分析某高层建筑的结构优化设计.doc

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1、分析某高层建筑的结构优化设计　　摘要：本文根据某高层建筑的工程案例，阐述了建筑结构优化设计的相关要点，提出了一些问题及解决的策略，望为类似工程具有参考价值。　　关键词：高层建筑；结构；设计；优化　　1工程概况　　某高层建筑属综合建筑。主楼占地面积9383m2，总建筑面积19537m2，主楼高74.8m，地面以上19层、地下1层，主楼建筑面积为12091m2；裙楼高3层，建筑面积为7646m2。建筑平面如图l所示。　　图1建筑总平面图　　1.1结构承重体系设计　　综合考虑裙楼部分大空间的设计使用要求，以及主楼部分的抗侧移设计要求，裙房结构承重体系采用钢筋混凝土框架结

2、构形式，主楼采用框架―剪力墙承重结构体系。本建筑结构在主楼抗侧力构件设计中，剪力墙主要承担水平作用，框架承担少部分水平荷载作用和大部分竖向荷载作用。　　1.2建筑缝的处理设计　　本建筑由主楼和裙房两部分组成，在二者的连接部位需设置建筑缝。考虑到主楼部分高度较高、结构有效重量大，裙房部分高度较低，因此二者间需设置防震缝和沉降缝。对于防震缝，为避免主楼和裙房间连接部位留出较大的宽缝，给裙房屋顶防水处理带来困难，本建筑采用“抗”的方法。　　1.3基础设计　　根据《工程地质勘察报告》提供的场地工程地质条件，并考虑主楼和裙房间荷载分布的不均匀性特点，主楼部分结合地下室的设计

3、采用深桩筏板基础，以提高主楼结构的整体稳定性，降低主楼部分的沉降变形。裙房部分采用柱下条形基础，通过修工条形基础的宽度来调整基底反力，进一步控制裙房部分的基础沉降变形，使主楼结构和裙房结构在各自使用荷载作用下，能产生基本上一致的基础沉降变形量。　　2结构优化设计策略　　钢筋混凝土框架―剪力墙结构是高层建筑结构中最常采用的承载体系之一，它具有框架结构建筑平面布置灵活，能获得大空间，建筑立面易于处理，以及剪力墙结构抗侧移刚度大、整体性好、抗震能力强的优点。在水平荷载作用下，具有较纯框架和纯剪力墙结构更为有利的水平变形曲线。但钢筋混凝土框―剪结构是一个具有双重承载体系的

4、非常复杂的空间受力体系，力学分析难度较大，其优化设计就更为复杂和难以实现。　　2.1框架结构的分部优化设计技术　　钢筋混凝土框架结构的分部优化设计，即是在结构整体内力分析完成后，根据梁柱各构件的控制内力进行截面优化设计，确定满足荷载效应水平要求的各结构构件的几何特征和配筋量的优化结果，由此导致原结构的几何特征和荷载特征发生变化。优化结构在现荷载作用下内力分布特征发生变化，各构件控制截面上的控制内力也发生相应变化，据此再进行新一轮的优化设计。因此框架结构的分部优化设计实际上是一个迭代、渐进的寻优过程，计算结果虽不能总等价于整体优化设计结果，但通常能给出工程实用的满意

5、结果。　　钢筋混凝土框架结构的分部优化设计方法的具体步骤为：　　a）初始选型：根据结构平面、立面布置及建筑物设计使用功能，分析结构所受的竖向荷载和水平荷载及其传力路线，并考虑施工因素，归并框架梁、柱的类型，初选梁柱的几何尺寸。　　b）结构分析：按照结构的实际几何构造特征，计算结构所受竖向荷载及水平荷载，对钢筋混凝土结构进行空间内力分析。根据结构分析结果，将截面尺寸相同的构件来控制截面内力，根据其大小进行分类，并确定每一类构件的设计控制内力。　　c）截面优化设计：针对每一种梁柱构件的控制内力进行优化设计，得出优化约束条件下的结构几何构造特征和配筋特征的优化设计结果，

6、从而构成新的优化意义上的设计结构。　　d）收敛性判断：在工程精度意义上选取一个较小的数值，作为检验结构收敛性的条件，进行收敛性判断，若优化结构与原结构基本一致，则认为优化结构是收敛的，可以转入下一步的可行性判断，否则转回第b）步重新进行结构分析、优化设计。　　e）可行性判断：对优化设计结果进行一次内力分析，检验其可用性，若整体分析能够满足工程设计要求，则可按此方案进行配筋和构造处理，作为最终的优化设计结果。否则需根据工程经验和结构内力分析结果进行局部调整，直到方案可用为止。　　2.2框―剪结构的三阶段优化设计策略　　框―剪结构的设计主要涉及3个方面的优化问题：①结

7、构最优设防水平的决策；②框架与剪力墙结构协同工作，以及承载力、刚度与延性变形能力间的最佳匹配设计；③框架―剪力墙结构构件的优化设计。　　2.2.1第一阶段：最优设防水平的优化决策　　根据地震危险性分析结果或地震区划规定，在预测地震烈度概率分析基础上，用模糊综合评判法计算结构的模糊延性向量和模糊抗震强度、损伤等级概率和震害损失的预估期望值E（Id），在满足最大投资约束和最大损失约束条件下，使k1C（Id）+K2K3E（Id）达到最小，求出最优抗震设防烈度Id。　　2.2.2第二阶段：剪力墙构件的优化设计　　剪力墙结构构件的优化设计主要是结构刚度与延性指标的最佳组合，

8、可用力学准