構(gòu)件平衡、安全經(jīng)濟(jì)的建筑，這一概念是工程設(shè)計(jì)的基本思想并被貫穿于設(shè)計(jì)的整個過程。設(shè)計(jì)師運(yùn)用自己深厚的設(shè)計(jì)理論及自身積累的經(jīng)驗(yàn)，形成自己的設(shè)計(jì)概念，并運(yùn)用這一概念完成高水平的設(shè)計(jì)工程。是以概念設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)師應(yīng)具備的水平之一。

2、加強(qiáng)抗震設(shè)計(jì)的理念

總所周知，對于高層建筑而言，除了需要承受建筑物本身的垂直負(fù)荷之外，還需要承受相當(dāng)?shù)膫?cè)向風(fēng)負(fù)載以及地震的沖擊，顯然后一種更為重要。而在高層建筑中不同高度在抗側(cè)力方面的強(qiáng)度也不盡相同，這就導(dǎo)致了薄弱層面的出現(xiàn)，這在設(shè)計(jì)中應(yīng)要盡量避免或是減弱。目前，在我國的建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中，對于抗震有著兩個階段的設(shè)計(jì)方式，以求提高建筑的抗震能力。在第一個階段中，設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)時要充分運(yùn)用地震參數(shù)對建筑結(jié)構(gòu)在彈性的狀況下產(chǎn)生的地震效應(yīng)等進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算。而在第二個設(shè)計(jì)階段中，則采用相應(yīng)的地震參數(shù)計(jì)算建筑的薄弱樓層，然后對薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行側(cè)向位移或者是轉(zhuǎn)角處理，但得使設(shè)計(jì)要小于規(guī)定的限值，這樣才能在不影響建筑本身的情況下盡量減弱薄弱層的影響。

3、綜合考慮優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)建筑時要考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的幾種優(yōu)化方案，并同時綜合考慮各方面的外界和內(nèi)部因素。內(nèi)部因素包括各個構(gòu)件的可能承受的受力負(fù)載，特別是高層建筑需要重點(diǎn)考慮其豎向方面的受力承受，采取那種結(jié)構(gòu)體系更為合理，但也要遵循經(jīng)濟(jì)的原則，而水平受力方面則要考慮建筑的抗倒塌等能力，外界因素則要考慮建筑所在地方的平常風(fēng)力，抗震以及溫度應(yīng)力等等，綜合各個方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)地基時，應(yīng)理論結(jié)合自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)綜合設(shè)計(jì)，同時預(yù)測可能出現(xiàn)的各種問題，并分析提出一定的解決措施。在對建筑的受力等進(jìn)行計(jì)算時要記住“強(qiáng)柱弱粱、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)壓弱拉”的這一原則,切不能憑自己的想象隨意增加建筑的配筋量，而要仔細(xì)考慮構(gòu)件本身的各項(xiàng)性能，對于建筑的薄弱環(huán)節(jié)重點(diǎn)關(guān)注，盡量減少危害發(fā)生的可能。同時也要對建筑的組成材料考慮溫度應(yīng)力的問題，對于鋼筋等材料而言，溫度具有一定的影響。總而言之，在設(shè)計(jì)過程中，從建筑結(jié)構(gòu)選型、設(shè)計(jì)布置以及相關(guān)的計(jì)算過程，都要綜合考慮每個可能出現(xiàn)的因素及問題，最好進(jìn)行一下建筑受力極限驗(yàn)算，這樣才能保證該設(shè)計(jì)方案的可行性與安全性。

總而言之，高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)相當(dāng)繁重的任務(wù)，設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)時在設(shè)計(jì)時應(yīng)考慮的問題很多，需充分應(yīng)用自己的理論知識，結(jié)合自己多年豐富的經(jīng)驗(yàn)，按照需求，科學(xué)的計(jì)算設(shè)計(jì)出符合的建筑，并對其進(jìn)行一定優(yōu)化完善，保證建筑的安全與經(jīng)濟(jì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]李志；高層建筑抗震設(shè)計(jì)分析[J]；中外建筑；2010年

篇(3)

關(guān)鍵詞: 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)；基本要求；設(shè)計(jì)方案；高層建筑

中圖分類號：S611 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

引言

根據(jù)現(xiàn)在建筑發(fā)展形勢上來看，高層建筑在所占于建筑類型中的比例是會越來越多。理論上來講，當(dāng)土地的面積基本固定，而隨著現(xiàn)在社會人口的不斷增長速度過快，這樣就必然要求人類居住位置的發(fā)展。從現(xiàn)在的建筑水平上來講，建筑高層和超高層住宅都是以后整個建筑行業(yè)的重點(diǎn)。隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，高層建筑如雨后春筍般建立在全國各地。所以，高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵性要就顯得更加的重要。所謂結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，也就是指工程結(jié)構(gòu)在滿足約束的條件下應(yīng)按預(yù)定目標(biāo)求出最優(yōu)方案的設(shè)計(jì)方法。如何做好結(jié)構(gòu)優(yōu)化: 首先，就要選擇合理的結(jié)構(gòu)方案，才能決定整個設(shè)計(jì)的好壞成敗。因此對于建筑設(shè)計(jì)方案而言，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并不是唯一的，不同的方案都是會導(dǎo)致工程質(zhì)量和工程造價的差別很大。其次，在進(jìn)行正確的結(jié)構(gòu)計(jì)算，一體化計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的程序應(yīng)用與完善，幫助結(jié)構(gòu)工程師可以更輕松的進(jìn)行計(jì)算分析，才能使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加的經(jīng)濟(jì)以及合理。

1 高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求

1) 為了耐久性和安全性要求。住宅是實(shí)行商品化后，就為住戶的耐用消費(fèi)品，才能使用的壽命長是區(qū)別其他消費(fèi)品的最大特點(diǎn)。所以結(jié)構(gòu)耐久性與安全性是住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的基本要求。結(jié)構(gòu)體系的選擇以及材料的選用，都是有利于抗風(fēng)與抗震，以及使用壽命期間改造維修的可能性。

