文档介绍：高层建筑结构设计优化的研究
高层建筑结构设计优化的研究
摘要:当前随着我国经济稳步前进,各地的高层建筑拔地而起,而且结构类型和功能也更加趋向于复杂化和多样化,为此,对建筑结构设计优化也就提出了更高的要求。
关键词:特点;设计方法;应用;策略
中图分类号: TU2文献标识码:A

1、引言
如今我国人口的继续增长,使得建筑物也越来越多,有许多城市的土地资源有限,这样导致土地价格越来越高,从而导致了建筑商的建筑成本也就越来越高。结构优化设计思想是当今国内外比较有价值的一种理论系统。运用该理论方法,实现人民对于居住环境和生活环境的改善,提高建筑产品的质量与品味,满足小康社会人们对新生活的需求,同时降低工程建筑的造价成本,实现建筑商利润最大化的目标,这具有适用、经济、实用的价值。
2、高层建筑结构设计特点
(1)水平荷载成为决定因素
一方面,因为楼房自重和楼面使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值,仅与楼房高度的一次方成正比;而水平荷载对结构产生的倾覆力矩,以及由此在竖构件中引起的轴力,是与楼房高度的平方成正比;另一方面,对某一定高度楼房来说,竖向荷载大体上是定值,而作为水平荷载的风荷载和地震作用,其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。
(2)轴向变形不容忽视
高层建筑中,竖向荷载数值很大,能够在柱中引起较大的轴向变形,从而会对连续梁弯矩产生影响,造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小,跨中正弯矩之和端支座负弯矩值增大。
(3)侧移成为控制指标
与较低楼房不同,结构侧移已成为高楼结构设计中的关键因素随着楼房高度的增加,水平荷载下结构的侧移变形迅速增大,影响结构安全,因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。
(4)结构延性是重要设计指标
相对于较低楼房而言,高楼结构更柔一些,在地震作用下的变形更大一些。为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力,避免倒塌,特别需要在构造上采取恰当的措施,来保证结构具有足够的延性。
3、优化的结构设计方法
(1)建筑模型的优化结构设计方法
一项大的建筑工程,先设计建筑模型,那么建筑模型的优化是十分必要的。建筑工程的结构优化设计主要包括:基础结构方案的优化设计、围护结构方案的优化设计、屋盖系统方案的优化设计和结构细部设计的优化设计。除此之外,还需要做选型、布置、受力分析、造价分析等内容的优化设计。所有这些设计,都按照一切从实际出发的原则来进行,根据工程的具体实际情况,围绕房屋建筑的综合经济效益的目标进行结构优化设计。在进行结构设计时,首先要满足设计意图后,尽量使平面布置规则,缩小刚度和质量中心的差异,这样可以避免水平荷载与建筑物中太大的扭转作用力。在竖直方向上应避开使用转换层,减少应力集中现象。
(2)建筑模型的优化结构设计的计算方案
完成计算方案的设定后只需编制相应适用的运算程序即可得到我们的最终优化结果。然而,结构设计的优化涉及到多个变量、多个约束条件,这是属于一个非线性的优化问题,在设定计算方案时,需要将有约束条件转变为无约束条件来进行计算。建筑工程设计中常用的方法有Powell算法、拉氏乘子法和符合型等方法。利用这些方法来计算建筑模型的优化结构设计方案。
4、优化的结构设计在实践中的应用
在设计好了优