淺析高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

1、    淺析高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化    田坤摘要：到現(xiàn)今高層建筑已經(jīng)很普遍，它的造型在不斷的翻新，高度也一再的被打破。與此同時(shí)內(nèi)部構(gòu)造發(fā)生了巨大變化，其主要表現(xiàn)在產(chǎn)品系統(tǒng)的交叉性和密集性。隨著高層建筑結(jié)構(gòu)和功能不斷的復(fù)雜，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)提出了更高的設(shè)計(jì)要求。本文就是主要淺析高層建筑設(shè)計(jì)的方法與理論，同時(shí)結(jié)合實(shí)際情況對(duì)高層建筑在結(jié)構(gòu)優(yōu)化和地基基礎(chǔ)處理等方面進(jìn)行簡(jiǎn)單的探討。關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化；：tu208.3：a1.引言高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)比較全面的工作，如果在此過程中因?yàn)橐稽c(diǎn)小小的疏忽或者失誤都會(huì)造成不可預(yù)計(jì)的損失，給工作人員和使用者帶來安全隱患

2、，所以這就要求有關(guān)的設(shè)計(jì)人員要有扎實(shí)的知識(shí)基礎(chǔ)，懂得在工作中靈活創(chuàng)新，要時(shí)刻保持嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的工作態(tài)度，加快對(duì)新型建材如高強(qiáng)、環(huán)保、輕質(zhì)的研究與應(yīng)用。2.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法確定準(zhǔn)確合理方案。一般情況下，在對(duì)高層建筑設(shè)計(jì)中，要根據(jù)當(dāng)?shù)氐墓こ虠l件、上部類型、相鄰建筑物、負(fù)荷分布情況和施工的條件等等綜合因素，選出最為經(jīng)濟(jì)和合理的方案。在初期的階段，要有完整的勘察材料，對(duì)于那些缺乏勘察材料的建筑物，要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)勘察，有能力的話還要再參考其他附件物體的有關(guān)資料。確定合適的方案。成功的建筑物一定是經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)方案，及要選擇切實(shí)可行的結(jié)構(gòu)形式和體系。因此，在初期就要對(duì)工程的設(shè)計(jì)和材料供應(yīng)和施工時(shí)可能出現(xiàn)的情況做出

3、較為準(zhǔn)確的綜合分析。同時(shí)要考慮到水、暖、電等配套設(shè)施，要一起展開設(shè)計(jì)和選型，確定合適合理的方案。確定準(zhǔn)確的計(jì)算圖。結(jié)構(gòu)計(jì)算主要是在計(jì)算圖基礎(chǔ)上完成的，所以挑選合理的計(jì)算圖是非常關(guān)鍵的，它的完整合理是確保結(jié)構(gòu)安全的重要因素。但在做計(jì)算圖時(shí)要由構(gòu)造來保障，這是因?yàn)閷?shí)際中結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)不會(huì)是我們認(rèn)為的單純剛結(jié)構(gòu)，所以控制誤差在合理范圍內(nèi)是必要的。分析結(jié)果。隨著現(xiàn)在高科技的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中起著越來越關(guān)鍵的作用，但因?yàn)楝F(xiàn)今計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件種類繁多，不同的應(yīng)用軟件表現(xiàn)出的結(jié)果又不太一樣，所以這就需要有關(guān)工程師可以進(jìn)行認(rèn)真的分析比對(duì)和校核，做出合理的判斷。運(yùn)用合理方法。要時(shí)刻注重高層建筑構(gòu)件的