2) 為了更加舒適性的要求。建筑設(shè)計(jì)要為住戶的起居舒適性的要求提供條件，例如，多種戶型要靈活分隔室內(nèi)的空間，人居的熱光聲環(huán)境等各種要求，給居住的人創(chuàng)造一個舒適的環(huán)境。結(jié)構(gòu)方案還要考慮到住戶在日后改變分隔空間的可能性，當(dāng)使用剪力墻結(jié)構(gòu)時候，應(yīng)使用大開間的布置。

3)經(jīng)濟(jì)上的要求。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時要按照房屋的建造地點(diǎn)、層數(shù)多少、平立面體形，在耐久性與安全性以及舒適性要求下應(yīng)使用經(jīng)濟(jì)又合理的結(jié)構(gòu)體系，在構(gòu)件設(shè)計(jì)中必須要精打細(xì)算，要嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范構(gòu)造要求，注意避免那些沒必要的鋪張浪費(fèi)。尤其是在地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中要加的注意此方案的經(jīng)濟(jì)比較，因?yàn)榈鼗A(chǔ)的設(shè)計(jì)方案是否合理對房屋造價非常重要。

2 高層建筑中的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

1) 高層建筑結(jié)構(gòu)時間性折減系數(shù)。房屋的框架結(jié)構(gòu)與頂蓋等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，因?yàn)樘畛鋲w存在使結(jié)構(gòu)實(shí)際所表現(xiàn)剛度大于設(shè)計(jì)的計(jì)算剛度，計(jì)算周期也就會大于實(shí)際周期，所以當(dāng)算出結(jié)構(gòu)剪力偏小時，會使房屋的出現(xiàn)結(jié)構(gòu)不安全，而應(yīng)該對房屋結(jié)構(gòu)計(jì)算周期適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行折減，這樣就可以達(dá)到更好的效果，但是對于房屋框架結(jié)構(gòu)，計(jì)算的周期不宜折減或折減系數(shù)取小。

2) 高層結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在以前很多混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，大部分都沒有充分考慮到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)耐久性，也就是確保高層建成之后，在合理使用期限內(nèi)，可以滿足用戶正常使用要求。但是很多的設(shè)計(jì)都無法達(dá)到，所以就造成此現(xiàn)象的根本原因就是沒有充分考慮到建筑結(jié)構(gòu)在使用的過程中，由于遭受條件和使用環(huán)境變化最終造成房屋結(jié)構(gòu)損傷，引起房屋可靠度指數(shù)下降。對于那些建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來說，低造價與省材料設(shè)計(jì)都是沒有滿意的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，但隨著現(xiàn)代人們生活水平的提高和在實(shí)際工程中，有時在其他使用要求或技術(shù)指標(biāo)上升為設(shè)計(jì)主要矛盾時，設(shè)計(jì)者們就會放棄對經(jīng)濟(jì)的單純追求。所以當(dāng)選以高層混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化為設(shè)計(jì)的主要目的時，就要根據(jù)設(shè)計(jì)所要面對的關(guān)鍵性問題，分清主次，選多目標(biāo)或單目標(biāo)來實(shí)施優(yōu)化，達(dá)到滿意的效果。

3) 房屋結(jié)構(gòu)抗震性設(shè)計(jì)。在工程圖紙?jiān)O(shè)計(jì)過程中，房屋結(jié)構(gòu)按抗震設(shè)防分類，房屋抗震等級可根據(jù)房屋高度、烈度以及結(jié)構(gòu)類型按國家《抗震規(guī)范》確定。地震震力振型組合數(shù)據(jù)對建筑應(yīng)當(dāng)不考慮耦聯(lián)扭轉(zhuǎn)計(jì)算; 當(dāng)振型數(shù)大于3 的時候，應(yīng)取3 的整數(shù)倍計(jì)算，但數(shù)據(jù)不能大于建筑物層數(shù); 當(dāng)房屋層數(shù)不大于2 時，振型數(shù)則可取房屋層數(shù)。對于不規(guī)則房屋的結(jié)構(gòu)，應(yīng)考慮扭耦聯(lián)轉(zhuǎn)，對高層房屋建筑來說，振型數(shù)應(yīng)取不小于9; 房屋結(jié)構(gòu)層數(shù)多或房屋結(jié)構(gòu)剛度突變系數(shù)大的話，振型數(shù)則應(yīng)多取，例如結(jié)構(gòu)中含多塔結(jié)構(gòu)或頂部有小塔樓和轉(zhuǎn)換層等，振型數(shù)應(yīng)取不小于12 的數(shù)，但其大小仍不能大于房屋總層數(shù)3 倍，除非其含有彈性定義的樓板，而且采取總剛性分析的時候，振型數(shù)才能夠取的更大。

4) 地下室的層數(shù)處理。多層房屋框架結(jié)構(gòu)房屋一般都設(shè)置地下室結(jié)構(gòu)。由于隔墻較少，故常采用的是板筏基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)計(jì)算時將上部結(jié)構(gòu)與地下層數(shù)結(jié)合在一起，并在圖紙中按實(shí)際的地下室的層數(shù)計(jì)算。如此一來，計(jì)算基礎(chǔ)底板以及地基縱向荷載可一次設(shè)計(jì)完成。同時通過側(cè)層移剛度性系數(shù)比較，可以調(diào)整和判斷房屋相應(yīng)嵌固位置，適當(dāng)加固構(gòu)造措施，保證樓板最小配筋率和厚度。當(dāng)房屋結(jié)構(gòu)縱向不規(guī)則時，要驗(yàn)算其最薄弱層。

