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高層建筑優(yōu)化設(shè)計(jì)

云知道優(yōu)化設(shè)計(jì)


高層建筑優(yōu)化設(shè)計(jì)


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 。



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，豎向抗側(cè)力構(gòu)件上下連續(xù)貫通、無(wú)剛度突變 。
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 。
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，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 。
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)防類別為兩類 。由于本工程特別重要，現(xiàn)將建筑設(shè)防類別提高為乙類 。由于本工程建筑場(chǎng)地為I類場(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，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 。
3.3 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，專家組一致推薦第二方案，即五柱方案 。

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