【摘要】針對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用優(yōu)化技術(shù)問(wèn)題,采取實(shí)例分析的方法,展開具體的論述,提出優(yōu)化設(shè)計(jì)的策略,共享給相關(guān)人員參考借鑒。根據(jù)課題與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié),堅(jiān)持安全節(jié)能現(xiàn)代化的理念,進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),通過(guò)優(yōu)選建筑結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與節(jié)能的結(jié)合,促使建筑達(dá)到綠色現(xiàn)代化要求。
【關(guān)鍵詞】房屋建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);優(yōu)化技術(shù)
【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.
22.033
現(xiàn)階段,各地區(qū)都在積極探索提升建筑性能水平的方法,積極推廣應(yīng)用新結(jié)構(gòu)和新理念,例如鋼結(jié)構(gòu)裝配式住宅建筑等,力求打造高質(zhì)量的建筑。隨著建筑建造要求不斷提高,深度分析此課題,提出房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化措施,指導(dǎo)相關(guān)建設(shè)工作高質(zhì)量開展,具有現(xiàn)實(shí)意義。
1、房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求
按照現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范,建筑結(jié)構(gòu)要達(dá)到安全抗震要求,滿足使用者的舒適性、安全性等需求。基于保障結(jié)構(gòu)性能與經(jīng)濟(jì)性的角度分析,開展建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),要對(duì)薄弱點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)做好分析,提出優(yōu)化策略,切實(shí)保障建筑質(zhì)量與安全。
2、房屋建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例分析
2.1 案例概述
以某房屋建筑項(xiàng)目為例,基本情況如表1所示。原來(lái)的設(shè)計(jì)方案為框支-剪力墻結(jié)構(gòu),通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì),并且與業(yè)主進(jìn)行協(xié)調(diào)配合,通過(guò)對(duì)上部住宅建筑進(jìn)行戶型調(diào)整,同時(shí)優(yōu)化整合下部商業(yè)功能,最終設(shè)計(jì)為剪力墻直接落地的“剪力墻結(jié)構(gòu)體系”。除此之外,為增強(qiáng)建筑的功能,對(duì)局部的少數(shù)剪力墻結(jié)構(gòu)加以優(yōu)化,通過(guò)局部?jī)?yōu)化得到有效處理。
2.2 優(yōu)化方案
從結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的角度分析,由原來(lái)的B級(jí)高度的框支-剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行轉(zhuǎn)換,成為A級(jí)高度的結(jié)構(gòu),促使建筑安全性和經(jīng)濟(jì)性得到優(yōu)化。除此之外,原來(lái)的上部結(jié)構(gòu)總長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為88m,超過(guò)規(guī)范允許不設(shè)置伸縮縫的長(zhǎng)度78%。從總體角度分析,為保障合理性和經(jīng)濟(jì)性,建筑上部結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)變形縫,將地下室頂板以上劃分為兩個(gè)完全獨(dú)立的結(jié)構(gòu)單元,即左右塔,左側(cè)塔的結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度為32.6m,右側(cè)塔的結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度為56m。根據(jù)剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震縫最小寬度設(shè)計(jì)要求,將此建筑兩個(gè)結(jié)構(gòu)單元之間的縫凈寬度設(shè)置為300mm。