5) 合理使用高強(qiáng)鋼筋與高強(qiáng)混凝土。高層建筑的總造價一般都包括框架結(jié)構(gòu)材料、施工和基礎(chǔ)的物料費(fèi)用等，其中用鋼量以及構(gòu)筑件截面積對房屋造價影響較大，故在建筑設(shè)計(jì)中合理使用高強(qiáng)混凝土與高強(qiáng)度鋼筋可有效降低用鋼量，節(jié)約建筑成本。若高層建筑設(shè)計(jì)位于厚軟的地基上，那么由于坐落在地基上的荷載大，合理使用高強(qiáng)鋼筋和高強(qiáng)混凝土來優(yōu)化構(gòu)件的截面積，減輕結(jié)構(gòu)重量，將會顯著降低工程造價及基礎(chǔ)設(shè)施施工難度，取得較好經(jīng)濟(jì)效果。對于震區(qū)的高層樓房來說，地震力作用的大小與建筑物的自重相關(guān)，人為地減輕建筑物的自重，降低結(jié)構(gòu)在地震的荷載，可提高建筑物的安全性。在設(shè)計(jì)中高效地使用高強(qiáng)鋼筋及高強(qiáng)混凝土，能快速有效的縮小梁墻板柱等構(gòu)件截面積，達(dá)到建筑造價目的。

6) 框架梁以及柱箍筋間距。房屋柱箍筋和框架梁等加密區(qū)的最大箍筋以及最小箍筋直徑間距應(yīng)該符合規(guī)定。依據(jù)規(guī)定，工程上取柱箍筋與梁的加密區(qū)最大間距為100 mm 左右，非加密區(qū)箍筋最大的間距為200 mm 左右。通常在柱箍筋和內(nèi)定梁加密區(qū)間距為100 mm 左右，以此為計(jì)算依據(jù)算出加密區(qū)箍筋面積，工程師要依據(jù)規(guī)范確定肢數(shù)與箍筋直徑。而在程序內(nèi)定的條件下，當(dāng)房屋的框架梁跨中有較大的其他荷載或次梁存在而又只有兩肢箍筋情況下，非加密區(qū)箍筋間距應(yīng)采取200 mm 左右，使房屋梁非加密區(qū)的配箍充足，故建議內(nèi)定梁箍筋改為梁非加密區(qū)取200 mm。既可保證梁箍筋加密區(qū)抗剪切能力，同時又增加梁非加密區(qū)抗剪的承載能力，使梁強(qiáng)抗剪性能更加充分體現(xiàn)出來。總之，高層住宅建筑的最終目的是在節(jié)約成本的同時，保證建筑的安全性，適用性以及舒適性，而優(yōu)化設(shè)計(jì)也是長遠(yuǎn)的話題。

參考文獻(xiàn):

［1］ 陳陽顯． 淺析高層建筑中混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］． 價值工程，2010( 27) : 89-92．

篇(4)

[關(guān)鍵詞]:高層建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);優(yōu)化設(shè)計(jì)

0前言

高層建筑是隨著社會生產(chǎn)的發(fā)展和人們生活的需要而發(fā)展起來的,是城市和工商業(yè)發(fā)展的結(jié)果,而建筑技術(shù)的進(jìn)步,輕質(zhì)高強(qiáng)材料的出現(xiàn)以及機(jī)械化、電氣化、計(jì)算機(jī)在建筑中的應(yīng)用,又為高層建筑的發(fā)展提供了物質(zhì)和技術(shù)基礎(chǔ)。

1高層建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展

1．1鋼筋混凝土材料重新得到重視。與鋼結(jié)構(gòu)相比,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有整體性好、剛度大、位移小、舒適度佳、耐腐蝕、耐高溫、耐火、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。此外,即使是在美、日等鋼鐵工業(yè)發(fā)達(dá)的國家,鋼筋混凝土造價還是低于鋼結(jié)構(gòu)。我國的高層建筑中,絕大部分為鋼筋混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu),只有少數(shù)采用了鋼結(jié)構(gòu)。輕混凝土、高強(qiáng)混凝土、鋼管混凝土、型鋼混凝土等理論技術(shù)已經(jīng)成熟,而非金屬配筋、新型預(yù)應(yīng)力鋼棒等混凝土增強(qiáng)材料技術(shù)的不斷發(fā)展,也為鋼筋混凝土材料的重新崛起提供了條件。

1．2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、動力工作性能,而且能大量節(jié)約鋼材、降低工程造價和加快施工進(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、交通等部門的建筑中,并以迅猛的勢頭進(jìn)入了橋梁工程和高層與超高層建筑中。在強(qiáng)震國家日本,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。

1．3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―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,分為框筒體系、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)開始了廣泛的應(yīng)用。

1．4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。智能建筑是通過對建筑物的4個基本要素,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)備管理自動化系統(tǒng)、通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、辦公自動化系統(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安全、舒適的生活、學(xué)習(xí)與工作環(huán)境空間。

2工程優(yōu)化設(shè)計(jì)理論的發(fā)展

2．1工程項(xiàng)目功能優(yōu)化的發(fā)展。在經(jīng)過可行性論證決定了工程項(xiàng)目的任務(wù)、規(guī)模、建設(shè)地點(diǎn)、建設(shè)分期等重大問題之后,就需要考慮工程建設(shè)的總體布局及規(guī)劃,這也是一個重大的決策,直接影響工程的社會和經(jīng)濟(jì)效益、運(yùn)行的功能和對環(huán)境的美學(xué)效應(yīng)。在優(yōu)化整個工程項(xiàng)目的功能時,可以利用價值工程的某些概念和手段來改善現(xiàn)有的方法。

