高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的研究

1、<p>　　高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的研究</p><p>　　摘要：當(dāng)前隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步前進(jìn)，各地的高層建筑拔地而起，而且結(jié)構(gòu)類(lèi)型和功能也更加趨向于復(fù)雜化和多樣化，為此，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化也就提出了更高的要求。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：特點(diǎn)；設(shè)計(jì)方法；應(yīng)用；策略 </p><p>　　中圖分類(lèi)號(hào): TU2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A </p><

2、p><b>　　1、引言 </b></p><p>　　如今我國(guó)人口的繼續(xù)增長(zhǎng)，使得建筑物也越來(lái)越多，有許多城市的土地資源有限，這樣導(dǎo)致土地價(jià)格越來(lái)越高，從而導(dǎo)致了建筑商的建筑成本也就越來(lái)越高。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)思想是當(dāng)今國(guó)內(nèi)外比較有價(jià)值的一種理論系統(tǒng)。運(yùn)用該理論方法，實(shí)現(xiàn)人民對(duì)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(mǎn)足小康社會(huì)人們對(duì)新生活的需求，同時(shí)降低工程建筑的造價(jià)成本，

3、實(shí)現(xiàn)建筑商利潤(rùn)最大化的目標(biāo)，這具有適用、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的價(jià)值。 </p><p>　　2、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn) </p><p>　?。?）水平荷載成為決定因素 </p><p>　　一方面，因?yàn)闃欠孔灾睾蜆敲媸褂煤奢d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(duì)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(duì)某一定高度樓房來(lái)說(shuō)，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(dòng)力特性的不同而有較大幅度的變化。 </p><p>　?。?）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(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。 </p>&l

5、t;p>　?。?）側(cè)移成為控制指標(biāo) </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(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，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(jì)指標(biāo) </p><p>　　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

6、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?，?lái)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(jì)方法 </p><p>　?。?）建筑模型的優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 </p><p>　　一項(xiàng)大的建筑工程，先設(shè)計(jì)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(jì)主要包括：基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方

7、案的優(yōu)化設(shè)計(jì)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)、屋蓋系統(tǒng)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計(jì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。除此之外，還需要做選型、布置、受力分析、造價(jià)分析等內(nèi)容的優(yōu)化設(shè)計(jì)。所有這些設(shè)計(jì)，都按照一切從實(shí)際出發(fā)的原則來(lái)進(jìn)行，根據(jù)工程的具體實(shí)際情況，圍繞房屋建筑的綜合經(jīng)濟(jì)效益的目標(biāo)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，首先要滿(mǎn)足設(shè)計(jì)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(kāi)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(jì)的計(jì)算方案 </p><p>　　完成計(jì)算方案的設(shè)定后只需編制相應(yīng)適用的運(yùn)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(jì)的優(yōu)化涉及到多個(gè)變量、多個(gè)約束條件，這是屬于一個(gè)非線(xiàn)性的優(yōu)化問(wèn)題，在設(shè)定計(jì)算方案時(shí)，需要將有約束條件轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)約束條件來(lái)進(jìn)行計(jì)算。建筑工程設(shè)計(jì)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(lái)計(jì)算建筑模型的優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。 </p><p>　　4、優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在實(shí)踐中的應(yīng)用 </p><p>　　在設(shè)計(jì)好了優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案后，就可以將該理論方法應(yīng)用于實(shí)踐之中。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，是目前一個(gè)比較普遍的課題，要達(dá)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(dá)到降低工程造價(jià)的目的，將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法應(yīng)用于實(shí)踐之中，這是我們建筑工程設(shè)計(jì)人員所追求的目標(biāo)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)

