高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的研究

1、<p>　　高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的研究</p><p>　　摘要：當前隨著我國經(jīng)濟穩(wěn)步前進，各地的高層建筑拔地而起，而且結(jié)構(gòu)類型和功能也更加趨向于復(fù)雜化和多樣化，為此，對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化也就提出了更高的要求。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：特點；設(shè)計方法；應(yīng)用；策略 </p><p>　　中圖分類號: TU2文獻標識碼：A </p><

2、p><b>　　1、引言 </b></p><p>　　如今我國人口的繼續(xù)增長，使得建筑物也越來越多，有許多城市的土地資源有限，這樣導(dǎo)致土地價格越來越高，從而導(dǎo)致了建筑商的建筑成本也就越來越高。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計思想是當今國內(nèi)外比較有價值的一種理論系統(tǒng)。運用該理論方法，實現(xiàn)人民對于居住環(huán)境和生活環(huán)境的改善，提高建筑產(chǎn)品的質(zhì)量與品味，滿足小康社會人們對新生活的需求，同時降低工程建筑的造價成本，

3、實現(xiàn)建筑商利潤最大化的目標，這具有適用、經(jīng)濟、實用的價值。 </p><p>　　2、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計特點 </p><p>　　（1）水平荷載成為決定因素 </p><p>　　一方面，因為樓房自重和樓面使用荷載在豎構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)值，僅與樓房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，以及由此在豎構(gòu)件中引起的軸力，是與樓房高度的平方成正比；另

4、一方面，對某一定高度樓房來說，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)值是隨結(jié)構(gòu)動力特性的不同而有較大幅度的變化。 </p><p>　　（2）軸向變形不容忽視 </p><p>　　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)梁中間支座處的負彎矩值減小，跨中正彎矩之和端支座負彎矩值增大。 </p>&l

5、t;p>　　（3）側(cè)移成為控制指標 </p><p>　　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，影響結(jié)構(gòu)安全，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>　?。?）結(jié)構(gòu)延性是重要設(shè)計指標 </p><p>　　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

6、變形更大一些。為了使結(jié)構(gòu)在進入塑性變形階段后仍具有較強的變形能力，避免倒塌，特別需要在構(gòu)造上采取恰當?shù)拇胧?，來保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。 </p><p>　　3、優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法 </p><p>　?。?）建筑模型的優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計方法 </p><p>　　一項大的建筑工程，先設(shè)計建筑模型，那么建筑模型的優(yōu)化是十分必要的。建筑工程的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計主要包括：基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方

7、案的優(yōu)化設(shè)計、圍護結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計、屋蓋系統(tǒng)方案的優(yōu)化設(shè)計和結(jié)構(gòu)細部設(shè)計的優(yōu)化設(shè)計。除此之外，還需要做選型、布置、受力分析、造價分析等內(nèi)容的優(yōu)化設(shè)計。所有這些設(shè)計，都按照一切從實際出發(fā)的原則來進行，根據(jù)工程的具體實際情況，圍繞房屋建筑的綜合經(jīng)濟效益的目標進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，首先要滿足設(shè)計意圖后，盡量使平面布置規(guī)則，縮小剛度和質(zhì)量中心的差異，這樣可以避免水平荷載與建筑物中太大的扭轉(zhuǎn)作用力。在豎直方向上應(yīng)避開使用轉(zhuǎn)換層，減

8、少應(yīng)力集中現(xiàn)象。 </p><p>　　（2）建筑模型的優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計的計算方案 </p><p>　　完成計算方案的設(shè)定后只需編制相應(yīng)適用的運算程序即可得到我們的最終優(yōu)化結(jié)果。然而，結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化涉及到多個變量、多個約束條件，這是屬于一個非線性的優(yōu)化問題，在設(shè)定計算方案時，需要將有約束條件轉(zhuǎn)變?yōu)闊o約束條件來進行計算。建筑工程設(shè)計中常用的方法有Powell算法、拉氏乘子法和符合型等方法。利用

9、這些方法來計算建筑模型的優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。 </p><p>　　4、優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計在實踐中的應(yīng)用 </p><p>　　在設(shè)計好了優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案后，就可以將該理論方法應(yīng)用于實踐之中。結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化，是目前一個比較普遍的課題，要達到利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方法在不改變適用性能的前提下達到降低工程造價的目的，將結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法應(yīng)用于實踐之中，這是我們建筑工程設(shè)計人員所追求的目標。結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化設(shè)計應(yīng)

10、用于項目的整體設(shè)計、前期設(shè)計，舊房改造，抗震設(shè)計等設(shè)計的各分部環(huán)節(jié)，發(fā)揮著巨大的效益。在按照結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的方法及模型進行實踐的過程中，要注意下面的三個方面的問題。 </p><p>　?。?）參與結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的前期工作 </p><p>　　因為前期方案的確定直接影響建筑的總投資，而現(xiàn)在存在的普遍問題就是前期方案階段結(jié)構(gòu)設(shè)計并不進行參與，建筑師進行建筑設(shè)計時大多并不考慮結(jié)構(gòu)的合理性以及它的

