高层建筑优化设计

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1、高层建筑优化设计摘要：。通过将外围框筒结构改为框撑结构，与内筒构成框撑－核心筒结构体系，经过计算分析，该结构体系可取得较好的抗侧刚度，能满足现行规范的要求，并能节约混凝土用量约7000m3，增加建筑使用面积约2000m2。这种结构体系具有减轻自重、提高刚度、扩大建筑空间的优点，是超限高层建筑结构比较经济、合理、可行的一种结构体系。关键词：框撑－核心筒结构超限高层受力性能刚度1工程概况[1]　　　　本工程位于重庆市渝中区的中心地带，建筑面积约100000m2，由7层裙楼及56层塔楼组成，裙房平面尺寸为81m×54m，塔楼平面尺寸为34m×34m（

2、外包尺寸为37.6m×37.6m），将地下二层按规范要求的嵌固构造处理，使其作为上部的嵌固端，嵌固以下埋深11.9m，以上229.3m（结构计算高度）。建筑总高度为241.2m（未包括出屋面的电梯，观景厅及水箱间的高度），核心筒平面尺寸14.6m×14.6m。该结构平面布置规则、对称，竖向抗侧力构件上下连续贯通、无刚度突变（见图1、2）。　　该项目地下部分及塔楼筏板基础建成后停工至今已达三年之久，被市列为“四久工程”。2结构优化　　2004年7月业主委托我院对该项目进行方案优化设计，要求方案满足建筑扩大空间、结构安全、经济合理并符合超限高层建筑

3、抗震规范要求。对原设计单位所作的结构设计方案，我院提出以下优化意见。①减少外围框架柱数量，增大建筑空间　　为满足建筑大空间的功能要求，将原设计方案中每边八根柱减少到每边五根柱，底层柱截面由原设计的1500mm×1500mm、1400mm×1500mm增大为1800mm×1800mm、1700mm×1700mm，上部各层柱分段减小，以满足轴压比的要求。优化后可以增加建筑使用面积约750m2，并节约混凝土用量约2700m3。为了弥补结构抗侧刚度的不足，在塔楼四角区设置“L”型桁架（见图3），构成框架桁架结构，内部布置剪力墙核心筒，形成框撑－核心筒体

4、系。并且在建筑上将四周的支撑暴露，造型美观，具有独特的标志性风格。　　　图1结构平面示意图　　　　　　　　　　　　　　　　　图2建筑轴侧图②减小核心筒内墙墙体厚度　　　　经过计算分析，芯筒内的内墙对抗侧刚度贡献较小，主要承受的竖向荷载是墙体本身的重量，因此可以将内墙厚度适当减薄。原设计方案芯筒内墙厚度为800、400、350、250mm，优化设计后改为400、250、200mm。同时将原设计中芯筒外墙厚度也减少100mm，由此可以节约混凝土用量约4500m3，增加建筑使用面积约1250m2。③其他　　在满足结构安全的情况下，将原设计方案中窗群梁

5、由500mm×1500mm优化为500mm×700mm，塔楼井字梁由250mm×450mm优化为200mm×400mm。3结构整体分析3.1设计基本参数①设计基准期50年，使用年限100年，安全等级为一级，地基设计等级为甲级。②本工程抗震设防烈度为6度，地震分组为第一组，设计基本地震加速度为0.05g，建筑抗震设防类别为两类。由于本工程特别重要，现将建筑设防类别提高为乙类。由于本工程建筑场地为I类场地，仍按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震构造措施。该工程为B级高度建筑，其结构抗震等级剪力墙和框架柱均为二级。③场地的特征周期，水平地震影响系数最大

6、值，放大系数。④基本风压为0.45kN/m2，基本风压增大系数取1.2，即按0.54kN/m2取用。地面粗糙为C类，风压体形系数、风压高度变化系数及风振系数均按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001的规定采用，楼面活荷载标准值按荷载规范取值。3.2主要结构构件截面表1核心筒剪力墙尺寸楼层心筒外墙厚心筒内墙厚-2F～4F800400/250/2005F～21F700400/250/20022F～32F600350/250/20033F～40F500350/250/20041F～53F400300/20053F以上400300/200表2框架

7、柱截面尺寸楼层角柱中柱框架主梁-2F～4F1800×18001700×1700500×7005F～22F1800×18001700×1600500×70023F～31F1700×17001700×1400500×70032F～39F1600×16001700×1200500×70040F～52F1400×14001700×1000500×70052F以上1200×12001700×800500×700表3混凝土强度等级楼层核心筒墙框架柱梁、板-2F～24FC60C60C3025F～33FC50C50C3034F～42FC40C40C3042F以

8、上C30C30C303.3计算模型与程序根据本工程结果的特殊性，结构整体分析采用SAT）18609221896806.4y向总倾覆力矩（kN·m）18