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高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計范文第1篇

關(guān)鍵字：高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化

1 工程概況

某高層建筑設(shè)計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

綜合考慮裙樓部分大空間的設(shè)計使用要求以及主樓部分的抗側(cè)移設(shè)計要求。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)的兩個對角位置，具體厚度根據(jù)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的變形限值，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

本建筑由主樓和裙房兩部分組成。在二者的連接部位需設(shè)置建筑縫?？紤]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．因此二者問需設(shè)置防震縫和沉降縫。對于防震縫。為避免書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困難．本建筑采用“抗”的方法 在結(jié)構(gòu)分析時．將主樓和裙房視為一個整體進(jìn)行抗側(cè)力設(shè)計計算：對于沉降縫，結(jié)合主樓需設(shè)一層地下室的建筑要求，設(shè)計中將主樓基礎(chǔ)設(shè)計成樁基礎(chǔ)。而將裙房基礎(chǔ)設(shè)計成柱下條形基礎(chǔ)，通過兩類基礎(chǔ)的沉降變形計算，相應(yīng)調(diào)整和消除主樓和裙房兩部分的不均勻沉降差。施工時，在主樓和裙房連接部位預(yù)留1.5m寬后澆帶。通過施工手段局部調(diào)整高低兩部分間的沉降差。

1.3 基礎(chǔ)設(shè)計

根據(jù)《工程地質(zhì)勘察報告》提供的場地工程地質(zhì)條件。并考慮主樓和裙房間荷載分布的不均勻性特點,主樓部分結(jié)合地下室的設(shè)計采用深樁筏板基礎(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) 通過修工條形基礎(chǔ)的寬度來調(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)移剛度人、整體性好、抗震能力強的優(yōu)點。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)計就更為復(fù)雜和難以實現(xiàn)。所以，盡管國內(nèi)外學(xué)者對此做過許多有益的嘗試．但框―剪結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計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)的分部優(yōu)化設(shè)計技術(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。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，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。因此框架結(jié)構(gòu)的分郜優(yōu)化設(shè)計實際上是一個迭代、漸進(jìn)的尋優(yōu)過程，計算結(jié)果雖不總能等價于整體優(yōu)化設(shè)計結(jié)果．但通常能給出工程實用的滿意結(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)的實際幾何構(gòu)造特征，計算結(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)計控制內(nèi)力；

(3)截面優(yōu)化設(shè)計：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。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)計結(jié)果，從而構(gòu)成新的優(yōu)化意義上的設(shè)計結(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?？梢赞D(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；

(5)可行性判斷：對優(yōu)化設(shè)計結(jié)果進(jìn)行一次內(nèi)力分析，檢驗其可用性。若整體分析能夠滿足工程設(shè)計要求，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)計結(jié)果。否則需根據(jù)工程經(jīng)驗和結(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)計策略

框―剪結(jié)構(gòu)的設(shè)計主要涉及三個方面的優(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；③ 框架―剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計問題。

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算結(jié)構(gòu)的模糊延性向量和模糊抗震強度、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

剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計主要是結(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)計規(guī)范對結(jié)構(gòu)層問位移和頂點總側(cè)移的限值來控制結(jié)構(gòu)的剛度設(shè)計和延性設(shè)計。

2.2.3 第三階段：框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

設(shè)計準(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。

2.2.4 框―剪結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計步驟

(1)分析結(jié)構(gòu)平面、立面布置特點，根據(jù)工程經(jīng)驗選定剪力墻抗側(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，根據(jù)經(jīng)驗歸并框架結(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)分析計算結(jié)果。檢查結(jié)構(gòu)的層間位移及頂點總位移是否滿足規(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)實際側(cè)移值和規(guī)范限值，若｜且，則轉(zhuǎn)入第6步進(jìn)行計算；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；

(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；

(8)可行性判斷：對優(yōu)化設(shè)計結(jié)果進(jìn)行一次內(nèi)力分析，檢驗其可用性。若整體分析能夠滿足工程設(shè)計要求，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)計結(jié)果。否則需根據(jù)工程經(jīng)驗和結(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。