2.3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)措施
扭轉(zhuǎn)不規(guī)則。通過(guò)分析此建筑的情況得知,部分樓層最大彈性水平位移以及樓層兩端的彈性水平位移比值參數(shù)范圍為1.2-1.4,在結(jié)構(gòu)后期的優(yōu)化設(shè)計(jì)中,積極優(yōu)化剛度分布,促使邊梁與邊墻的功能得到強(qiáng)化,加大對(duì)扭轉(zhuǎn)剛度的貢獻(xiàn)度,促使扭轉(zhuǎn)不規(guī)則得到改善。建筑構(gòu)件的分析與設(shè)計(jì),要求站在雙向地震工況下分析扭轉(zhuǎn)影響。
高度與寬度比較大。若按照A級(jí)高度剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),結(jié)構(gòu)高寬比建議值為“6”,不過(guò)此建筑左側(cè)塔高寬比參數(shù)為7.88,右側(cè)塔高寬比參數(shù)為6.8。綜合分析,能夠得知工程高度很大,高度>100m,因此運(yùn)用彈性時(shí)程分析法,來(lái)進(jìn)行多遇地震工況下的補(bǔ)充計(jì)算。在風(fēng)載與多遇地震下結(jié)構(gòu)整體抗傾覆驗(yàn)算中,不僅包括抗傾覆彎矩的驗(yàn)算,而且要進(jìn)行風(fēng)載下舒適度的驗(yàn)算等,切實(shí)保障建筑的安全性?;诖笳鸸r下,結(jié)合分析墻柱的軸壓比,力求降低其脆性,采取增加配箍率的方法,實(shí)現(xiàn)延性得到提高。
平面的不規(guī)則。按照建筑要求,地上部分1-6層要設(shè)置很多個(gè)樓梯,進(jìn)而會(huì)形成大面積的樓板開洞。按照此要求,從建筑的實(shí)際情況出發(fā),在樓梯間形成剪力墻圍合的筒,便于彌補(bǔ)因?yàn)闃前彘_洞而削弱的剪力墻剛度。除此之外,對(duì)1-6層樓板的整體剛度實(shí)施加強(qiáng)處理,并且使用厚度為150mm的板,設(shè)置雙層雙向鋼筋,結(jié)合建筑情況增加配筋率。
抗震薄弱。按照結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案,因?yàn)闃请娞蓍g開洞,因此建筑8層以上住宅的樓板相對(duì)薄弱,因此要做好連接板剛度的強(qiáng)化,使用厚度為150板與增加鋼筋等措施處理。對(duì)于第26層薄弱層,要對(duì)局部收進(jìn)處理,雖然收進(jìn)的程度很小,尚未形成豎向不規(guī)則,但是按照時(shí)程分析結(jié)構(gòu),建筑樓層附加存在一定的位移突變。對(duì)于此問(wèn)題,通過(guò)控制收進(jìn)上下層剛度比加以解決,避免產(chǎn)生高位的薄弱。地上部分26層的位移突變問(wèn)題,采取增強(qiáng)其上下剪力墻加以解決[1]。
2.4 整體結(jié)構(gòu)的分析
假定和模型的計(jì)算。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中使用SATWE軟件,進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析。按照設(shè)置的結(jié)構(gòu)縫,根據(jù)左右側(cè)塔結(jié)構(gòu)的實(shí)際尺寸,進(jìn)行模型的構(gòu)建,同時(shí)構(gòu)建到基礎(chǔ)頂面。除此之外,為驗(yàn)證嵌固層上下層側(cè)向剛度,對(duì)于地下室部分分取塔樓之外的1-2跨并入建筑主體模型,開展整體分析。根據(jù)強(qiáng)制剛性樓板,進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算,獲得樓層位移角和位移比結(jié)果,剩余的按照彈性膜開展計(jì)算。
地震作用下的性能分析。左右側(cè)塔在的計(jì)算結(jié)果如表2所示。根據(jù)獲得的結(jié)果顯示,左側(cè)的結(jié)果可以達(dá)到≥1.6%的要求,可以達(dá)到規(guī)范要求,但右側(cè)略微小于規(guī)范。通過(guò)對(duì)單元位移以及整體穩(wěn)定性進(jìn)行分析,認(rèn)定右側(cè)的整體剛度合理,僅需要對(duì)剪重比不達(dá)標(biāo)的局部位置加以調(diào)整和優(yōu)化。
運(yùn)用動(dòng)力時(shí)程分析法,展開整體分析。分析時(shí)依據(jù)規(guī)范要求選擇3條波,展開動(dòng)力時(shí)程分析。對(duì)于主分量峰值加速度,選擇為35cm/s2;對(duì)于設(shè)計(jì)特征周期,選擇為0.51s;對(duì)于結(jié)構(gòu)阻尼比,選擇為0.05。地震波選擇為天然波,左側(cè)塔設(shè)定為US061、US223;右側(cè)塔設(shè)定為US370、US061,人工波都選擇為L(zhǎng)750。底層剪力利用各時(shí)段波展開分析與計(jì)算,將獲得的結(jié)果和振型分解法計(jì)算結(jié)果開展對(duì)比分析,兩者的時(shí)程相同,每條曲線計(jì)算獲得的底部剪力不能低于振型分解反應(yīng)譜法結(jié)果的65%,平均值不低于80%,如此能夠達(dá)到規(guī)范要求。