建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

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摘要：高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)是較為常見(jiàn)的材料。在一些超高層建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)用了大礦井的混凝土結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)應(yīng)用后期會(huì)出現(xiàn)位移一級(jí)變形等問(wèn)題。分析高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，了解關(guān)鍵參數(shù)，可以為高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考與支持。

關(guān)鍵詞：高層建筑；混凝土結(jié)構(gòu)；穩(wěn)定性設(shè)計(jì)

混凝土結(jié)構(gòu)是建筑工程中較為常用的結(jié)構(gòu)形式，多數(shù)狀況之下混凝土與鋼筋是主要的材料?；炷两Y(jié)構(gòu)具有較為優(yōu)異的性能，加強(qiáng)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的分析直接影響建筑工程整體質(zhì)量。

1高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)類型分析

高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)主要可以分為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、組合結(jié)構(gòu)以及新型結(jié)構(gòu)、智能建筑結(jié)構(gòu)幾種不同的類型。

1.1鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)主要通過(guò)鋼筋以及混凝土構(gòu)成，通過(guò)鋼筋混凝土建造主要包括了大模板現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)以及薄殼結(jié)構(gòu)、應(yīng)用滑模、升板等相關(guān)構(gòu)造的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，是主要的承重構(gòu)件。此種類型的結(jié)構(gòu)整體性良好，具有耐高溫、位移較小，成本較低以及剛度較大的特征。隨著混凝土增強(qiáng)材料技術(shù)在不斷的發(fā)展，鋼筋混凝土以及鋼混凝土等高強(qiáng)度的混凝土技術(shù)手段在不斷的發(fā)展，在多數(shù)的高層建筑結(jié)構(gòu)中廣泛地應(yīng)用了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

1.2組合結(jié)構(gòu)

組合結(jié)構(gòu)就是鋼筋混凝土組合結(jié)構(gòu)與組合砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)件構(gòu)成。組合結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有一定的差異性。相對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，可以有效地節(jié)約建筑施工需要的成本，其科技含量較高，組合結(jié)構(gòu)中將混凝土填充在結(jié)構(gòu)之中，可以有效地提升整體的承載能力，可以節(jié)省鋼材。組合結(jié)構(gòu)應(yīng)用范圍較為廣泛，在高層建筑結(jié)構(gòu)等諸多行業(yè)中廣泛應(yīng)用。

1.3新型結(jié)構(gòu)

高層建筑結(jié)構(gòu)體系中剪力墻體系以及框架體系是較為常見(jiàn)的類型。新型的結(jié)構(gòu)體系可以分為筒中筒體系、框筒體系以及束筒體系三種類型。相對(duì)于傳統(tǒng)的單片平面結(jié)構(gòu)體系，新型的結(jié)構(gòu)體系中具有較強(qiáng)的抗側(cè)剛度，其承載力更大。在高層建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)用功能較為全面，應(yīng)用范圍較為廣泛。

1.4智能建筑結(jié)構(gòu)

智能化建筑結(jié)構(gòu)在高層建筑中應(yīng)用相對(duì)較少，是一種融合高新技術(shù)產(chǎn)品的建筑結(jié)構(gòu)。在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中，人們的生活水平在不斷地提高，這些建筑結(jié)構(gòu)在不斷地完善，建筑系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)體系以及服務(wù)管理在不斷地完善優(yōu)化，為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了有效的技術(shù)支持。

2高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1項(xiàng)目概述

陜西省某地某25層高層住宅樓建筑設(shè)計(jì)施工中，要綜合建筑結(jié)構(gòu)特征以及實(shí)際狀況合理分析設(shè)計(jì)。建筑結(jié)構(gòu)面積為18998.92m。地上建筑面積約為18308.89m。地下建筑面積約為690.03m。建筑層數(shù)：地上25層建筑結(jié)構(gòu)，地下1層建筑結(jié)構(gòu)。建筑結(jié)構(gòu)的總高度為77.70m。在此住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，要根據(jù)國(guó)家規(guī)范要求與標(biāo)準(zhǔn)，綜合各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)要求合理設(shè)計(jì)分析。在此項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中，要綜合實(shí)際狀況，進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析，科學(xué)合理的選擇分析。

