1主体结构的优化设计
(1)确定建筑的高宽比。在规范中房屋高宽比的规定虽然不是一个必须要满足的条件,但是它是一个对结构刚度、整体稳定,抗倾覆能力,承载能力和经济合理性的宏观控制指数。一般满足高宽比限制的结构有更好的抗侧刚度,是比较科学的结构方案。(2)结构设计。在结构设计时,要根据建筑的材料性能、建筑的功能、建筑的高度、抗震设防烈度、抗震设防类别来选择合适的结构体系。(3)要达到建筑造型和功能的要求。在布置水平构件和竖向构件时,要在满足建筑造型和功能的前提下进行选择,比如梁、柱子、板等,使其构成一个空间结构,从而抵抗水平力和竖向力。竖向力主要由竖向可变荷载和建筑物的自重构成,水平荷载主要由地震和风荷载构成。(4)在正常使用的过程中,高层建筑要具有良好的刚度,防止因为出现比较大的位移,导致结构的承载力和稳定性受到影响[1]。(5)对抵抗水平力的结构构件进行合理的布置。要使结构抗侧力的合力中心和水平合力作用点的投影尽可能接近,从而降低出现偏心的情况,避免产生影响建筑物的扭矩。(6)确定抗侧力构件的具体位置。质量中心要和刚度中心尽可能接近,减小建筑扭转效应。(7)建筑楼层的高度。通常情况下,建筑面积确定时,如果增加建筑楼层的高度会导致单位面积使用的材料数量增加。
2优化多层框架结构柱网的大小
在建筑工程中,框架结构柱网的布局会直接影响工程的造价,当柱距比较小的时候,力的传递路线比较短,楼盖结构使用的材料也相对较少,但是使用的柱构件材料会增加,和基础费用相比,当柱网比较大的时候,会增加梁的高度,提高配筋率,导致造价升高,所以,柱网尺寸的合理性不仅对结构的受力有比较大的影响,而且还会节省材料的使用量[2]。
2.1结构布置的方案
根据建筑场地以及使用功能的具体情况,分别布置三种结构方案进行建模计算对比。
2.2对比方案
本工程使用PKPM-SATWE软件对方案进行计算,前三个阵型的振动周期,X、Y方向的扭转系数和平动系数如表1所示。从表中可知,方案二的扭转周期出现在第二阵型,说明该方案的结构沿两个主轴方向的侧向刚度相差比较大,且扭转周期比已超过0.9,属于特别不规则结构,在地震作用下建筑的扭转效应较大,可能引起不良后果,故结构方案不考虑方案二。在方案一和方案三中,由于方案三的柱距较小,方案三的梁、柱截面积是最小的,方案一的梁、柱截面积次之。经过对模型进行配筋计算,方案一由于Y向的框架梁的跨度适中,并向外挑出,受力比较合理,配筋的计算也会降低很多,而方案三由于柱网很密,计算得到的梁配筋结果都比较小。两个方案的层间位移计算数据均满足规范要求,方案三在位移比控制方面更具优势,说明其在地震作用下的扭转效应更小。在材料用量方面,方案一使用梁向外进行悬挑的方法可以使内跨梁的受力比较合理,材料的使用量比较经济。而方案三和方案一相比,虽然框架柱的柱网比较密,框架柱数量相对较多,但由于框架柱截面以及配筋均比较小,故方案三梁工程的经济指标总体上要小于方案一。例如在本工程中,方案一钢筋含量约为34kg/m2,方案三含量约为33kg/m2,,市场钢筋时价约为4000元,每立方米砼时价约为350元,则方案三梁柱的综合造价比方案一可节省约22100元,经济性较好。在降低结构柱网大小不会对建筑功能造成影响的基础上,使用方案三时,需要对基础造价因素进行考虑,例如当基础的结构形式为天然地基基础时,两种方案的工程量大致是一样的。当以桩基础为基础形式时,工程量和桩的类型有比较大的联系,如果使用承载力比较小的桩型,在布桩数量方面的差距是不明显的。如果使用单桩承载力比较大的大直径桩型,布桩时考虑单柱单桩,由于柱子的数量增加,桩的数量也会有所增加。所以在设计时,要根据具体的基础工程量和楼盖工程量的和来进行柱网尺寸的选择。
3平面规则对建筑结构造成的影响
建筑结构的平面规则性是影响建筑抗震效果的一个重要指标,规则的平面结构的地震反应要远低于不规则平面结构,地震灾害也会比较轻。结构计算可以将地震影响下结构的受力情况反映出来,使设计人员可以更好的根据地震反应情况对结构进行控制,设计出具有良好抗震效果的结构。通常情况下,越是简单的平面形状,单位造价相对来说就比较低。比如圆形结构,不仅受力相对复杂,而且建筑施工比较复杂,施工过程中需要花费比矩形建筑更高的费用。通常情况下,在建筑施工中,矩形和正方形会更加有利于居家布置和施工,此外还可以有效的降低工程的施工造价,在长方形住宅中,以长宽比为1∶2的住宅为最佳[3]。而且由于工程平面规则,可以充分利用抗侧力构件进行水平力的传送,结构的刚度可以达到设计的要求,具有良好的经济性和安全性。
4结语
综上所述,在本工程设计的过程中,通过对钢筋混凝土结构进行优化设计,在保证工程质量的基础上,有效的降低了工程的施工成本,提高了经济效益,值得在同类工程中推广运用。
作者:钟锋 单位:海南珠江建筑设计院有限公司
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