2．2工程設(shè)計(jì)軟科學(xué)的發(fā)展。實(shí)際上,人們在處理事物時都會遇到硬、軟兩種因素。硬因素就是有實(shí)體的物質(zhì)系統(tǒng)中的一些因素;軟因素就是精神意識系統(tǒng)中的一些因素。軟科學(xué)和硬科學(xué)的區(qū)分是相對的,不應(yīng)該也不可能給出截然劃分的界限。目前的工程設(shè)計(jì)主要側(cè)重于力學(xué)分析,具有硬科學(xué)的性質(zhì)。力學(xué)分析只是荷載決定后計(jì)算結(jié)構(gòu)力學(xué)反應(yīng)的一種手段,是工程設(shè)計(jì)所使用的工具之一。在工程設(shè)計(jì)中,更重要的是必須進(jìn)行很多運(yùn)籌、決策和規(guī)劃的工作,所以,工程設(shè)計(jì)應(yīng)該是硬科學(xué)和軟科學(xué)的結(jié)合,這就需要建立全面的、嶄新的工程設(shè)計(jì)理論。在土建工程設(shè)計(jì)的前期,有許多重大的問題需要進(jìn)行科學(xué)的決策,包括工程項(xiàng)目的可行性論證、工程項(xiàng)目的總體規(guī)劃及功能優(yōu)化、結(jié)構(gòu)的造型、結(jié)構(gòu)設(shè)防水平的決策等。所有這些前期的決策工作,其影響都遠(yuǎn)大于目前的以結(jié)構(gòu)計(jì)算為主的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作。

2．3工程結(jié)構(gòu)系統(tǒng)全局優(yōu)化的發(fā)展。各個結(jié)構(gòu)獨(dú)立優(yōu)化和拼湊而成的工程系統(tǒng)并不一定優(yōu)化,只有當(dāng)工程系統(tǒng)中各個結(jié)構(gòu)之間不存在任何橫向約束時,各結(jié)構(gòu)的獨(dú)立優(yōu)化才形成工程系統(tǒng)的優(yōu)化。只有從大系統(tǒng)全局進(jìn)行優(yōu)化,才能真正收到優(yōu)化的效果。

2．4工程項(xiàng)目全壽命優(yōu)化的發(fā)展。以往的優(yōu)化設(shè)計(jì)理論針對的都是具體的結(jié)構(gòu),而在工程實(shí)際中,一般都是整個工程大系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題,其由眾多子系統(tǒng)或者結(jié)構(gòu)組成,具有高維數(shù)、多目標(biāo)、變量種類多、約束耦合復(fù)雜等難點(diǎn),故其子系統(tǒng)的獨(dú)立優(yōu)化并不能帶來整個大系統(tǒng)的優(yōu)化方法。實(shí)際的工程系統(tǒng)優(yōu)化模型往往預(yù)先不知道,需要通過子系統(tǒng)或者結(jié)構(gòu)的具體優(yōu)化模型來構(gòu)造大系統(tǒng)的全局優(yōu)化模型。工程的全系統(tǒng)全壽命優(yōu)化就是考慮了工程系統(tǒng)中的動態(tài)可靠度與模糊因素,在各個階段的優(yōu)化中都應(yīng)該以工程項(xiàng)目的全局作為優(yōu)化對象,而各個單元的優(yōu)化必須在總體全局優(yōu)化的指導(dǎo)下進(jìn)行。

3 設(shè)計(jì)中存在的問題

3．1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,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)件截面只要通過計(jì)算結(jié)果滿足規(guī)范即可,認(rèn)為上部結(jié)構(gòu)相對下部結(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。

3．2離散變量優(yōu)化問題。建筑物尺寸以及鋼筋、型鋼規(guī)格型號等都不是連續(xù)變化的,因此,傳統(tǒng)的優(yōu)化方法,如各種梯度算法、對偶算法等解析算法均無法勝任。而且,由于問題的規(guī)模較大,隨之帶來的計(jì)算量急劇增加的“組合爆炸”問題也會使計(jì)算量急劇增加。

3．3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最優(yōu)解。而且,目前尚沒有實(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)化并不是簡單的幾次嘗試就能達(dá)到效果的,因此,無論是機(jī)時,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。

4高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

4．1對高層建筑結(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,也就是一般所說的間接優(yōu)化方法來優(yōu)化。高層建筑結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化只能采用直接優(yōu)化法來解決,即給目標(biāo)函數(shù)中變量以已知值,經(jīng)過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)。

4．2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)展起來的,是結(jié)構(gòu)優(yōu)化中最簡單、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達(dá)到臨界值。

4．3利用滿應(yīng)力設(shè)計(jì)法進(jìn)行高層建筑的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)要遵循以下步驟:首先,要根據(jù)常規(guī)做法和經(jīng)驗(yàn)確定結(jié)構(gòu)構(gòu)件的初始截面尺寸,并按構(gòu)件分類分別建立柱、墻、梁可供選擇截面尺寸的數(shù)據(jù)庫;其次,要對結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行力學(xué)分析,算出各工況下結(jié)構(gòu)的位移及內(nèi)力,并對結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行承載力計(jì)算;再次,要根據(jù)計(jì)算結(jié)果,對構(gòu)件截面尺寸進(jìn)行調(diào)整,在滿足位移條件的前提下,盡量充分發(fā)揮構(gòu)件材料的性能,即按規(guī)范計(jì)算使其接近滿應(yīng)力狀態(tài),但截面選擇應(yīng)在指定的數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行,并統(tǒng)計(jì)截面需修改的個數(shù); 然后,根據(jù)修改截面的數(shù)量、性質(zhì),由人工干預(yù)決定或指定一個限值自動決定是否重新計(jì)算,即返回到第二步計(jì)算,如此循環(huán)反復(fù),直到滿足要求為止;最后,輸出最后優(yōu)化的構(gòu)件截面尺寸及計(jì)算結(jié)果。

篇(5)

關(guān)鍵詞：高層住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

Abstract: this paper introduces the structure of the high-rise residential buildings design principle, analyzes the high-rise building structure optimization design status, emphatically summarized the high-rise residential building structure optimization design method.