根據(jù)獲得的結(jié)果顯示,頂部8個(gè)樓層X向地震剪力,獲得的時(shí)程分析結(jié)果均超過(guò)CQC法。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案中,依據(jù)時(shí)程分析結(jié)果,將該樓層的地震剪力放大,促使構(gòu)件強(qiáng)度和變形達(dá)標(biāo)。根據(jù)計(jì)算位移角結(jié)果顯示,彈性時(shí)程分析結(jié)果在地上第8層與29層的體現(xiàn)較為明顯,建筑結(jié)構(gòu)的剛度和位移也都有著相應(yīng)的變化,不過(guò)指標(biāo)基本都可以達(dá)到規(guī)范要求。在施工圖階段,要求按照剛度突變,做好這兩層的加強(qiáng)處理[2]。
3、房屋建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化策略總結(jié)
3.1 促使概念設(shè)計(jì)和細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)的結(jié)合
房屋建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì),要合(下轉(zhuǎn)60頁(yè))(上接58頁(yè))理運(yùn)用概念設(shè)計(jì)方法,實(shí)現(xiàn)感知與瞬間思維的有效統(tǒng)一,形成高質(zhì)量的設(shè)計(jì)方案[3]。在沒(méi)有完整詳細(xì)的數(shù)值量化條件以及計(jì)算結(jié)果的情況下,運(yùn)用概念設(shè)計(jì),通過(guò)確定結(jié)構(gòu)的薄弱部位,進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)與分析,可形成相對(duì)科學(xué)的方案[4]。整個(gè)優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)踐中除了運(yùn)用概念設(shè)計(jì)手段外,還需要結(jié)合應(yīng)用細(xì)節(jié)優(yōu)化手段,挖掘數(shù)據(jù)信息的價(jià)值,做好結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì),保障結(jié)構(gòu)的性能達(dá)標(biāo)。
3.2 采用BIM技術(shù)輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
房屋建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì),采用BIM技術(shù)可獲得積極的作用,發(fā)揮著重要的作用。從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層面分析,發(fā)揮軟件的功能,利用建筑的數(shù)據(jù)信息與相關(guān)資料,展開全面的分析,可獲得優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的效果。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面,發(fā)揮BIM軟件的功能,對(duì)比原來(lái)的設(shè)計(jì)方案與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,提出改進(jìn)與完善的策略,促使建筑結(jié)構(gòu)整體性能得到保障。以多遇地震工況為分析條件,對(duì)結(jié)構(gòu)薄弱點(diǎn)進(jìn)行分析,提出優(yōu)化結(jié)構(gòu)的措施,指導(dǎo)房屋建筑高質(zhì)量作業(yè)[5]。
結(jié)語(yǔ):
綜上所述,房屋建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì),要針對(duì)抗震薄弱和平面不規(guī)則等內(nèi)容進(jìn)行有效的把控。實(shí)踐中要促使概念設(shè)計(jì)和細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)的結(jié)合、采用BIM技術(shù)輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),保障建筑結(jié)構(gòu)得到全面優(yōu)化與提升,實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)的效益。
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作者簡(jiǎn)介:
韓輝(1972.11-),男,漢族,湖南沅江人,本科,工程師,研究方向:建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、審核。