導(dǎo)語(yǔ)：高層建筑優(yōu)化設(shè)計(jì)管理論文一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：。通過(guò)將外圍框筒結(jié)構(gòu)改為框撐結(jié)構(gòu)，與內(nèi)筒構(gòu)成框撐－核心筒結(jié)構(gòu)體系，經(jīng)過(guò)計(jì)算分析，該結(jié)構(gòu)體系可取得較好的抗側(cè)剛度，能滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求，并能節(jié)約混凝土用量約7000m3，增加建筑使用面積約2000m2。這種結(jié)構(gòu)體系具有減輕自重、提高剛度、擴(kuò)大建筑空間的優(yōu)點(diǎn)，是超限高層建筑結(jié)構(gòu)比較經(jīng)濟(jì)、合理、可行的一種結(jié)構(gòu)體系。

關(guān)鍵詞：框撐－核心筒結(jié)構(gòu)超限高層受力性能剛度

1工程概況[1]

本工程位于重慶市渝中區(qū)的中心地帶，建筑面積約100000m2，由7層裙樓及56層塔樓組成，裙房平面尺寸為81m×54m，塔樓平面尺寸為34m×34m（外包尺寸為37.6m×37.6m），將地下二層按規(guī)范要求的嵌固構(gòu)造處理，使其作為上部的嵌固端，嵌固以下埋深11.9m，以上229.3m（結(jié)構(gòu)計(jì)算高度）。建筑總高度為241.2m（未包括出屋面的電梯，觀景廳及水箱間的高度），核心筒平面尺寸14.6m×14.6m。該結(jié)構(gòu)平面布置規(guī)則、對(duì)稱(chēng)，豎向抗側(cè)力構(gòu)件上下連續(xù)貫通、無(wú)剛度突變（見(jiàn)圖1、2）。

該項(xiàng)目地下部分及塔樓筏板基礎(chǔ)建成后停工至今已達(dá)三年之久，被市列為“四久工程”。

2結(jié)構(gòu)優(yōu)化

2004年7月業(yè)主委托我院對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行方案優(yōu)化設(shè)計(jì)，要求方案滿足建筑擴(kuò)大空間、結(jié)構(gòu)安全、經(jīng)濟(jì)合理并符合超限高層建筑抗震規(guī)范要求。對(duì)原設(shè)計(jì)單位所作的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，我院提出以下優(yōu)化意見(jiàn)。

①減少外圍框架柱數(shù)量，增大建筑空間

為滿足建筑大空間的功能要求，將原設(shè)計(jì)方案中每邊八根柱減少到每邊五根柱，底層柱截面由原設(shè)計(jì)的1500mm×1500mm、1400mm×1500mm增大為1800mm×1800mm、1700mm×1700mm，上部各層柱分段減小，以滿足軸壓比的要求。優(yōu)化后可以增加建筑使用面積約750m2，并節(jié)約混凝土用量約2700m3。為了彌補(bǔ)結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度的不足，在塔樓四角區(qū)設(shè)置“L”型桁架（見(jiàn)圖3），構(gòu)成框架桁架結(jié)構(gòu)，內(nèi)部布置剪力墻核心筒，形成框撐－核心筒體系。并且在建筑上將四周的支撐暴露，造型美觀，具有獨(dú)特的標(biāo)志性風(fēng)格。

圖1結(jié)構(gòu)平面示意圖圖2建筑軸側(cè)圖

②減小核心筒內(nèi)墻墻體厚度

經(jīng)過(guò)計(jì)算分析，芯筒內(nèi)的內(nèi)墻對(duì)抗側(cè)剛度貢獻(xiàn)較小，主要承受的豎向荷載是墻體本身的重量，因此可以將內(nèi)墻厚度適當(dāng)減薄。原設(shè)計(jì)方案芯筒內(nèi)墻厚度為800、400、350、250mm，優(yōu)化設(shè)計(jì)后改為400、250、200mm。同時(shí)將原設(shè)計(jì)中芯筒外墻厚度也減少100mm，由此可以節(jié)約混凝土用量約4500m3，增加建筑使用面積約1250m2。

③其他

在滿足結(jié)構(gòu)安全的情況下，將原設(shè)計(jì)方案中窗群梁由500mm×1500mm優(yōu)化為500mm×700mm，塔樓井字梁由250mm×450mm優(yōu)化為200mm×400mm。

3結(jié)構(gòu)整體分析

3.1設(shè)計(jì)基本參數(shù)

①設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期50年，使用年限100年，安全等級(jí)為一級(jí)，地基設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)。

②本工程抗震設(shè)防烈度為6度，地震分組為第一組，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.05g，建筑抗震設(shè)防類(lèi)別為兩類(lèi)。由于本工程特別重要，現(xiàn)將建筑設(shè)防類(lèi)別提高為乙類(lèi)。由于本工程建筑場(chǎng)地為I類(lèi)場(chǎng)地，仍按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求采取抗震構(gòu)造措施。該工程為B級(jí)高度建筑，其結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)剪力墻和框架柱均為二級(jí)。

③場(chǎng)地的特征周期，水平地震影響系數(shù)最大值，放大系數(shù)。

④基本風(fēng)壓為0.45kN/m2，基本風(fēng)壓增大系數(shù)取1.2，即按0.54kN/m2取用。地面粗糙為C類(lèi)，風(fēng)壓體形系數(shù)、風(fēng)壓高度變化系數(shù)及風(fēng)振系數(shù)均按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2001的規(guī)定采用，樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值按荷載規(guī)范取值。