高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計范文第2篇

關(guān)鍵詞：高層建筑、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計

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

1 工程概況

某項目建筑面積為33819.0m2，地下2層為停車庫，地上1~3層為商業(yè)，4~30 層為住宅，頂部設(shè)有出屋面電梯機房及水箱間，采用框架—剪力墻結(jié)構(gòu)?？拐鹪O(shè)防烈度8度，設(shè)計基本地震加速度為 0.20g，設(shè)計地震分組為第一組，建筑物場地土類別為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?；A(chǔ)型式為樁和承合基礎(chǔ)。采用中國建筑科學(xué)研究院 PKPM 系列軟件進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的計算。

2 結(jié)構(gòu)體系選型

建筑物結(jié)構(gòu)形式的選擇對建筑的使用功能、結(jié)構(gòu)可靠性、建筑的抗震性能、工程造價等具有很大影響。 因而在結(jié)構(gòu)設(shè)計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??；可以很好地適應(yīng)墻體較多、房間面積不大的特點，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廳、餐廳、會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產(chǎn)生很大內(nèi)力及塑性變形，對結(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，其工程造價很不經(jīng)濟。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，又有較大的剛度和較強的抗震能力，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，同時這種結(jié)構(gòu)形式也是較為經(jīng)濟合理的，可有效的控制工程造價。

3 基礎(chǔ)及地基處理的設(shè)計

高層建筑基礎(chǔ)的合理選型與設(shè)計是整個結(jié)構(gòu)設(shè)計中的一個極其重要和非常關(guān)鍵的部分。 基礎(chǔ)的工程造價在高層建筑整個工程造價中所占的比例較高，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，對降低工程造價起著至關(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)計要求，根據(jù)工程地質(zhì)勘察報告，可采取鉆孔灌注樁或預(yù)應(yīng)力管樁。由于場地為自重濕陷性場地，濕陷等級為Ⅱ級（中等），建議首先采用素土擠密樁對濕陷性土層進(jìn)行處理。考慮甲方施工工期緊的情況，經(jīng)過多方經(jīng)濟比較，最終取消了素土擠密樁處理，而是直接采用機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，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)約了施工時間，并減少了素土樁施工費用，而灌注樁所增加的樁長卻很小。本工程樁基承臺此次采用底平，主要是為了使位于地下室的設(shè)備管線埋設(shè)在各個承臺之間的空隙，而不占用建筑面層。這樣可大大減小基坑的開挖深度，減小工程量，從而降低工程造價。

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計

本工程通過抗側(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兩個方向剛度基本接近，兩個方向水平位移均接近規(guī)范限值，結(jié)構(gòu)布置更加經(jīng)濟合理。從承載力方面來看，使框架、剪力墻的作用得到充分的發(fā)揮；從地震作用來看，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采用高強度鋼筋

在滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計承載力要求的前提下,選擇相對造價低的鋼筋方案,可以達(dá)到降低工程造價的目的。大多數(shù)設(shè)計人員一般把重點放在配筋的計算上,往往忽視鋼筋種類的選擇。新Ⅲ級鋼筋是近年來推廣使用的新型鋼筋,它比普通Ⅱ級鋼筋提高強度近 20%，每噸價格增加不超過10%。因此新Ⅲ級鋼筋的選用,在增加鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)強度和建筑物安全儲備的同時,還節(jié)省了用鋼量。另外，鋼筋的連接宜優(yōu)先采用閃光對焊,且普通焊接或電渣壓力焊接比搭接經(jīng)濟。

本工程基礎(chǔ)和梁、柱及板配筋等大部分均采用 HRB400 級鋼筋，HRB400 級鋼筋強度 設(shè)計值與HRB335級鋼筋強度設(shè)計值之比360/300 = 1.2 ; 據(jù)資料統(tǒng)計，用強度高的 HRB400 級鋼筋取代強度低的HRB335級鋼筋可節(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，近年來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)費用，降低土建結(jié)構(gòu)造價。

6結(jié)束語

本文討論的該工程通過以上幾個方面的優(yōu)化設(shè)計，在符合現(xiàn)行國家規(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)濟指標(biāo)，達(dá)到了較佳的設(shè)計效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]建筑抗震設(shè)計規(guī)范（GB50011-2010）[S]．北京 ：中國建筑工業(yè)出版社 ，2010.

