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在設(shè)計(jì)的過程中,主體結(jié)構(gòu)的選擇是非常關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié),如果選擇的結(jié)構(gòu)體系類型不同,會導(dǎo)致工程的造價(jià)也出現(xiàn)比較大的變化。在設(shè)計(jì)時(shí),結(jié)構(gòu)工程師要按照建筑師的要求,在保證建筑功能的基礎(chǔ)上對建筑的結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行確定,使建筑達(dá)到適用、可靠、安全的效果。在選擇結(jié)構(gòu)類型時(shí),要嚴(yán)格按照下面幾個(gè)原則來進(jìn)行選擇:
(1)確定建筑的高寬比。在規(guī)范中房屋高寬比的規(guī)定雖然不是一個(gè)必須要滿足的條件,但是它是一個(gè)對結(jié)構(gòu)剛度、整體穩(wěn)定,抗傾覆能力,承載能力和經(jīng)濟(jì)合理性的宏觀控制指數(shù)。一般滿足高寬比限制的結(jié)構(gòu)有更好的抗側(cè)剛度,是比較科學(xué)的結(jié)構(gòu)方案。
(2)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),要根據(jù)建筑的材料性能、建筑的功能、建筑的高度、抗震設(shè)防烈度、抗震設(shè)防類別來選擇合適的結(jié)構(gòu)體系。
(3)要達(dá)到建筑造型和功能的要求。在布置水平構(gòu)件和豎向構(gòu)件時(shí),要在滿足建筑造型和功能的前提下進(jìn)行選擇,比如梁、柱子、板等,使其構(gòu)成一個(gè)空間結(jié)構(gòu),從而抵抗水平力和豎向力。豎向力主要由豎向可變荷載和建筑物的自重構(gòu)成,水平荷載主要由地震和風(fēng)荷載構(gòu)成。
(4)在正常使用的過程中,高層建筑要具有良好的剛度,防止因?yàn)槌霈F(xiàn)比較大的位移,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的承載力和穩(wěn)定性受到影響。
(5)對抵抗水平力的結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行合理的布置。要使結(jié)構(gòu)抗側(cè)力的合力中心和水平合力作用點(diǎn)的投影盡可能接近,從而降低出現(xiàn)偏心的情況,避免產(chǎn)生影響建筑物的扭矩。
(6)確定抗側(cè)力構(gòu)件的具置。質(zhì)量中心要和剛度中心盡可能接近,減小建筑扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。
(7)建筑樓層的高度。通常情況下,建筑面積確定時(shí),如果增加建筑樓層的高度會導(dǎo)致單位面積使用的材料數(shù)量增加。
2優(yōu)化多層框架結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)的大小
在建筑工程中,框架結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)的布局會直接影響工程的造價(jià),當(dāng)柱距比較小的時(shí)候,力的傳遞路線比較短,樓蓋結(jié)構(gòu)使用的材料也相對較少,但是使用的柱構(gòu)件材料會增加,和基礎(chǔ)費(fèi)用相比,當(dāng)柱網(wǎng)比較大的時(shí)候,會增加梁的高度,提高配筋率,導(dǎo)致造價(jià)升高,所以,柱網(wǎng)尺寸的合理性不僅對結(jié)構(gòu)的受力有比較大的影響,而且還會節(jié)省材料的使用量。
2.1結(jié)構(gòu)布置的方案
根據(jù)建筑場地以及使用功能的具體情況,分別布置三種結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行建模計(jì)算對比。
2.2對比方案