4、延展性，強(qiáng)化構(gòu)件中的薄弱環(huán)節(jié)。注重鋼筋錨固的長度，考慮溫度對(duì)其影響。同時(shí)要注重對(duì)平面和立面的布置，考慮其是否均勻、規(guī)范和對(duì)稱，努力避免薄弱環(huán)節(jié)的出現(xiàn)，要常常利用極限法進(jìn)行校驗(yàn)等等。3.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論設(shè)計(jì)中受力性能。高層建筑物的底面對(duì)整個(gè)建筑物空間和物理形式的穩(wěn)定有著重大的影響，很顯然一個(gè)建筑物是由一些大且重的構(gòu)件組成，在設(shè)計(jì)上要能將這些重量傳遞開并能夠豎直作用到地面上。尤其要對(duì)高層建筑物需要注意，因?yàn)殡S著高度越來越高，重量再不斷的增加，豎向作用力對(duì)整個(gè)建筑物的作用就更為明顯。這不僅要考慮到抗剪力還要對(duì)整體的抗彎曲程度和抗形變程度做出合理分析，這點(diǎn)是與低層的建筑差別比較大的地方。結(jié)構(gòu)中扭轉(zhuǎn)性能

5、。高層建筑物的扭轉(zhuǎn)性能問題是指在設(shè)計(jì)中沒有做到三心合一的情況即幾何中心、剛度中心和結(jié)構(gòu)中心沒有交于一點(diǎn)，為了避免這些情況發(fā)生，在建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要選擇合理的結(jié)構(gòu)和平面，使其保證三點(diǎn)合一。設(shè)計(jì)中的側(cè)移和振動(dòng)周期。我們知道，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力周期接近結(jié)構(gòu)體振動(dòng)周期時(shí)，其振幅就會(huì)增大；當(dāng)振幅相等時(shí)，就會(huì)引起共振。需要注意的有兩方面，一是控制自振周期；二是控制自振周期與所在區(qū)域其他振動(dòng)周期要有明顯差值。同時(shí)，要考慮到剪切重量比、單位重度和位移限值等等。4.建筑結(jié)構(gòu)中的選型注意結(jié)構(gòu)規(guī)劃。新規(guī)范在這方面變化比較大，對(duì)其增加了較多的限制因素。如鑲嵌固定端的上、下層之間剛度比和平面規(guī)則信息等等。同時(shí)，新的規(guī)范也采取了

6、強(qiáng)制性的措施，要求建筑物不得采用不規(guī)范的設(shè)計(jì)方案，工程人員要避免在后期施工圖的設(shè)計(jì)中產(chǎn)生波動(dòng)。注重結(jié)構(gòu)超高性。新規(guī)范在超高問題上要保證a級(jí)高度外還要增加b級(jí)高度。具體到實(shí)際設(shè)計(jì)中，就曾經(jīng)出現(xiàn)過在結(jié)構(gòu)類型上忽略這一問題的情況，此時(shí)就一定要重新做，因?yàn)檫@對(duì)于工期和造價(jià)等方面存在很大的影響。注重嵌固端。對(duì)于普通的高層建筑帶有二層或以上的地下室和人防工程，在地下室的頂板上可能有嵌固端，也有可能在人防頂板處。假設(shè)忽視了其中的某一方面，都有可能對(duì)后期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作造成隱患。5.實(shí)際工程概況分析某高層建筑工地處在較為繁華地段：設(shè)計(jì)為地下兩層，地下一層為車庫。地下二層設(shè)計(jì)為設(shè)備用房和人防室。地上的28層，一二層

7、設(shè)為商業(yè)用房，設(shè)計(jì)的要求是采用大跨柱距，三至28層設(shè)計(jì)為塔式住宅?？偟慕ㄖ叨葹?0m，總的工程建筑面積約為50000m2，此建筑為a級(jí)別的高層鋼筋混凝土建筑，其抗震的強(qiáng)度也在6級(jí)以上，類別為丙類，場(chǎng)地土類別為2級(jí)，整個(gè)的結(jié)構(gòu)體系為部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)。5.1當(dāng)?shù)氐耐恋氐刂窏l件此地，南依山脈，北臨黃河沖擊的平原，多是由火山熔巖侵入灰?guī)r土層或者是覆蓋其上形成巖體。根據(jù)相關(guān)的巖體工程勘察報(bào)告，在人工機(jī)械可揭示的深度范圍內(nèi)，此建筑所處地層的結(jié)構(gòu)自下而上是：中風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化和全風(fēng)化的閃長巖、巖殘積土、粘土層、碎石層和雜質(zhì)土層。此外，地下水屬于中潛水型，大約在3.5m到4.0m之間。5.2對(duì)地基樁基方案的優(yōu)