Keywords: high-rise residential building design

中圖分類號：S611文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

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)市場競爭中求得生存與發(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, 開發(fā)商為有利可圖, 要求投入少, 經(jīng)濟(jì)效益好,購房者則要求房屋設(shè)計(jì)布局好, 外觀美, 房價適中, 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)方案合理與否對房屋造價至關(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)簡潔明快, 隔聲較好,給居住者創(chuàng)造一個幽靜舒適的環(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, 宜采用大開間布置。

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)件截面只要通過計(jì)算結(jié)果滿足規(guī)范即可, 認(rèn)為上部結(jié)構(gòu)相對下部結(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最優(yōu)解。,目前尚沒有實(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)化并不是簡單的幾次嘗試就能達(dá)到效果的,因此,無論是機(jī)時,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級高度鋼筋混凝土高層建筑其平面布置宜簡單、規(guī)則、對稱、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, 力爭均勻?qū)ΨQ, 減少扭轉(zhuǎn)影響。結(jié)構(gòu)剛度不對稱也會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)。所以在布置剪力墻時, 應(yīng)使結(jié)構(gòu)均勻分布, 令荷載合力作用線通過結(jié)構(gòu)剛度中心, 以減少扭轉(zhuǎn)影響。結(jié)構(gòu)剛度不對稱產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)時, 通過增加墻厚來調(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。剪力墻的長度對其剛度影響很大。首先分析哪部分結(jié)構(gòu)剛度大, 哪部分結(jié)構(gòu)剛度小, 增大剛度對結(jié)構(gòu)有利, 還是減小剛度對結(jié)構(gòu)有利, 通過增減剪力墻達(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與平動為主的第一自振周期 T1之比, A級高度高層建筑不應(yīng)大于 0、9。扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)振動的主方向, 可通過計(jì)算振型方向因子來判斷, 在兩個平動和一個轉(zhuǎn)動構(gòu)成的三個方向因子中, 當(dāng)轉(zhuǎn)動方向因子大于0、5時, 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, 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。采用中國建筑科學(xué)研究院編制的 JCCAD軟件, 用有限元法對不同基礎(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。角部墻體開洞, 與角部墻體不開洞的剪力墻結(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, 角部墻體開洞的剪力墻結(jié)構(gòu)其外墻內(nèi)力明顯增大。開洞的角部各構(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)算時可按一般梁計(jì)算。通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)來降低工程造價是控制工程

總之，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)沒有絕對最佳的標(biāo)準(zhǔn)模式, 只有通過不斷地探索、比較,去尋求相對的最優(yōu)。因此我們每一個結(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)主和社會設(shè)計(jì)出更好的建筑。

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篇(6)

關(guān)鍵詞：高層住宅 特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類號：TU318 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展和人民生活的迅速提高。業(yè)主及建筑師的創(chuàng)新藝術(shù)使得鋼筋混凝土高層建筑發(fā)展被廣泛應(yīng)用。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)給工程設(shè)計(jì)人員提出了更高的要求，各方面需要注意的問題都應(yīng)考慮到。本文高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分別從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)、 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的要求措施進(jìn)行探討。

一、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與低層、多層建筑結(jié)構(gòu)相比較， 結(jié)構(gòu)專業(yè)在各專業(yè)中占有更重要的位置。不同結(jié)構(gòu)體系的選擇，直接關(guān)系到建筑平面的布置、立面體形、樓層高度、機(jī)電管道的設(shè)置、施工技術(shù)的要求、施工工期長短和投資造價的高低等。其主要特點(diǎn)有：

1、水平力是設(shè)計(jì)主要因素。在低層和多層房屋結(jié)構(gòu)中，往往是以重力為代表的豎向荷載控制著結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。而在高層建筑中盡管豎向荷載仍對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)生重要影響，但水平荷載卻起著決定性作用。建筑自重和樓面使用荷載在豎向構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅與建筑高度的一次方成正比；而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩、以及由此在豎向構(gòu)件中所引起的軸力是與建筑高度的兩次方成正比；另一方面，對一定高度建筑來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風(fēng)荷載和地震作用，其數(shù)值是隨著結(jié)構(gòu)動力性的不同而有較大的變化。

2、 側(cè)移成為控制指標(biāo)。與較低樓房不同， 結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵因素。隨著樓房高度的增加，水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形迅速增大，因而結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的側(cè)移應(yīng)被控制在某一限度之內(nèi)。

3、抗震設(shè)計(jì)要求更高。有抗震設(shè)防的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，除要考慮正常使用時的豎向荷載、風(fēng)荷載外，還必須使結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能，做到小震不壞、大震不倒。

4、軸向變形不容忽視。高層建筑中，豎向荷載數(shù)值很大，能夠在柱中引起較大的軸向變形，從而會對連續(xù)梁彎矩產(chǎn)生影響，造成連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小，跨中正彎矩之和端支座負(fù)彎矩值增大；還會對預(yù)制構(gòu)件的下料長度產(chǎn)生影響，要求根據(jù)軸向變形計(jì)算值，對下料長度進(jìn)行調(diào)整；另外對構(gòu)件剪力和側(cè)移產(chǎn)生影響，與考慮構(gòu)件豎向變形比較，會得出偏于不安壘的結(jié)果。

5、結(jié)構(gòu)延性是重要設(shè)計(jì)指標(biāo)。相對于較低樓房而言，高樓結(jié)構(gòu)更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使結(jié)構(gòu)在進(jìn)入塑性變形階段后仍具有較強(qiáng)的變形能力，避免倒塌，特別需要在構(gòu)造上采取恰當(dāng)?shù)拇胧瑏肀ＷC結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。

