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1、议高层建筑混凝土结构优化设计 摘要:由于高层建筑有着自己独特的特点，同时随着我国人民生活水平的逐步提高，对高层建筑等也提出了更高的要求。高层建筑混凝土结构的优化设计,可以有效降低成本,这个问题越发受到业界的关注和重视。本文结合作者多年的设计经验并结合工程实例对高层建筑混凝土结构的优化设计提出见解,以供专业技术人员参考。关键词:高层建筑；混凝土结构；优化设计中图分类号：TU97文献标识码：A文章编号：引言混凝土作为当前建筑工程建设中的基础材料，既存在着较高的结构强度、刚度以及较长的安全性与耐久性等方面的优势，同时，也容易在外部环境因素与自身因素的影
2、响下发生变形、裂缝、断裂等问题，建筑单位要想切实地使混凝土的应用充分发挥各种优势，就必须努力地做好对于其结构设计的优化。就高层建筑来讲，由于其层数较多、空间结构的变化性较大，对于安全性、耐久性以及抗震性能具有特殊的要求，混凝土的结构设计状况在更高的程度上，为建筑质量施加直接的影响。因此，高层建筑的建设单位极其注重其中混凝土结构的设计工作。1、高层建筑的混凝土结构的设计原则71.1设计原则当前时期，设计人员对高层建筑中的混凝土实施结构设计，必须遵循适用性、安全性、耐久性以及可靠性几个方面的原则，以保证此项结构的设计工作，为该高层建筑的建设带来质优价廉
3、的效果，使其结构的各项功能均达到预计要求。下面就具体地对这几个设计原则加以分析:1)适用性。高层建筑中结构设计的适用性原则，是以该建筑设计时所设定的具体使用年限为参照，保证建筑的结构设计能够在此年限中，使自身的裂缝、变形、振动等各项性能变动，始终控制在允许的限度内，使建筑在各项结构性能的支撑下，得以为建筑用户正常顺利地提供各方面的使用功能。2)安全性。高层建筑中结构设计的安全性原则，亦是以设计使用年限为依据，使该建筑的结构设计在预定年限范围内，始终可以达到对内部与外部各项荷载力的有效承受，即使遭遇某些偶然的破坏性事故，也要能够使自身结构控制在整体稳
4、定的状态中，避免出现大范围的结构性损害。3)耐久性。高层建筑的耐久性设计原则，是指建筑的结构设计必须在规定的使用年限内，维持足够的结构耐久性，比如，混凝土结构出现的裂缝宽度不得超出允许的范围，且钢筋保护层的厚度不能够变得过于单薄，以免钢筋在遭受外部潮湿空气的状况下出现锈蚀问题。74)可靠性。可靠性的设计原则，是指高层建筑的结构设计，必须在设计的基准期与建筑的使用年限范围内，充分达到耐久性、安全性、稳定性、刚度、动力性能等各方面的性能要求，即使超出年限的基准期范围，也能够在各项性能出现不同程度降低的基础上，维持正常的使用。2、工程实例2.1工程概况某
5、商住楼,剪力墙结构,6度设防,修正后的基本风压为0.4kN/;地下1层,地上32层,嵌固端可取地下室顶板处;地下室层高为3.9m,首层层高为7.1m,2层层高为3.6m,其余各层层高均为219m,优化前的住宅标准层平面布置图(如图3.1所示)。图3.1标准层平面图(优化前)2.2问题的提出和优化方法分析图3.1,l/Bmax=7100/18900=0.376>0.35,规则性判断为平面不规则类型中的凹凸不规则,同时经初步计算,在尽可能加长墙肢的情况下,即使首层墙厚取400mm,亦无法满足侧向刚度比的要求,竖向不规则类型判断为侧向刚度不规则。显然,本
6、工程已有两项超出规则性的要求,需按《建筑抗震设计规范》GB50011-2010中第3.4.37条的要求进行水平地震作用计算和内力调整,并应对薄弱部位采取有效的抗震构造措施。根据笔者以往的经验,若不优化平面形状,盲目采取加强措施,必然要付出沉重的经济代价,甚至会对“控制成本,降低造价”造成致命的打击。由于在建筑平面的中部增加部分楼板对建筑功能的使用和立面的影响较小,经多方协商,发展商同意修改,修改后的平面布置(如图3.2所示)。但对首层商业区降低层高的建议因牵连过多,最后决定维持不变。图3.2标准层平面图(优化后)(2)分析图3.1的剪力墙布置,核心
7、筒位置的墙体布置似乎偏多,刚度偏大。经建模初算:由计算可知,结构平面布置中的核心筒处,其剪力墙数量有消减的余地。适当消弱结构中部的刚度,除了对控制结构扭转效应有利外,更直接的效果就是降低造价。假设所有墙厚均为200mm,仅削去核心筒处的部分墙体(如图3.2所示),就可减少混凝土用量:0.96×(3.9+7.1+3.6+30×2.9)≈124.2以及扣除原有墙体内的大量钢筋,其经济性是十分可观的。另外,本工程为高层建筑,核心筒以外的其它墙肢,其长度可每隔5～7层缩短一次,但应检查控制值(如位移比、轴压比等)是否满足规范要求和确保墙肢长度大于墙厚的8倍
8、,避免墙体演变为短肢剪力墙。(3)7板中受力钢筋不同强度等级的使用比较。本工程大部分板块的板跨都不大,计算后发现基本为构造