8、化在原設(shè)計(jì)中，此工程采用的基樁的直徑為600mm的鉆孔灌注樁，同時(shí)，以中風(fēng)化的閃長巖為持力層，設(shè)計(jì)樁的總數(shù)在900顆，單個(gè)的承受力在2000kn，長度在20m。同時(shí)采用樁筏，其厚度在1800mm以上，上、中、下部都要配置鋼筋網(wǎng)。在對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮到單樁的承載能力，可在合理的范圍內(nèi)減少樁的數(shù)量改為樁柱承臺(tái)，這就從根本上降低了工程成本。除了此方法，還有很多方法也可提高單樁的承載能力，如加大或者加長樁，改變樁的工藝和樁型等等。根據(jù)相關(guān)研究和實(shí)驗(yàn)比較，了解到采用樁壓漿技術(shù)是提高單樁承載力的有效辦法。其壓漿技術(shù)原理是：在樁柱中預(yù)埋導(dǎo)管，當(dāng)澆筑混凝土后且達(dá)到一定的強(qiáng)度后，在有此導(dǎo)管相樁柱底端壓送

9、水泥砂漿，這樣就可使樁端的虛土被壓緊，同時(shí)隨著不斷地壓送，樁柱周圍泥漿會(huì)迅速上升，直到完全填滿。從中我們不能看出，壓漿技術(shù)可以很好的改善樁柱側(cè)面土質(zhì)的受力情況，降低了工程沉降的概率。從整個(gè)工程施工的角度來說，其操作簡(jiǎn)單且易被掌握，投入的人力、財(cái)力和物力都較原先有很大的進(jìn)步。樁壓漿技術(shù)，在現(xiàn)今的高層建筑中已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用，因其效果良好且彌補(bǔ)了鉆孔灌注樁的兩大缺點(diǎn)（一是，因樁柱本身的混凝土常常要在水下進(jìn)行，且要有相關(guān)的護(hù)壁措施，但是缺點(diǎn)是這層會(huì)讓樁柱側(cè)面的摩擦力減小。二是，因樁柱端的泥渣很難被清理，造成沉降量的加大）而被人們所關(guān)注。5.3經(jīng)濟(jì)實(shí)用比較經(jīng)過后期的評(píng)測(cè)，優(yōu)化后的設(shè)計(jì)使樁柱直徑有原來的6

10、50mm增大到了750mm，長度減少了2m，其他的各方面條件不變的情況下，采用壓漿技術(shù)后，單樁柱的承受力由原來的2000kn增至3500kn，總用樁數(shù)量都900顆下降到400顆，并將原設(shè)計(jì)改為獨(dú)立承臺(tái)或條形承臺(tái)，這與筏板的厚度是相同的，都是在1800mm以上。由此可得出，在優(yōu)化設(shè)計(jì)后在樁柱混凝土用量基本不變的情況下，樁柱的長度數(shù)量和混凝土用量都得到減少，這樣就加快了施工的進(jìn)度，降低了成本。在完成建設(shè)后經(jīng)過相關(guān)部門的估算，此項(xiàng)工程采用的壓漿技術(shù)使單個(gè)樁柱的承受力增加了95%，混凝土的用量節(jié)省2000立方米，約和50%；基礎(chǔ)底板節(jié)省3500立方米，約和50%。此節(jié)約成本約合400萬元。由此可縮短工程工期，取得了企業(yè)和業(yè)主的滿意，獲得了直接的經(jīng)濟(jì)和綜合社會(huì)效益。6.總結(jié)語高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是一個(gè)時(shí)間長而且復(fù)雜的施工過程，其本身就是一個(gè)包含