3.2主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面

表1核心筒剪力墻尺寸

樓層

心筒外墻厚

心筒內(nèi)墻厚

-2F～4F

800

400/250/200

5F～21F

700

400/250/200

22F～32F

600

350/250/200

33F～40F

500

350/250/200

41F～53F

400

300/200

53F以上

400

300/200

表2框架柱截面尺寸

樓層

角柱

中柱

框架主梁

-2F～4F

1800×1800

1700×1700

500×700

5F～22F

1800×1800

1700×1600

500×700

23F～31F

1700×1700

1700×1400

500×700

32F～39F

1600×1600

1700×1200

500×700

40F～52F

1400×1400

1700×1000

500×700

52F以上

1200×1200

1700×800

500×700

表3混凝土強(qiáng)度等級(jí)

樓層

核心筒墻

框架柱

梁、板

-2F～24F

C60

C60

C30

25F～33F

C50

C50

C30

34F～42F

C40

C40

C30

42F以上

C30

C30

C30

3.3計(jì)算模型與程序

根據(jù)本工程結(jié)果的特殊性，結(jié)構(gòu)整體分析采用SATWE和TAT兩種軟件分析計(jì)算。為了優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并充分利用已經(jīng)施工完成的基礎(chǔ)，根據(jù)專(zhuān)家組的建議，分別對(duì)六柱方案、五柱方案和四柱方案三種框撐－核心筒體系進(jìn)行計(jì)算分析。綜合分析以上三種方案，專(zhuān)家組一致推薦第二方案，即五柱方案。

3.4主要計(jì)算結(jié)果

①五柱方案

表4～表6為SATWE和TAT主要計(jì)算結(jié)果的對(duì)比分析。應(yīng)說(shuō)明的是，采用SATWE程序計(jì)算，可將樓板按彈性樓板考慮，消除了復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系按剛性樓板假定計(jì)算帶來(lái)的誤差。

(a)平面圖(b)立面圖

圖3五柱方案

表4模態(tài)分析計(jì)算結(jié)果

分析軟件

SATWE

TAT

備注

結(jié)構(gòu)總質(zhì)量（t）

147815.625

146626.9

第1周期（s）

5.6758

5.8466

第2周期（s）

5.5607

5.7573

第3周期（s）

2.3090

2.5085

<0.8T1

第4周期（s）

1.4015

1.4830

第5周期（s）

1.3840

1.4739

第6周期（s）

0.8100

0.8773

第7周期（s）

0.6542

0.6842

第8周期（s）

0.6194

0.6466

第9周期（s）

0.4535

0.4717

注：表中只列出了前9個(gè)周期。

表5抗風(fēng)計(jì)算結(jié)果

分析軟件

SATWE

TAT

備注

x向最大層間位移

1/1163

1/1033

滿足規(guī)范要求

y向最大層間位移

1/1127

1/1012

滿足規(guī)范要求

x向頂點(diǎn)位移

163.25

181.97

滿足規(guī)范要求

y向頂點(diǎn)位移

170.03

185.73

滿足規(guī)范要求

x向總剪力（kN）

12813.6

12999.04

y向總剪力

12796.3

12982.13

x向總傾覆力矩（kN·m）

1860922

1896806.4

y向總傾覆力矩（kN·m）

1860582

1896478.6

表6抗震計(jì)算結(jié)果

分析軟件

SATWE

TAT

備注

x向最大層間位移

1/1836

1/1969

滿足規(guī)范要求

y向最大層間位移

1/1804

1/1968

滿足規(guī)范要求

x向頂點(diǎn)位移

102.01

90.62

滿足規(guī)范要求

y向頂點(diǎn)位移

105.01

91.26

滿足規(guī)范要求

x向總剪力（kN）

8410.2

11730.15

y向總剪力

8491.4

11730.15

x向總傾覆力矩（kN·m）

1124786

1565804.38

y向總傾覆力矩（kN·m）

1112582

1536540.25

考慮第I振型，并忽略阻尼的有利影響，計(jì)算出結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)順風(fēng)和橫風(fēng)最大加速度：，，均滿足高規(guī)規(guī)定的小于0.15m/s2的要求。

②六柱方案

最大軸壓比0.66

結(jié)構(gòu)頂層最大加速度：，。

內(nèi)筒尺寸不變，外框架柱底層面積率為原設(shè)計(jì)方案（“筒中筒”方案）的71.4％。

(a)平面圖(b)立面圖

圖4六柱方案

③四柱方案

(a)平面圖(b)立面圖

圖5四柱方案

最大軸壓比0.69

結(jié)構(gòu)頂層最大加速度：，

內(nèi)筒尺寸不變，外框架柱底層面積率為原設(shè)計(jì)方案（“筒中筒”方案）的76.0％，需設(shè)置三個(gè)加強(qiáng)層。

④計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析

表7計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析表

T

Δ/h

備注

筒中筒體系

6.2951

1/817

0.75

原設(shè)計(jì)方案

框撐－核心筒結(jié)構(gòu)體系

六柱方案

5.4618

1/1433

0.66

0.05890

四柱方案

5.7756

1/1237

0.69

0.13840

有加強(qiáng)層

五柱方案

5.6758

1/1127

0.65

0.09270