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高层建筑结构设计优化的方法和作用

文章出处:http://www.fyjianliqiang.com 作者:方圆模具 人气:发表时间:2020-08-24

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  高层建筑结构设计优化的方法和作用

  刘科

  广西骋润置地有限公司530022

  摘要:建筑结构设计的最终目的就是技术而经济地建设工程项目,建筑结构设计在很大程度上影响着工程造价、工程质量和工程进度,通过建筑结构设计优化可以提高建筑结构设计产品的品质,达到安全耐久性和经济性的统一。本文结合建筑结构设计的相关理论,研究了高层建筑结构中结构选型、基础选型等方面的优化设计方法。

  关键词:高层建筑;结构设计优化;方法;作用
 

高层建筑结构设计


  前言

  建筑结构设计优化是指在满足各种规范或某些特定要求的条件下,使建筑结构的某种指标(如重量、造价、刚度等)为最佳的设计方法。也就是要在所有可用方案和做法中,按某一目标选出最优的方法。设计优化在一定程度上意味着对常规的突破,但结构的设计优化并不以牺牲安全来求得经济效益。结构设计优化是以深厚的理论基础、丰富的工程经验为前提;以对设计规范实质内涵的理解和灵活运用为指导;以先进的结构分析设计方法为手段对结构设计进行深化、调整、改善与提高,也就是对结构设计再加工的过程。通过优化可使设计做到少出差错,减少因设计不合理而造成的返工,消除设计安全隐患。同时掌握建筑结构设计要点也是结构设计人员必备的一项基本素质。

  1.高层建筑结构设计优化的作用

  1.1有利于降低建设成本

  业主要降低项目建设的成本,途径之一就是通过设计优化控制造价。如:钢筋占建安总造价比例相当之高,有的甚至高达50%,所以一些业主经常会有一种钢筋过敏性反应。并且由于业主对结构理论、设计规范不熟悉,所以即使由于设计不合理造成用钢量的居高不下,业主也只能听之任之。如果能够对结构理论融会贯通,在立足现有的技术规范的基础上创新工艺,就可以节省多不必要的钢筋。同时对结构的受力和安全无不良影响,甚至优化布置后,结构安全度还会提高[1]。

  1.2有利于整体工程系统优化

  建筑结构优化不仅可以节约用钢量,最重要的是能够对建筑工程进行系统的、整体的优化。优化后的结构不仅更经济,而且安全度更高,工程风险更小,建筑空间和室内使用更合理,甲方工期和设计院工作量也能得到缩减。并且结构通过方案优化、精细化设计剔除无效成本,结构安全储备不一定降低,反而有可能提高。结构破坏总是发生在最薄弱的部位,提高结构安全度应针对这些薄弱部位进行加强。在已经很强、不需要加强的部位再进行加强是没有必要的,因为这些部分即使加强安全储备也不能提高结构整体的安全度,只会增加建设成本。

  2.建筑结构设计优化的方法

  2.1地基基础设计优化思路

  一般传统设计是按照规范进行计算,通过一体化的计算机软件计算绘图,计算出的结果满足规范规程限值的要求就认为设计合格。对于地基基础来说,可以利用概念设计进行设计优化,从而带来经济效益。进行设计优化的步骤大致是:(1)寻找建筑基础设计的内在潜力。如总荷载计算是否合理,是否因为局部性的因素考虑,哪里不够就加强哪里,造成层层加码,只求保险而不重视整体性。根据总荷载对照总桩数,可以看出安全系数取值的大小。

  (2)了解设计思路,判断正确性与合理性,是否局限于照搬规范和依赖计算机程序做习惯性的一体化设计,单纯依赖地质报告推荐的方案做设计,没有经过综合技术经济分析就确定地基基础做法。