2.2優(yōu)化高層建筑結(jié)構(gòu)選型

2.2.1建筑結(jié)構(gòu)規(guī)則性

新建筑規(guī)范以及舊建筑規(guī)范對(duì)比，針對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)規(guī)則要求對(duì)其進(jìn)行重大的調(diào)整，新建筑規(guī)范限制條件在不斷地完善，其主要包括建筑嵌固端上下層剛度以及平面規(guī)則性等因素。在這種狀況之下，建造師要根據(jù)規(guī)范要求對(duì)其進(jìn)行高層建筑設(shè)計(jì)分析，避免在后續(xù)出現(xiàn)施工問(wèn)題。

2.2.2加強(qiáng)對(duì)建筑超高控制

現(xiàn)階段國(guó)家對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的總高度進(jìn)行了嚴(yán)格的限定，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中在原有A級(jí)限制高度之外也新規(guī)范增加了B級(jí)高度要求。如果建筑高度達(dá)到了B級(jí)以及以上，在設(shè)計(jì)方案以及處理手段上來(lái)說(shuō)均會(huì)出現(xiàn)不同程度的改變，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中要對(duì)其系統(tǒng)分析。

2.3嵌固端位置設(shè)計(jì)

高層建筑一般狀況之下會(huì)添加人防結(jié)構(gòu)以及地下室結(jié)構(gòu)，在人防頂板以及地下室頂板上設(shè)置嵌固端。嵌固端的位置對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生不同程度的影響，在設(shè)計(jì)過(guò)程中如果忽略此問(wèn)題則會(huì)導(dǎo)致高層建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)細(xì)節(jié)問(wèn)題。例如，在嵌固端的上下層剛度設(shè)計(jì)過(guò)程中，要分析限制范圍、嵌固端樓板設(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)縫位置是否協(xié)調(diào)，要分析上下層的抗震等級(jí)是否一致等問(wèn)題，加強(qiáng)細(xì)節(jié)分析與設(shè)計(jì)，合理的大量設(shè)計(jì)變更分析，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)安全結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)分析，合理設(shè)計(jì)。

2.4短肢剪力墻在建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)用

新建筑規(guī)范中要保障短肢剪力墻符合設(shè)計(jì)要求，限制了高層建筑設(shè)計(jì)的短肢剪力墻的應(yīng)用。在設(shè)計(jì)過(guò)程中要避免在高層建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)用短肢剪力墻，避免因?yàn)樵O(shè)計(jì)不規(guī)范導(dǎo)致其出現(xiàn)各種問(wèn)題與不足。

2.5高層建筑結(jié)構(gòu)平面布置分析

在布置高層建筑結(jié)構(gòu)平面圖的時(shí)候要降低扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的影響，同時(shí)要綜合在地震等自然災(zāi)害的影響之下出現(xiàn)的偶然偏心因素，通過(guò)科學(xué)的方式進(jìn)行樓層豎向構(gòu)建層間位移、水平位移的評(píng)估分析，在評(píng)估過(guò)程中要分析建筑結(jié)構(gòu)的層次。在高層建筑為A級(jí)的時(shí)候，位移量要控制在樓層平均數(shù)值的1.2倍范圍之內(nèi)，其最大不得超過(guò)1.5倍，在高層建筑屬于B級(jí)高度以及混合性結(jié)構(gòu)的時(shí)候，位移量最大則要避免高于樓層平均值的1.2倍。

進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)平面設(shè)計(jì)過(guò)程中，要綜合建筑結(jié)構(gòu)的抗震性，保障高層建筑結(jié)構(gòu)布置、平面形狀等符合規(guī)范要求，根據(jù)實(shí)際狀況進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整。避免出現(xiàn)不規(guī)則結(jié)構(gòu)。在一般狀況之下高層建筑無(wú)須設(shè)置防震縫，如果建筑平面的形狀結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，或者無(wú)法調(diào)整建筑結(jié)構(gòu)布置以及平面形狀，就要根據(jù)實(shí)際狀況合理地進(jìn)行防震縫的設(shè)計(jì)分析，通過(guò)防震縫隙進(jìn)行單元結(jié)構(gòu)的劃分處理。

2.6高層建筑結(jié)構(gòu)豎向布置分析

高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)過(guò)程中，豎向結(jié)構(gòu)會(huì)直接影響建筑結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量。高層建筑進(jìn)行豎向設(shè)計(jì)分析過(guò)程中，要保障建筑結(jié)構(gòu)整體的均勻性與規(guī)則性，如果沒(méi)有特殊性的要求，則要避免出現(xiàn)內(nèi)收與外挑的設(shè)計(jì)。要綜合建筑重心以及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等因素，根據(jù)上小下大的基礎(chǔ)原則合理地進(jìn)行建筑豎向結(jié)構(gòu)的合理布置，建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)過(guò)程中要保障其側(cè)向變化的均勻性、緩慢性。

