高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計論文范本
1高層建筑結(jié)構(gòu)選型設(shè)計
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,完成對平面框架的布置?蚣芙Y(jié)構(gòu)造價低,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)過大,可能會出現(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),在電梯間及建筑外圍布置剪力墻,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)場施工、后期使用、運(yùn)營維護(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號樓、2號樓、3號樓為高層建筑,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號樓為研究對象,1號樓擬建樓層36層,設(shè)防烈度7度,基本風(fēng)壓0.75KN/m2,場地Ⅱ類。建筑對稱布置,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。通過考慮其豎向、水平向荷載、造價施工方面等因素,本工程采用剪力墻結(jié)構(gòu),通過合理布置剪力墻,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
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)體系相對較弱,強(qiáng)度和剛度不足,并且建筑體型不對稱,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。針對文化體育類項(xiàng)目,例如圖書館、博物館,根據(jù)其典藏書籍及文物的特點(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,通過對比分析鋼骨砼柱—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)部凈高高出150~200mm;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
越來越多的'企業(yè)在項(xiàng)目建設(shè)過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)化過程中應(yīng)多方面考慮,對建筑安全、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)計算時,應(yīng)通過軟件分析,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)通過適當(dāng)?shù)目s減剪力墻的長度,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單、規(guī)則為基準(zhǔn),具體的門窗洞口,同樣需要設(shè)計整齊成列,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)剪力墻過長的部分,采用的開設(shè)洞口的方式,完成對剪力墻的均分,再由的弱連梁對他們進(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)計過程中適當(dāng)對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)對窗口梁和陽臺梁等截面進(jìn)行調(diào)整,完成對結(jié)構(gòu)剛度及位移的微整,是結(jié)構(gòu)布置更合理。針對高層建筑的結(jié)構(gòu)選型設(shè)計的基本情況,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。
3結(jié)束語
高層建筑提升空間利用效率,高層建的結(jié)構(gòu)選型及優(yōu)化設(shè)計使高層建筑整體更安全穩(wěn)定、空間更合理,本次研究還得到:①高層建筑結(jié)構(gòu)主要框架結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)-剪力墻、剪力墻、筒體結(jié)構(gòu)等,且結(jié)合工程的具體情況,充分分析荷載、場地、周邊環(huán)境,選取合適的結(jié)構(gòu)體系;②通過分析不同建筑類型、高度、荷載情況下優(yōu)化方案及具體的高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化情況,總結(jié)出結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法,保證結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化能高出建筑基本需求,同時能保障高層建筑安全與質(zhì)量,更加經(jīng)濟(jì)合理。
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