[2]建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（GB50009-2001）[S]．北京 ：中國建筑工業(yè)出版社 ，2001.

高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計范文第3篇

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

在工程建設(shè)過程中，建筑功能的實現(xiàn)與工程投資的控制是工程建設(shè)的兩大目標(biāo)。實現(xiàn)投資效益的最大化，是每個投資者追求的投資目標(biāo)。通過對建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，不僅能夠提高建筑物的安全度，并且能夠有效降低工程造價，使建筑產(chǎn)品具有更高的性價比。而進(jìn)行工程投資控制的關(guān)鍵在項目決策和設(shè)計階段，在項目做出投資決策后，其關(guān)鍵就在于設(shè)計階段。在建筑工程的設(shè)計階段，當(dāng)滿足建筑的諸多功能后，工程造價的控制是每個投資者最為關(guān)注的主要內(nèi)容，也自然成為投資者評價設(shè)計質(zhì)量優(yōu)劣、衡量設(shè)計水平、選擇設(shè)計單位的重要標(biāo)準(zhǔn)。為了在日益激烈的設(shè)計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)計產(chǎn)品，提高設(shè)計產(chǎn)品的經(jīng)濟性，已成為每一個設(shè)計單位努力追求的目標(biāo)。

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。

(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)計方法，獲得了十分可觀的經(jīng)濟效益。隨著混凝土強度的提高以及構(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)一步擴大。

(3)智能建筑的發(fā)展異軍突起?，F(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，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

二、設(shè)計中存在的問題

(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)計人員較普遍地認(rèn)為，結(jié)構(gòu)設(shè)計只要結(jié)構(gòu)方案和布置合理，結(jié)構(gòu)又有比較成熟的計算機軟件進(jìn)行分析計算，構(gòu)件截面只要通過計算結(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)濟效益未予以充分的重視。

(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。而目．，由于問題的規(guī)模較大，隨之帶來的計算量急劇增加的“組合爆炸”問題也會使計算量急劇增加。

(3)優(yōu)化的目標(biāo)還不能完全符合工程的需要。由于實際結(jié)構(gòu)問題往往十分復(fù)雜，存在設(shè)計變量多、約束條件多、受建筑功能限制較大等難點，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，目前尚沒有實用的高層建筑優(yōu)化分析軟件，而應(yīng)用現(xiàn)有的各種計算機分析軟件進(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，無論是時間，還是設(shè)計進(jìn)度，都較難允許實施這種優(yōu)化方法。很多高層建筑設(shè)計項目，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

(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)力后的強度計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。

(2)滿應(yīng)力設(shè)計法是在桁架等桿系結(jié)構(gòu)的設(shè)計中發(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)計或體積最小設(shè)計的一個準(zhǔn)則。滿應(yīng)力設(shè)計法是結(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。

(3)利用滿應(yīng)力設(shè)計法進(jìn)行高層建筑的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計要遵循以下步驟：首先，要根據(jù)常規(guī)做法和經(jīng)驗確定結(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)行承載力計算；再次，要根據(jù)計算結(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算，即返回到第二步計算，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)件截面尺寸及計算結(jié)果。

高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計范文第4篇

摘要：

關(guān)鍵詞：高層建筑；剪力墻結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計；分析

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：[TU208.3]文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

引言

高層建筑是社會生產(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)了一個國家的建筑科技和經(jīng)濟發(fā)展水平。隨著經(jīng)濟和社會發(fā)展的需求，以及城市人口密度的持續(xù)增長，高層建筑正逐漸成為城市建筑的發(fā)展趨勢，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)濟性，對剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計研究具有重要的理論和實踐意義。