如果建筑結(jié)構(gòu)的豎向結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的不規(guī)則結(jié)構(gòu)，則要對(duì)其系統(tǒng)分析，避免其對(duì)建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性產(chǎn)生不良影響。如果建筑結(jié)構(gòu)的豎向結(jié)構(gòu)為內(nèi)收結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中為了滿足高層建筑的抗震性需求，就要保障樓層的側(cè)向剛不不低于臨近上下樓層的側(cè)向剛度的70%，或者不低于鄰近3層側(cè)向剛度平均值的80%，如果高層建筑結(jié)構(gòu)位于樓層上部的時(shí)候，樓層縮進(jìn)位置與室外地面高度、建筑整體高度比值高于0.2，保障樓層上部縮進(jìn)之后長(zhǎng)度的樓層下部長(zhǎng)度要高于75%以上。

2.7高程建筑混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)

2.7.1臨界荷重

在高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)中會(huì)存在諸多的懸臂桿，懸臂桿主要可以分為剪切型、彎曲型以及彎剪型幾種類型。剪切型在失穩(wěn)的正常狀況之下會(huì)導(dǎo)致整個(gè)樓層出現(xiàn)不同程度的失穩(wěn)狀況。而純框架類型的梁以及柱會(huì)因?yàn)殡p曲率彎曲而導(dǎo)致其出現(xiàn)不同程度的側(cè)位移狀態(tài)，這樣就會(huì)導(dǎo)致樓層出現(xiàn)失穩(wěn)等問(wèn)題。彎曲型的懸臂桿可以通過(guò)歐拉公式計(jì)算分析獲得其臨界荷重。

2.7.2高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)臨界荷重確定

一般應(yīng)用的結(jié)構(gòu)構(gòu)建要通過(guò)荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合分析，綜合長(zhǎng)期作用產(chǎn)生的影響驗(yàn)算分析，保障變形、裂縫等數(shù)值不會(huì)高于規(guī)定的最大限度。通過(guò)分析混凝土材料、鋼筋實(shí)際的測(cè)量強(qiáng)度以及兩種材料的實(shí)際配筋率以及結(jié)構(gòu)構(gòu)建對(duì)應(yīng)的界面集合實(shí)測(cè)值則可以確認(rèn)實(shí)驗(yàn)數(shù)值，分析結(jié)構(gòu)上的荷載可以根據(jù)時(shí)間變異性不同將其劃分為永久荷載、可變荷載以及偶然荷載三種類型，荷載標(biāo)準(zhǔn)值取值分析。

2.7.3荷載標(biāo)準(zhǔn)值取值分析

不規(guī)則結(jié)構(gòu)的豎向控制較為關(guān)鍵指標(biāo)就是剛度比。剪切剛度則主要就是對(duì)底部大空間一層轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)評(píng)判分析，剪切剛度主要就是通過(guò)對(duì)底部為大空間且屬于多層的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)進(jìn)行判斷分析。樓層層間的位移數(shù)值可以判定混凝土結(jié)構(gòu)豎向規(guī)則性，同時(shí)此種方式也是剛度比計(jì)算中較為普遍的缺省方式，在實(shí)踐中要綜合實(shí)際狀況進(jìn)行針對(duì)性的控制分析，避免剛度突變等問(wèn)題，如果出現(xiàn)薄弱層則就要強(qiáng)化分析?？拐鸬燃?jí)以及軸壓比限制也是關(guān)鍵因素。在實(shí)踐中要合理地進(jìn)行框架柱軸壓比設(shè)定限制分析，提升抗倒塌能力，增強(qiáng)塑性變形能力，避免受到地震力的影響而出現(xiàn)不同程度的破壞與影響造成框架柱出現(xiàn)破壞與損壞等問(wèn)題。剪重比設(shè)計(jì)過(guò)程主要對(duì)各個(gè)樓層中地震潛力最小數(shù)值合理分析，避免其受到地震作用的影響。

3結(jié)語(yǔ)

高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)過(guò)程中穩(wěn)定性是較為關(guān)鍵的因素，根據(jù)實(shí)際狀況了解關(guān)鍵參數(shù)，制定有效的方案可以在根本上保障建筑混凝土的穩(wěn)定性，保障其滿足內(nèi)在的設(shè)計(jì)要求與需求。

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作者：楊衛(wèi)東 單位：陜西建工第九建設(shè)集團(tuán)有限公司