對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)中的優(yōu)化設(shè)計(jì)要求研究

1、<p>　　對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)中的優(yōu)化設(shè)計(jì)要求研究</p><p>　　摘要：隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高層建筑如雨后春筍般遍布全國(guó)各地。所以，高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要性就顯得越來越重要。本文從高層建筑設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，進(jìn)而談了對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的優(yōu)化措施。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：高層住宅 特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) </p><p>　　中圖分類號(hào)：TU318 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：

2、A </p><p>　　隨著我國(guó)國(guó)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。 </p><p>　　一、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn) </p><p>　　高層建

3、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(zhǎng)短和投資造價(jià)的高低等。其主要特點(diǎn)有： </p><p>　　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(duì)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

4、。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(duì)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(duì)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(dòng)力性的不同而有較大的變化。 </p><p>　　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

5、。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)。 </p><p>　　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(shí)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。 </p><p>　　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

6、會(huì)對(duì)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(huì)對(duì)預(yù)制構(gòu)件的下料長(zhǎng)度產(chǎn)生影響，要求根據(jù)軸向變形計(jì)算值，對(duì)下料長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)整；另外對(duì)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(huì)得出偏于不安壘的結(jié)果。 </p><p>　　5、結(jié)構(gòu)延性是重要設(shè)計(jì)指標(biāo)。相對(duì)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

7、力，避免倒塌，特別需要在構(gòu)造上采取恰當(dāng)?shù)拇胧?，來保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。 </p><p>　　二、高層建筑中的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案 </p><p>　　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(gè)設(shè)計(jì)的好壞成敗。因?yàn)閷?duì)同一個(gè)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(huì)使工程質(zhì)量和工程造價(jià)產(chǎn)生很大

8、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(shí)對(duì)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?cè)O(shè)計(jì)中必須遵循的標(biāo)準(zhǔn)，是國(guó)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)。 </p><p>　　1

9、、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(huì)大于實(shí)際周期，所以當(dāng)算出結(jié)構(gòu)剪力偏 </p><p>　　小時(shí)，會(huì)使房屋的某些結(jié)構(gòu)不安全，而應(yīng)該對(duì)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(duì)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。 </p><p>　　2、耐久性的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在之前大部分混凝

10、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(duì)一般高層混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來說，低造價(jià)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(shí)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(shí)，

11、設(shè)計(jì)者們就要放棄對(duì)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(shí)，就應(yīng)依據(jù)設(shè)計(jì)所要面對(duì)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。 </p><p>　　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(jí)可根據(jù)房屋高度、烈度以及結(jié)構(gòu)類型按國(guó)家《抗震規(guī)范》確定。地震震力振型組合數(shù)據(jù) </p><p>　　對(duì)建筑應(yīng)當(dāng)不考慮耦

12、聯(lián)扭轉(zhuǎn)計(jì)算；當(dāng)振型數(shù)大于3的時(shí)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(shí)，振型數(shù)則可取房屋層數(shù)。對(duì)于不規(guī)則房屋的結(jié)構(gòu)，應(yīng)考慮扭耦聯(lián)轉(zhuǎn)，對(duì)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(shí)候，振型數(shù)才能夠取的更大

13、。 </p><p>　　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(shí)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 </p><p>　　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(shí)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

14、屋結(jié)構(gòu)縱向不規(guī)則時(shí)，要驗(yàn)算其最薄弱層。 </p><p>　　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(jià)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(duì)房屋造價(jià)影響較大，故在建筑設(shè)計(jì)中 </p><p>　　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

15、凝土來優(yōu)化構(gòu)件的截面積，減輕結(jié)構(gòu)重量，將會(huì)顯著降低工程造價(jià)及基礎(chǔ)設(shè)施施工難度，取得較好經(jīng)濟(jì)效果。對(duì)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(jià)目的。 </p><p>　　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

16、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 </p><p>　　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

17、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(shí)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。 </p><p>　　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(shí)處理實(shí)際建筑設(shè)計(jì)中遇到了各種問題。 </p>&

18、lt;p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　?。?］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(jià)值工程，2010（27）：89-92. </p><p>　?。?］劉珍.高層建筑結(jié)構(gòu)兩級(jí)優(yōu)化算法的實(shí)現(xiàn)［J］.山西建筑，2011，37（2）：36-37. </p><p>　?。?］張曉芬.淺析高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存