本工程使用PKPM-SATWE軟件對方案進(jìn)行計(jì)算,前三個(gè)陣型的振動周期,X、Y方向的扭轉(zhuǎn)系數(shù)和平動系數(shù)如表1所示。從表中可知,方案二的扭轉(zhuǎn)周期出現(xiàn)在第二陣型,說明該方案的結(jié)構(gòu)沿兩個(gè)主軸方向的側(cè)向剛度相差比較大,且扭轉(zhuǎn)周期比已超過0.9,屬于特別不規(guī)則結(jié)構(gòu),在地震作用下建筑的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)較大,可能引起不良后果,故結(jié)構(gòu)方案不考慮方案二。在方案一和方案三中,由于方案三的柱距較小,方案三的梁、柱截面積是最小的,方案一的梁、柱截面積次之。經(jīng)過對模型進(jìn)行配筋計(jì)算,方案一由于Y向的框架梁的跨度適中,并向外挑出,受力比較合理,配筋的計(jì)算也會降低很多,而方案三由于柱網(wǎng)很密,計(jì)算得到的梁配筋結(jié)果都比較小。兩個(gè)方案的層間位移計(jì)算數(shù)據(jù)均滿足規(guī)范要求,方案三在位移比控制方面更具優(yōu)勢,說明其在地震作用下的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)更小。在材料用量方面,方案一使用梁向外進(jìn)行懸挑的方法可以使內(nèi)跨梁的受力比較合理,材料的使用量比較經(jīng)濟(jì)。而方案三和方案一相比,雖然框架柱的柱網(wǎng)比較密,框架柱數(shù)量相對較多,但由于框架柱截面以及配筋均比較小,故方案三梁工程的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)總體上要小于方案一。例如在本工程中,方案一鋼筋含量約為34kg/m2,方案三含量約為33kg/m2,,市場鋼筋時(shí)價(jià)約為4000元,每立方米砼時(shí)價(jià)約為350元,則方案三梁柱的綜合造價(jià)比方案一可節(jié)省約22100元,經(jīng)濟(jì)性較好。在降低結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)大小不會對建筑功能造成影響的基礎(chǔ)上,使用方案三時(shí),需要對基礎(chǔ)造價(jià)因素進(jìn)行考慮,例如當(dāng)基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式為天然地基基礎(chǔ)時(shí),兩種方案的工程量大致是一樣的。當(dāng)以樁基礎(chǔ)為基礎(chǔ)形式時(shí),工程量和樁的類型有比較大的聯(lián)系,如果使用承載力比較小的樁型,在布樁數(shù)量方面的差距是不明顯的。如果使用單樁承載力比較大的大直徑樁型,布樁時(shí)考慮單柱單樁,由于柱子的數(shù)量增加,樁的數(shù)量也會有所增加。所以在設(shè)計(jì)時(shí),要根據(jù)具體的基礎(chǔ)工程量和樓蓋工程量的和來進(jìn)行柱網(wǎng)尺寸的選擇。
3平面規(guī)則對建筑結(jié)構(gòu)造成的影響
建筑結(jié)構(gòu)的平面規(guī)則性是影響建筑抗震效果的一個(gè)重要指標(biāo),規(guī)則的平面結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)要遠(yuǎn)低于不規(guī)則平面結(jié)構(gòu),地震災(zāi)害也會比較輕。結(jié)構(gòu)計(jì)算可以將地震影響下結(jié)構(gòu)的受力情況反映出來,使設(shè)計(jì)人員可以更好的根據(jù)地震反應(yīng)情況對結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制,設(shè)計(jì)出具有良好抗震效果的結(jié)構(gòu)。通常情況下,越是簡單的平面形狀,單位造價(jià)相對來說就比較低。比如圓形結(jié)構(gòu),不僅受力相對復(fù)雜,而且建筑施工比較復(fù)雜,施工過程中需要花費(fèi)比矩形建筑更高的費(fèi)用。通常情況下,在建筑施工中,矩形和正方形會更加有利于居家布置和施工,此外還可以有效的降低工程的施工造價(jià),在長方形住宅中,以長寬比為1∶2的住宅為最佳。而且由于工程平面規(guī)則,可以充分利用抗側(cè)力構(gòu)件進(jìn)行水平力的傳送,結(jié)構(gòu)的剛度可以達(dá)到設(shè)計(jì)的要求,具有良好的經(jīng)濟(jì)性和安全性。
4結(jié)語