1、高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計

一幢高層建筑猶如一根豎直放置于嵌固于地基的開孔、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，避免過大的水平位移和振動，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舒適的環(huán)境。

高層建筑結(jié)構(gòu)同時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，并且由于沒有梁、柱等外露與凸出，便于房間內(nèi)部布置。缺點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?、幾層，需要大空間時（如商場、停車庫等）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廳、餐廳、商場等往往設(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），因此對于矩形平面，剪力墻在縱橫雙向均應(yīng)設(shè)置；對于圓形平面，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

一般來說，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，但是如果無限制增大結(jié)構(gòu)的剛度勢必會增加結(jié)構(gòu)的工程造價；如果剛度過大，不僅對結(jié)構(gòu)不利，還會對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利的影響，如：周期太短、層間位移過小等。剪力墻的特點是平面內(nèi)剛度和承載能力較大，而平面外剛度和承載能力相對很小，在做結(jié)構(gòu)優(yōu)化的時候應(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)，并考慮個因素相互制約的影響。剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化是個十分復(fù)雜的問題，影響剪力墻的因素眾多，而各因素又相互制約，因此在對高層建筑優(yōu)化時應(yīng)考慮定量和定型的分析研究。針對工程常見特點，在保證原結(jié)構(gòu)建筑使用功能和規(guī)范要求下對結(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)濟性更加合理。

（3）通過改變剪力墻的數(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，地價猛漲，如何降低工程成本，并取得效益最大化是每個房地產(chǎn)企業(yè)不斷的追求。在考慮建筑結(jié)構(gòu)布置方案時就要考慮對結(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、實用性，還要考慮到結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性。因為如何降低成本、增加利潤是每一個房地產(chǎn)企業(yè)關(guān)注的問題。建設(shè)項目前期的設(shè)計階段（方案設(shè)計、初步設(shè)計、施工圖設(shè)計）影響整個項目投資的可能性在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)計做的并不精細(xì)。通過降低成本以求提高經(jīng)濟效益是房地產(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)項目成本控制的關(guān)鍵。

為了與工程實際情況相符，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。在總造價上，暫不考慮模板及樓板等工程的造價影響。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，優(yōu)化后的方案不僅節(jié)約了業(yè)主的投資費用，更重要的是節(jié)約了資源。

4、結(jié)構(gòu)經(jīng)濟性優(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)抗測力的能力，同時也增大了結(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的高低。因此，設(shè)計者在進(jìn)行剪力墻優(yōu)化布置時應(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)范對結(jié)構(gòu)軸壓比的規(guī)定；③穩(wěn)定性及構(gòu)造性要求?！案咭?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，抗震等級為一、二、三級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%；四級抗震等級剪力墻不應(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的剪力墻結(jié)構(gòu)中應(yīng)該是合理的，但對于短小、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，同時應(yīng)注意避免豎筋過多使墻的抗剪強度小于抗彎強度，對抗震不利。

4.3 減輕結(jié)構(gòu)自重

通過結(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：在考慮樓板的同時也應(yīng)考慮剪力墻的混凝土消耗量最少。擴大剪力墻開間的間距，用輕質(zhì)隔墻替代部分開間的墻體，能有效地降低混凝土用量。如果開間過大，可以在隔墻處

設(shè)置梁來保證減少樓板厚度的實現(xiàn)。由于住宅的開間和進(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

高層建筑投資大,建設(shè)周期長,對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計以期獲得最優(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)濟合理的關(guān)鍵因素，因此對剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化研究具有一定的實際應(yīng)用價值。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。

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高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計范文第5篇

關(guān)鍵詞：高層建筑； 結(jié)構(gòu)； 設(shè)計； 優(yōu)化

1 工程概況

某高層建筑屬綜合建筑。主樓占地面積9383 m2， 總建筑面積19537 m2，主樓高74.8 m， 地面以上19 層、地下1 層， 主樓建筑面積為12091 m2； 裙樓高3 層， 建筑面積為7 646 m2。建筑平面如圖l 所示。