二、高層建筑中的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

所謂結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，就是指工程結(jié)構(gòu)在滿足約束條件下按預(yù)定目標(biāo)求出最優(yōu)方案的設(shè)計(jì)方法。如何做好結(jié)構(gòu)優(yōu)化：首先，要選擇合理的結(jié)構(gòu)方案，其決定了整個設(shè)計(jì)的好壞成敗。因?yàn)閷ν粋€建筑設(shè)計(jì)方案而言，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不是唯一的，不同方案會使工程質(zhì)量和工程造價產(chǎn)生很大差別。其次，進(jìn)行正確的結(jié)構(gòu)計(jì)算，一體化計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)程序的應(yīng)用和完善，幫助結(jié)構(gòu)工程師能越來越輕松的進(jìn)行計(jì)算分析，使得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加經(jīng)濟(jì)和合理。再次，要提高材料的利用率，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的就是花盡可能少的錢，做最安全適用建筑，這就要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時對材料選用要合理，利用要充分。還有，要正確合理的運(yùn)用和理解《規(guī)范》，其是我們設(shè)計(jì)中必須遵循的標(biāo)準(zhǔn)，是國家技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策，科技水平以及工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)。

1、房屋結(jié)構(gòu)周期性折減系數(shù)。房屋框架結(jié)構(gòu)和頂蓋等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，因?yàn)樘畛鋲w存在使結(jié)構(gòu)實(shí)際表現(xiàn)剛度大于設(shè)計(jì)計(jì)算剛度，計(jì)算周期也會大于實(shí)際周期，所以當(dāng)算出結(jié)構(gòu)剪力偏

小時，會使房屋的某些結(jié)構(gòu)不安全，而應(yīng)該對房屋結(jié)構(gòu)計(jì)算周期適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行折減，這樣能達(dá)到很好的效果，但是對于房屋框架結(jié)構(gòu)，計(jì)算的周期不宜折減或折減系數(shù)取小。

2、耐久性的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在之前大部分混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案中，很多沒有充分考慮到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)耐久性，也就是保證高層建成之后，在合理使用期限內(nèi)，要能滿足用戶正常使用要求。但是很多的設(shè)計(jì)未能達(dá)到，造成此現(xiàn)象的根本原因是沒有充分考慮到建筑結(jié)構(gòu)在使用的過程中，由于遭受條件和使用環(huán)境變化最終造成房屋結(jié)構(gòu)損傷，引起房屋可靠度指數(shù)下降。對一般高層混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來說，低造價和省材料設(shè)計(jì)都應(yīng)為滿意的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，但隨著人們生活水平的提高和在實(shí)際工程中，有時在其他使用要求或技術(shù)指標(biāo)上升為設(shè)計(jì)主要矛盾時，設(shè)計(jì)者們就要放棄對經(jīng)濟(jì)的單純追求。所以當(dāng)選以高層混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化為設(shè)計(jì)的主要目的時，就應(yīng)依據(jù)設(shè)計(jì)所要面對的關(guān)鍵性問題，分清主次，選多目標(biāo)或單目標(biāo)來實(shí)施優(yōu)化，達(dá)到滿意效果。

3、房屋結(jié)構(gòu)抗震性設(shè)計(jì)。在工程圖紙?jiān)O(shè)計(jì)過程中，房屋結(jié)構(gòu)按抗震設(shè)防分類，房屋抗震等級可根據(jù)房屋高度、烈度以及結(jié)構(gòu)類型按國家《抗震規(guī)范》確定。地震震力振型組合數(shù)據(jù)

對建筑應(yīng)當(dāng)不考慮耦聯(lián)扭轉(zhuǎn)計(jì)算；當(dāng)振型數(shù)大于3的時候，應(yīng)取3的整數(shù)倍計(jì)算，但數(shù)據(jù)不能大于建筑物層數(shù)；當(dāng)房屋層數(shù)不大于2時，振型數(shù)則可取房屋層數(shù)。對于不規(guī)則房屋的結(jié)構(gòu)，應(yīng)考慮扭耦聯(lián)轉(zhuǎn)，對高層房屋建筑來說，振型數(shù)應(yīng)取不小于9；房屋結(jié)構(gòu)層數(shù)多或房屋結(jié)構(gòu)剛度突變系數(shù)大的話，振型數(shù)則應(yīng)多取，例如結(jié)構(gòu)中含多塔結(jié)構(gòu)或頂部有小塔樓和轉(zhuǎn)換層等，振型數(shù)應(yīng)取不小于12的數(shù)，但其大小仍不能大于房屋總層數(shù)3倍，除非其含有彈性定義的樓板，而且采取總剛性分析的時候，振型數(shù)才能夠取的更大。

4、地下室的層數(shù)處理。多層房屋框架結(jié)構(gòu)房屋一般都設(shè)置地下室結(jié)構(gòu)。由于隔墻較少，故常采用的是板筏基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)計(jì)算時將上部結(jié)構(gòu)與地下層數(shù)結(jié)合在一起，并在圖紙中按實(shí)際

的地下室的層數(shù)計(jì)算。如此一來，計(jì)算基礎(chǔ)底板以及地基縱向荷載可一次設(shè)計(jì)完成。同時通過側(cè)層移剛度性系數(shù)比較，可以調(diào)整和判斷房屋相應(yīng)嵌固位置，適當(dāng)加固構(gòu)造措施，保證樓板最小配筋率和厚度。當(dāng)房屋結(jié)構(gòu)縱向不規(guī)則時，要驗(yàn)算其最薄弱層。

5、合理使用高強(qiáng)鋼筋與高強(qiáng)混凝土。高層建筑的總造價一般都包括框架結(jié)構(gòu)材料、施工和基礎(chǔ)的物料費(fèi)用等，其中用鋼量以及構(gòu)筑件截面積對房屋造價影響較大，故在建筑設(shè)計(jì)中