  (3)根据地质条件和建筑物的功能,判断基础埋深和地下室设置的合理性,桩的选型和布置是否充分发挥和利用了地下室的作用[2]。

  (4)结合该领域的最新技术成就,提出或推荐新的地基基础方案。与原方案进行对比,听取各方面意见,再把拟推荐的方案加以改进,达到既安全可靠又经济合理。

  (5)用概念设计进行优化,必须协调好各方面的看法,经过详细介绍和讨论各方案的优缺点,达成共识。

  2.2现浇板的设计及优化

  (1)楼板厚度的确定及优化

  现浇楼盖中,板的混凝土用量约占整个楼盖的50%~60%,板厚的取值直接影响自重,对楼盖的经济性也有较大影响。一般情况下,20mm厚楼板自重占标准层总荷载约3.3%,20mm厚楼板增加地震作用约3.3%。厚度增加,荷载加大,梁、墙、基础均会加大,增加成本;对于标准层楼板来讲,当板跨度不大时,板配筋一般由最小配筋率控制,所以楼板厚度的增加反会引起配筋的增大,楼板厚度增大使自重增大对抗震反而不利。因此在满足楼盖刚度和构造要求的前提下,尽量采用较薄的板厚。

  (2)现浇板的配筋及优化

  现浇板的配筋采用HRB400级钢筋较好,不同板厚适宜的钢筋直径:板厚120mm以下的、适宜的钢筋直径为8~12mm;板厚120~150mm以下的、适宜的钢筋直径为10~14mm;板厚150~180mm以下的、适宜的钢筋直径为12~16mm;板厚180~220mm以下的、适宜的钢筋直径为14~18mm;在板未配筋表面布置温度收缩钢筋,配筋率0.15%。

  温度应力钢筋:板厚h一120mm时5@160钢筋网片,板厚h=130mm时5@150钢筋网片;板厚h=140mm时5@140钢筋网片[3]。

  2.3剪力墙位置的优化

  (1)剪力墙布置的一般位置

  平面形状凹凸较大处,是结构的薄弱部位,宜在凸出部分的端部附近布置剪力墙。剪力墙不应设置在墙面开大洞的部位,当墙有洞口时,洞口宜上下对齐。剪力墙应双向布置,形成空间结构,特别是在抗震结构中,不允许单向布置剪力墙,并宜使两个方向刚度接近。剪力墙的抗侧刚度及承载力均较大,为充分利用剪力墙的能力,减轻结构自重,增大剪力墙结构的可利用空间,剪力墙不宜布置太密,使结构具有较为适宜的侧向刚度。

  (2)墙肢应沿高度均匀变化

  剪力墙厚度应沿结构高度均匀变化,不宜采取在上部为控制成本而减少剪力墙设置数量的设计方法,此做法会加大层刚度变化,不利于抗震,同时也不一定经济。宜在结构底部合理设置较厚的剪力墙,厚度随结构高度增加均匀变化,此做法还可以适应底部楼层层高较大的要求,避免为保证墙体稳定性而人为增加墙厚的情况。

  (3)各墙肢轴压比宜接近

  各墙肢的轴压比宜基本接近并尽量靠近相应结构抗震等级轴压比限值。剪力墙受剪承载力较大,绝大多数情况下抗剪不起控制作用,实际工程设计中剪力墙截面可由轴压比控制,以保证剪力墙的延性。控制剪力墙在垂直重力荷载作用下的平均轴压比水平为0.5左右或适当从严,同时各片墙体的轴压比宜尽量均匀,这样可保证各层各片绝大多数剪力墙都均匀受力,处于抗震构造配筋状态。在剪力墙中某些小墙段在垂直重力荷载作用下设计轴压比有可能大于0.6.但不宜大于0.8,此时与之相连的连梁刚度要适当加大。

  3、结语

  总的来说,高层建筑结构设计的首要任务是实现建筑功能的需求,保证其舒适度,使建筑更具有生命力。结构造价在建筑产品中的比重很大,精心设计能带来可观的经济效益,必须引起重视。结构优化设计也是一个非常复杂的过程,在求得了最优方案后,应根据设计经验及具体工程进行合理性分析,解释所得的可靠解,确保既经济又安全。同时结构优化设计是一种近代的、科学的设计方法,优化设计既可以加快设计进度,又能够节省工程造价。但是优化设计的计算工作量却很大,设计工作着不仅要掌握结构设计的专业知识,还应掌握有关的数学基础、程序设计、计算方法等知识,才能更好的做好建筑结构设计优化工作。

  参考文献:

  [1]姚大园.建筑结构设计优化方法及应用[J].江西建材.2014(06).

  [2]闫旭梅.结构设计重要部位问题处理的探讨[J].科技创新导报.2013(34).

  [3]何冬霞.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的实际应用[J].中华民居(下旬刊).2013(10).

本文来源:http://www.fyjianliqiang.com/gongsi/125.html

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