圖1 建筑總平面圖

1.1 結(jié)構(gòu)承重體系設(shè)計

綜合考慮裙樓部分大空間的設(shè)計使用要求，以及主樓部分的抗側(cè)移設(shè)計要求， 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。

1.2 建筑縫的處理設(shè)計

本建筑由主樓和裙房兩部分組成， 在二者的連接部位需設(shè)置建筑縫?？紤]到主樓部分高度較高、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困難， 本建筑采用“抗” 的方法。在結(jié)構(gòu)分析時， 將主樓和裙房視為一個整體進(jìn)行抗側(cè)力設(shè)計計算； 對于沉降縫， 結(jié)合主樓需設(shè)一層地下室的建筑要求， 設(shè)計中將主樓基礎(chǔ)設(shè)計成樁基礎(chǔ)， 而將裙房基礎(chǔ)設(shè)計成柱下條形基礎(chǔ)。

1.3 基礎(chǔ)設(shè)計

根據(jù)《工程地質(zhì)勘察報告》提供的場地工程地質(zhì)條件， 并考慮主樓和裙房間荷載分布的不均勻性特點， 主樓部分結(jié)合地下室的設(shè)計采用深樁筏板基礎(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)， 通過修工條形基礎(chǔ)的寬度來調(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、抗震能力強的優(yōu)點。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)計就更為復(fù)雜和難以實現(xiàn)。

2.1 框架結(jié)構(gòu)的分部優(yōu)化設(shè)計技術(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， 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， 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。鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的分部優(yōu)化設(shè)計方法的具體步驟為：

a ） 初始選型： 根據(jù)結(jié)構(gòu)平面、立面布置及建筑物設(shè)計使用功能， 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。

b ） 結(jié)構(gòu)分析： 按照結(jié)構(gòu)的實際幾何構(gòu)造特征，計算結(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)件來控制截面內(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)計控制內(nèi)力。

c ） 截面優(yōu)化設(shè)計： 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， 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)計結(jié)果， 從而構(gòu)成新的優(yōu)化意義上的設(shè)計結(jié)構(gòu)。

d ） 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b ） 步重新進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析、優(yōu)化設(shè)計。

2.2 框― 剪結(jié)構(gòu)的三階段優(yōu)化設(shè)計策略

框―剪結(jié)構(gòu)的設(shè)計主要涉及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；③框架―剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計。

2.2.1 第一階段： 最優(yōu)設(shè)防水平的優(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算結(jié)構(gòu)的模糊延性向量和模糊抗震強度、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

剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計主要是結(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。根據(jù)高層結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范對結(jié)構(gòu)層間位移和頂點總側(cè)移的限值來控制結(jié)構(gòu)的剛度設(shè)計和延性設(shè)計。

2.2.3 第三階段： 框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計

框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計準(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。

2.2.4 框― 剪結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計步驟

a ） 分析結(jié)構(gòu)平面、立面布置特點， 根據(jù)工程經(jīng)驗選定剪力墻抗側(cè)力構(gòu)件的布置位置及幾何厚度；

b ） 根據(jù)結(jié)構(gòu)使用荷載特點， 根據(jù)經(jīng)驗歸并框架結(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；

c ） 進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)的空間內(nèi)力分析；

d ） 根據(jù)結(jié)構(gòu)分析計算結(jié)果， 檢查結(jié)構(gòu)的層間位移及頂點總位移是否滿足規(guī)范要求， 若滿足規(guī)范要求， 則轉(zhuǎn)入第e ） 步進(jìn)行判斷； 若不滿足規(guī)范要求， 則直接返回第a ） 步， 進(jìn)行剪力墻水平截面面積的修正；

e ） 剛度最優(yōu)化判斷： 比較結(jié)構(gòu)實際側(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f） 步進(jìn)行計算； 否則轉(zhuǎn)入第a ） 步， 并用原剪力墻厚度乘以修正系數(shù)，來修正剪力墻幾何尺寸， 重新進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析；

f ） 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；

g ） 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c ） 步重新進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析、優(yōu)化設(shè)計。