合理使用高強(qiáng)混凝土與高強(qiáng)度鋼筋可有效降低用鋼量，節(jié)約建筑成本。若高層建筑設(shè)計(jì)位于厚軟的地基上，那么由于坐落在地基上的荷載大，合理使用高強(qiáng)鋼筋和高強(qiáng)混凝土來優(yōu)化構(gòu)件的截面積，減輕結(jié)構(gòu)重量，將會顯著降低工程造價及基礎(chǔ)設(shè)施施工難度，取得較好經(jīng)濟(jì)效果。對于震區(qū)的高層樓房來說，地震力作用的大小與建筑物的自重相關(guān)，人為地減輕建筑物的自重，降低結(jié)構(gòu)在地震的荷載，可提高建筑物的安全性。在設(shè)計(jì)中高效地使用高強(qiáng)鋼筋及高強(qiáng)混凝土，能快速有效的縮小梁墻板柱等構(gòu)件截面積，達(dá)到建筑造價目的。

6、框架梁以及柱箍筋間距。房屋柱箍筋和框架梁等加密區(qū)的最大箍筋以及最小箍筋直徑間距應(yīng)該符合規(guī)定。依據(jù)規(guī)定，工程上取柱箍筋與梁的加密區(qū)最大間距為100mm左右，非

加密區(qū)箍筋最大的間距為200mm左右。通常在柱箍筋和內(nèi)定梁加密區(qū)間距為100mm左右，以此為計(jì)算依據(jù)算出加密區(qū)箍筋面積，工程師要依據(jù)規(guī)范確定肢數(shù)與箍筋直徑。而在程序內(nèi)定的條件下，當(dāng)房屋的框架梁跨中有較大的其他荷載或次梁存在而又只有兩肢箍筋情況下，非加密區(qū)箍筋間距應(yīng)采取200mm左右，使房屋梁非加密區(qū)的配箍充足，故建議內(nèi)定梁箍筋改為梁非加密區(qū)取200mm。既可保證梁箍筋加密區(qū)抗剪切能力，同時又增加梁非加密區(qū)抗剪的承載能力，使梁強(qiáng)抗剪性能更加充分體現(xiàn)出來。

總之，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)工程師不能僅僅重視結(jié)構(gòu)計(jì)算的準(zhǔn)確性而忽略結(jié)構(gòu)方案的具體實(shí)際情況，應(yīng)作出合理的結(jié)構(gòu)方案選擇。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行具體分析掌握的知識處理實(shí)際建筑設(shè)計(jì)中遇到了各種問題。

參考文獻(xiàn)：

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篇(7)

關(guān)鍵詞：高層住宅；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；優(yōu)化設(shè)計(jì)

Abstract: Nowadays, with the improvement of people's living standard, people's material and cultural level requirements are becoming increasingly strict, such as construction of residential design requirements from simple to meet the needs of people's lives become can provide leisure and entertainment place to live. Therefore, the author mainly for optimization design of the structure of the high-rise residential design were analyzed briefly, and how at the lowest cost, the scientific method of architectural design for a total of, some corresponding suggestions and measures, hope to discuss with you.

Key words: high-rise building; structure design; optimization design

中圖分類號：[TU208.3] 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：2095-2104（2013）

引言

將建筑結(jié)構(gòu)合理的分析會更加有利于高層住宅結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)施，提出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案，目的是在設(shè)計(jì)滿足國家相關(guān)建設(shè)法規(guī)的前提下，提高建筑物的技術(shù)質(zhì)量，降低總成本，使投資利益最大化，并且能保證建筑物抗震性能和安全性。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化是對設(shè)計(jì)再次分析，再次加工的過程。盡量使住宅結(jié)構(gòu)剛度適中、整體結(jié)構(gòu)布局均衡，從而減小構(gòu)件在外力影響下的變形或者破壞，達(dá)到既美觀又兼顧抗震的效果，這是高層住宅結(jié)構(gòu)優(yōu)化的目標(biāo)。

在高層住宅結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，每一道工序都要精心設(shè)計(jì)，做到計(jì)算合理準(zhǔn)確，方案合理可行，本文對設(shè)計(jì)優(yōu)化存在的問題進(jìn)行分析并提出幾點(diǎn)可行建議。

1高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

1.1 住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

多層建筑和高層建筑橫向和豎向的結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)基本原理是相同的，但是建筑高度越高，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)越復(fù)雜，這也是建筑界正在努力解決的問題之一。住宅結(jié)構(gòu)越高，就要求有截面較大的柱子或者墻來承受豎向壓力，這對建筑材料的要求比較高。另外，住宅結(jié)構(gòu)越高，水平力所產(chǎn)生的剪切變形和傾覆力矩就要大得多，而且水平荷載產(chǎn)生的響應(yīng)并不是線性的，而是隨著高度增加而迅速增大。高層建筑與低層建筑結(jié)構(gòu)有著很大差異，需要考慮的因素也很多，例如共振、扭轉(zhuǎn)、水平側(cè)向位移等。

1.2 高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)影響因素

住宅越高，建筑結(jié)構(gòu)的安全性就越來越要重視，設(shè)計(jì)中要考慮的因素也就增多，主要影響因素有水平荷載、側(cè)向位移、結(jié)構(gòu)延性等。

(1)水平荷載。水平荷載包括風(fēng)荷載和地震作用。一般來說，垂直方向的荷載只與樓房高度有關(guān)，但是水平方向的受力情況卻比較復(fù)雜。例如，風(fēng)荷載的大小和建筑物所在地的地貌及周圍環(huán)境有關(guān)，與建筑物本身高度、形狀及表面狀況有關(guān)；地震作用同場地類別及本地區(qū)抗震設(shè)防烈度有關(guān)。所以水平荷載是影響住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要因素。

