高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化探究

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1、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化探究　　摘要：當(dāng)前隨著我國經(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(jì)優(yōu)化也就提出了更高的要求。關(guān)鍵詞：特點(diǎn)；設(shè)計(jì)方法；應(yīng)用；策略中圖分類號:TU2文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A1、引言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(jià)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(jì)思想是當(dāng)今國內(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

2、味，滿足小康社會人們對新生活的需求，同時(shí)降低工程建筑的造價(jià)成本，實(shí)現(xiàn)建筑商利潤最大化的目標(biāo)，這具有適用、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的價(jià)值。2、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)（1）水平荷載成為決定因素7一方面，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。（2）軸向變形不容忽視

3、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(fù)彎矩值減小，跨中正彎矩之和端支座負(fù)彎矩值增大。（3）側(cè)移成為控制指標(biāo)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)。（4）結(jié)構(gòu)延性是重要設(shè)計(jì)指標(biāo)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

4、要在構(gòu)造上采取恰當(dāng)?shù)拇胧?，來保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。3、優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法（1）建筑模型的優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法7一項(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)，首先要滿足

5、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)避開使用轉(zhuǎn)換層，減少應(yīng)力集中現(xiàn)象。（2）建筑模型的優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算方案完成計(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)非線性的優(yōu)化問題，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約束條件來進(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。利用這些方法來計(jì)算建筑模型的優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

6、方案。4、優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在實(shí)踐中的應(yīng)用7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)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)踐的過程中，要注意下面的三個(gè)方面的問題。（1）參與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的前期工作因?yàn)榍捌诜桨傅?/p>

7、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(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)的合理性以及它的可行性，但是建筑設(shè)計(jì)的結(jié)果卻直接對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造成影響，某些方案可能會增加結(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，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(jì)方案，獲得一個(gè)良好的開端。（2）將概念設(shè)計(jì)和細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化概念設(shè)計(jì)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?yàn)樗牟淮_定性，計(jì)算式難免與現(xiàn)實(shí)有較大的差異

8、，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。（3）地基基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化7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(jià)。樁端持力層對灌注樁樁長的選擇影響很大，應(yīng)多進(jìn)行比較以確定最合適的方案。5、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化策略（1）抗風(fēng)設(shè)計(jì)優(yōu)化策