11、可行性，但是建筑設(shè)計的結(jié)果卻直接對結(jié)構(gòu)設(shè)計造成影響，某些方案可能會增加結(jié)構(gòu)設(shè)計的難度，并使得建筑的總投資提高。如果在方案的初期，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計就能參與進來，那么我們就能針對不同的建筑類別，選擇合理的結(jié)構(gòu)形式，合理的設(shè)計方案，獲得一個良好的開端。 </p><p>　?。?）將概念設(shè)計和細部結(jié)構(gòu)設(shè)計進行優(yōu)化 </p><p>　　概念設(shè)計應(yīng)用于沒有具體數(shù)值量化的情況，例如地震設(shè)防烈度，因為它的

12、不確定性，計算式難免與現(xiàn)實有較大的差異，在進行設(shè)計的時候就要采用概念設(shè)計的方法，把數(shù)值作為輔助和參考的依據(jù)。設(shè)計過程中需要設(shè)計人員靈活的運用結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的方法，達到最佳的效果。 </p><p>　　（3）地基基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化 </p><p>　　化首先要選擇合適的方案，如果為樁基礎(chǔ)，那么要根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件選擇樁基類型，盡量節(jié)省造價。樁端持力層對灌注樁樁長的選擇影響很大，應(yīng)多進行比較以

13、確定最合適的方案。 </p><p>　　5、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化策略 </p><p>　?。?）抗風(fēng)設(shè)計優(yōu)化策略 </p><p>　　高層建筑的抗風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計可以從四個方面入手：第一，是基礎(chǔ)設(shè)計，既建筑物的根基設(shè)計，堅實的地基基礎(chǔ)是高層建筑物抗風(fēng)能力的有力保證，選用級配較高的砂石，保證回填材料的密實程度，防止水平作用力對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生傾覆性的威脅。第二，是根據(jù)能耗的原

14、理，設(shè)計高層建筑物支撐、剪力墻、梁柱。樓板構(gòu)件等，讓其形成一個減震系統(tǒng)，減耗自然風(fēng)能。第三，提高建筑物的承載力和剛度，也是高層建筑物抗風(fēng)設(shè)計的重要因素，根據(jù)風(fēng)荷載的多變性和復(fù)雜性的特點，筆者認為承載力和風(fēng)荷載務(wù)必經(jīng)過周密計算，并根據(jù)相關(guān)的規(guī)范設(shè)計要求，通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計提高建筑物的抗風(fēng)能力。 </p><p>　　（2）抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化策略 </p><p>　　抗震是每個建筑物必須考慮的

15、重點內(nèi)容，尤其高層建筑物，抗震設(shè)計更加至關(guān)重要，其優(yōu)化設(shè)計的內(nèi)容如下：第一，提高建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的規(guī)則性，合理設(shè)置抗側(cè)力構(gòu)件的位置，以此形成承載力的合理性分布體系，垂直方向需要通過抗側(cè)力構(gòu)件剛度和強度來提高，滿足其連續(xù)和均勻穩(wěn)定性。第二，地基的抗震設(shè)計。地基沉降現(xiàn)象是地震時建筑物結(jié)構(gòu)破壞的最直接原因，當?shù)鼗l(fā)生沉降的時候，建筑物的結(jié)構(gòu)會發(fā)生開裂等破壞，因此，地基施工的時候，必須結(jié)合地震對其的破壞特點，進行針對性設(shè)計。一方面，簡化建筑物的建

16、筑平面，減少陰角的平面布置，將外部形狀和高度存在差異性的建筑物以棟為單位分割，通過施工設(shè)計安排，提高地基的剛度和強度，另一方面則是將樁埋置在一定的深度內(nèi)，將群樁、上部結(jié)構(gòu)重點控制在同一直線上。第三，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計。剪力墻是重要的承重構(gòu)件，剪力墻是用來提高承重結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗側(cè)力的部分，滿足承載力的延續(xù)性和耗能能力，有效的提高抗震承受能力。第四，消防結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化。高層建筑的消防結(jié)構(gòu)設(shè)計目標定位于提高建筑物使用者生命及財產(chǎn)的安全性，防患于未然

17、，提高建筑物的消防功能，對于消防結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化首先應(yīng)該從優(yōu)化防火間距出發(fā)，精確計算建筑物之間的</p><p><b>　　6、結(jié)束語 </b></p><p>　　隨著城市經(jīng)濟水平的不段提高，以及人們對物質(zhì)文化生活需求的不斷提升，人們對于建筑物的關(guān)注不斷從舒適角度出發(fā)，同時要從安全角度出發(fā)，考察設(shè)計者的設(shè)計理念，關(guān)注建筑物的使用性能。 </p><

18、;p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1]肖峻.高層建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計[J].中化建設(shè)，2008（12） </p><p>　　[2].趙西安.現(xiàn)代高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計[M].北京：科學(xué)出版社，2004 </p><p>　　[3]于險峰.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計特點及其體系[J].建筑技術(shù)，2009（24） </p>