(2)側(cè)向位移限制和舒適度要求。在正常使用條件下，高層住宅結(jié)構(gòu)處于彈性狀態(tài)并且應(yīng)有足夠的剛度，避免產(chǎn)生過大的位移而影響結(jié)構(gòu)的承載力、穩(wěn)定性和使用條件。過大的側(cè)向位移會使主體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫甚至破壞，會使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加內(nèi)力，會使人不舒服影響正常使用。所以在設(shè)計(jì)的時候，要注意在水平荷載作用下的側(cè)移要控制在要求范圍之內(nèi)。

(3)結(jié)構(gòu)延性。高層住宅建筑在地震作用下允許結(jié)構(gòu)某些部位進(jìn)入屈服狀態(tài)，形成塑性鉸。這時結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性階段，結(jié)構(gòu)可以通過塑性變形耗散地震能量，同時必須保證結(jié)構(gòu)的承載能力，結(jié)構(gòu)不能破壞，這種性能稱為結(jié)構(gòu)延性。延性越好，抗震能力越強(qiáng)，要特別注意在構(gòu)造上采取合適的措施，保證住宅的安全。

2 高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

2.1 選擇設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)方案

進(jìn)行高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化時，首先要進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案的選擇。結(jié)構(gòu)方案的好壞決定了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的好壞，對于同一個建筑設(shè)計(jì)要求，其結(jié)構(gòu)方案往往是不唯一的，但是不同的設(shè)計(jì)方案會影響工程質(zhì)量和工程造價，在設(shè)計(jì)時，一定要選擇合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。

首先，根據(jù)相關(guān)建筑結(jié)構(gòu)規(guī)范的規(guī)定來完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案總體要求，處理好建筑與結(jié)構(gòu)的相互關(guān)系，充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)的最佳受力狀態(tài)，使結(jié)構(gòu)形式盡可能簡單明確，具有足夠的承載力，良好的延性和剛度。其次，要保持結(jié)構(gòu)的安全可靠。應(yīng)該仔細(xì)考慮每一個構(gòu)件，使各個構(gòu)件能夠相互協(xié)調(diào)，發(fā)揮最大功能，保證設(shè)計(jì)目標(biāo)水準(zhǔn)，使結(jié)構(gòu)既經(jīng)濟(jì)又安全。再次，要盡量避免或者減小外力作用下的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。因?yàn)榈挚古まD(zhuǎn)效應(yīng)所需要的材料用量很大，而且結(jié)構(gòu)也會很復(fù)雜，會提高工程造價，不經(jīng)濟(jì)也不實(shí)惠。最后，要積極與建筑專業(yè)進(jìn)行溝通。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者往往對建筑做法和材料不是很了解，在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)方案時，要與建筑師進(jìn)行交流，聽取他們提出的建議，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師要充分理解結(jié)構(gòu)概念，真實(shí)客觀地進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過反復(fù)優(yōu)化、修改，最后設(shè)計(jì)出質(zhì)量最安全，造價最經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)方案。

2.2 設(shè)計(jì)優(yōu)化

在優(yōu)化設(shè)計(jì)時，應(yīng)注意以下幾個方面：

(1)正確認(rèn)識結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的重要性。

現(xiàn)在房地產(chǎn)已經(jīng)是一個大產(chǎn)業(yè)，人們對住宅要求也越來越高，而作為投資方，追求的是利益的最大化，進(jìn)行住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，不但可以有效降低總成本，還可以使建筑結(jié)構(gòu)更美觀安全，更經(jīng)濟(jì)合理的節(jié)省材料，從而降低工程造價。

(2)設(shè)計(jì)方案優(yōu)化。

設(shè)計(jì)時，首先要進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)分析，主要由豎向抗側(cè)力構(gòu)件構(gòu)成，包括框架、剪力墻、筒體等。主要分析他們的受力狀態(tài)，使構(gòu)件充分利用起來。在進(jìn)行計(jì)算分析時，不能盲目地依賴計(jì)算機(jī)，還要結(jié)合工程師的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，選擇合適的計(jì)算參數(shù)，經(jīng)過多次計(jì)算比較，找到最佳參數(shù)值。其次是根據(jù)住宅結(jié)構(gòu)平面，分析豎向荷載和水平荷載，根據(jù)實(shí)際情況，合理布置構(gòu)件，選用合適材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和內(nèi)力分析，根據(jù)分析結(jié)果適當(dāng)調(diào)整結(jié)構(gòu)形式。此外，還要進(jìn)行可行性判斷，對優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行內(nèi)力分析，滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，校驗(yàn)可行性；如果不可行，就要調(diào)整設(shè)計(jì)方案，直到方案可行為止。

(3)地基處理的優(yōu)化。

高層住宅建筑更要注重地基的處理，否則將前功盡棄，在選擇地基時，要選擇地質(zhì)條件不復(fù)雜，容易施工的地質(zhì)，因?yàn)榈刭|(zhì)條件越復(fù)雜，地基處理的造價越高，而選擇相對簡單的地質(zhì)條件，不僅可以降低地基處理的成本，地基安全度也會增加，從而降低工程造價，提高工程性價比。

(4)進(jìn)行建筑材料的優(yōu)化。

優(yōu)化建筑材料目的就是花盡量少的錢，做到經(jīng)濟(jì)安全、符合設(shè)計(jì)要求工程。這就要求在選擇建筑材料時，要合理利用材料性能，根據(jù)不同的需求來選擇不同的材料。實(shí)際上，因材料選擇不當(dāng)造成浪費(fèi)的情況很多，設(shè)計(jì)時，要充分考慮這些因素。

3 結(jié)論

高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化能夠有效降低工程造價，帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益，不僅能讓建筑物安全實(shí)用，又能使其經(jīng)濟(jì)美觀，舒適。所以進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)至關(guān)重要，實(shí)際設(shè)計(jì)中，要結(jié)合實(shí)際情況和具體條件來靈活運(yùn)用設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，實(shí)現(xiàn)住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)既安全又經(jīng)濟(jì)。

參考文獻(xiàn)：

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