10、用于項(xiàng)目的整體設(shè)計(jì)、前期設(shè)計(jì)，舊房改造，抗震設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)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(jì)優(yōu)化的方法及模型進(jìn)行實(shí)踐的過(guò)程中，要注意下面的三個(gè)方面的問(wèn)題。 </p><p>　?。?）參與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的前期工作 </p><p>　　因?yàn)榍捌诜桨傅拇_定直接影響建筑的總投資，而現(xiàn)在存在的普遍問(wèn)題就是前期方案階段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并不進(jìn)行參與，建筑師進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)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(jì)的結(jié)果卻直接對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造成影響，某些方案可能會(huì)增加結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)就能參與進(jìn)來(lái)，那么我們就能針對(duì)不同的建筑類(lèi)別，選擇合理的結(jié)構(gòu)形式，合理的設(shè)計(jì)方案，獲得一個(gè)良好的開(kāi)端。 </p><p>　?。?）將概念設(shè)計(jì)和細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化 </p><p>　　概念設(shè)計(jì)應(yīng)用于沒(méi)有具體數(shù)值量化的情況，例如地震設(shè)防烈度，因?yàn)樗?/p>

12、不確定性，計(jì)算式難免與現(xiàn)實(shí)有較大的差異，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候就要采用概念設(shè)計(jì)的方法，把數(shù)值作為輔助和參考的依據(jù)。設(shè)計(jì)過(guò)程中需要設(shè)計(jì)人員靈活的運(yùn)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法，達(dá)到最佳的效果。 </p><p>　?。?）地基基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(chǎng)地質(zhì)條件選擇樁基類(lèi)型，盡量節(jié)省造價(jià)。樁端持力層對(duì)灌注樁樁長(zhǎng)的選擇影響很大，應(yīng)多進(jìn)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(jì)優(yōu)化策略 </p><p>　?。?）抗風(fēng)設(shè)計(jì)優(yōu)化策略 </p><p>　　高層建筑的抗風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以從四個(gè)方面入手：第一，是基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，既建筑物的根基設(shè)計(jì)，堅(jiān)實(shí)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(jí)配較高的砂石，保證回填材料的密實(shí)程度，防止水平作用力對(duì)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(jì)高層建筑物支撐、剪力墻、梁柱。樓板構(gòu)件等，讓其形成一個(gè)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(jì)的重要因素，根據(jù)風(fēng)荷載的多變性和復(fù)雜性的特點(diǎn)，筆者認(rèn)為承載力和風(fēng)荷載務(wù)必經(jīng)過(guò)周密計(jì)算，并根據(jù)相關(guān)的規(guī)范設(shè)計(jì)要求，通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提高建筑物的抗風(fēng)能力。 </p><p>　　（2）抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化策略 </p><p>　　抗震是每個(gè)建筑物必須考慮的

15、重點(diǎn)內(nèi)容，尤其高層建筑物，抗震設(shè)計(jì)更加至關(guān)重要，其優(yōu)化設(shè)計(jì)的內(nèi)容如下：第一，提高建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(guò)抗側(cè)力構(gòu)件剛度和強(qiáng)度來(lái)提高，滿(mǎn)足其連續(xù)和均勻穩(wěn)定性。第二，地基的抗震設(shè)計(jì)。地基沉降現(xiàn)象是地震時(shí)建筑物結(jié)構(gòu)破壞的最直接原因，當(dāng)?shù)鼗l(fā)生沉降的時(shí)候，建筑物的結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生開(kāi)裂等破壞，因此，地基施工的時(shí)候，必須結(jié)合地震對(duì)其的破壞特點(diǎn)，進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)。一方面，簡(jiǎn)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(guò)施工設(shè)計(jì)安排，提高地基的剛度和強(qiáng)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(diǎn)控制在同一直線(xiàn)上。第三，剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。剪力墻是重要的承重構(gòu)件，剪力墻是用來(lái)提高承重結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗側(cè)力的部分，滿(mǎn)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(jì)的優(yōu)化。高層建筑的消防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目標(biāo)定位于提高建筑物使用者生命及財(cái)產(chǎn)的安全性，防患于未然

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

18、;p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1]肖峻.高層建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)[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(jì)[M].北京：科學(xué)出版社，2004 </p><p>　　[3]于險(xiǎn)峰.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)及其體系[J].建筑技術(shù)，2009（24） </p>