高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)論文
高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)論文
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,功能俱全的高層建筑越來(lái)越多。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也越來(lái)越成為建筑結(jié)構(gòu)工程師的重要工作內(nèi)容。下面是學(xué)習(xí)啦小編為大家整理的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)論文，供大家參考。
高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)論文范文一：探究高層建筑結(jié)構(gòu)邊節(jié)點(diǎn)抗震性能
1試驗(yàn)概況
1.1試驗(yàn)構(gòu)件設(shè)計(jì)和制作
邊節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)構(gòu)件取用承重框架梁柱反彎點(diǎn)之間的一個(gè)平面組合體，即“T字形”試件。為有效保證試件的澆筑質(zhì)量和垂直度，并與工程實(shí)際相符，全部試件均采用鋼模板、立模澆筑。邊節(jié)點(diǎn)構(gòu)件柱子的截面尺寸為200mm×200mm，梁的截面尺寸為150mm×250mm，縱向受力鋼筋采用HRB400級(jí)，箍筋采用HPB235級(jí)。柱子的配筋率為1.13%，梁的配筋率為0.9%，所有構(gòu)件配筋率和鋼筋的強(qiáng)度相同。為防止柱頭破壞，柱上、下兩端箍筋加密;節(jié)點(diǎn)核心區(qū)按照抗震要求對(duì)箍筋進(jìn)行了加密處理。本次試驗(yàn)共包括7根試件，詳細(xì)的試驗(yàn)構(gòu)件概況如表1所示，構(gòu)件的尺寸和配筋圖示，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)采用柱混凝土的構(gòu)件，施工縫留設(shè)在梁下部;節(jié)點(diǎn)核心區(qū)采用梁混凝土的構(gòu)件，分別在梁上和梁下留設(shè)兩道施工縫，施工縫處澆筑時(shí)間間隔為2天(48小時(shí))。
1.2試驗(yàn)方法和加載裝置
采用低周反復(fù)試驗(yàn)方法進(jìn)行研究，加載制度為力—位移混合控制加載，在開(kāi)始加載到構(gòu)件屈服前采用力控制;構(gòu)件屈服后，改用屈服位移的整數(shù)倍為級(jí)差作為回載控制點(diǎn)，每一位移下循環(huán)3次。在實(shí)際框架結(jié)構(gòu)中，當(dāng)作用水平荷載時(shí)，上柱反彎點(diǎn)可視為水平可移動(dòng)鉸，相應(yīng)的下柱反彎點(diǎn)可視為固定鉸;而節(jié)點(diǎn)兩側(cè)梁的反彎點(diǎn)可視為水平可移動(dòng)鉸。這樣可以有兩種加載方案：一種是在柱端施加水平荷載或位移，這時(shí)梁能夠左右移動(dòng)而上下受到約束，產(chǎn)生剪力和彎矩。這種邊界條件比較符合實(shí)際結(jié)構(gòu)中的受力狀態(tài);另一種是將柱保持垂直狀態(tài)，在梁的自由端施加反復(fù)荷載或位移，此時(shí)邊界條件變?yōu)樯舷轮磸濣c(diǎn)為不動(dòng)鉸，梁反彎點(diǎn)為自由端。本次試驗(yàn)采用的是柱端加載的方式，即采用在柱頂施加軸向力和水平力的方式進(jìn)行試本次試驗(yàn)在東北電力大學(xué)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)室進(jìn)行，采用美國(guó)MTS公司生產(chǎn)的MTS液壓式伺服加載系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)，采用MTS動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。試驗(yàn)自行設(shè)計(jì)了加載裝置，豎向加載裝置由反力架和1000kN數(shù)控電動(dòng)液壓伺服作動(dòng)器組成，水平加載裝置由反力墻和500kN數(shù)控電動(dòng)液壓伺服作動(dòng)器組成。試件垂直安放，為了保證柱的上、下兩端為理想的球鉸，在柱端設(shè)置了帶有滾動(dòng)軸的墊板，墊板上部為可轉(zhuǎn)動(dòng)的油壓千斤頂，柱下端為固定鉸支座;梁端由剛性連桿與地面鉸支座相連，保證梁端可以水平移動(dòng)但是不能垂直移動(dòng)。試驗(yàn)加載裝置示意圖如圖2所示。
2邊節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果與分析
2.1破壞現(xiàn)象
邊節(jié)點(diǎn)構(gòu)件BZ1為節(jié)點(diǎn)核心區(qū)采用梁中混凝土強(qiáng)度的構(gòu)件，構(gòu)件破壞圖片如圖3所示。構(gòu)件初始裂縫出現(xiàn)在梁端第一箍筋處，正向開(kāi)裂荷載為10kN;反向開(kāi)裂荷載為20kN;裂縫擴(kuò)展速度較快，裂縫區(qū)域主要集中在梁的端部范圍內(nèi)，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)只有少量細(xì)小的裂縫出現(xiàn)，沒(méi)有明顯破壞。構(gòu)件最后在梁端形成塑性鉸，塑性鉸發(fā)展充分構(gòu)件BZ1的柱子和梁的實(shí)際配合比相差2個(gè)強(qiáng)度等級(jí)，說(shuō)明當(dāng)梁柱強(qiáng)度等級(jí)相差較小時(shí)，節(jié)點(diǎn)能夠滿(mǎn)足抗震設(shè)計(jì)要求。當(dāng)延伸長(zhǎng)度為0.5h時(shí)，出現(xiàn)裂縫的范圍較小;當(dāng)延伸長(zhǎng)度為1.5h時(shí)，出現(xiàn)裂縫的范圍較大;延伸長(zhǎng)度為h時(shí)，裂縫的范圍居兩者之間;同時(shí)，只有延伸長(zhǎng)度為0.5h時(shí)，在梁的根部出現(xiàn)了破壞裂縫。從開(kāi)裂荷載上看，延伸長(zhǎng)度為1.5h的構(gòu)件開(kāi)裂荷載最大，說(shuō)明延伸長(zhǎng)度對(duì)梁的開(kāi)裂荷載有一定的影響。節(jié)點(diǎn)核心區(qū)均未產(chǎn)生明顯的破壞，這是由于所有構(gòu)件均采用了“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)，弱構(gòu)件”的設(shè)計(jì)原則，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的箍筋做了加密，采用了柱子的混凝土強(qiáng)度澆筑節(jié)點(diǎn)核心區(qū);與梁和柱子相比較，節(jié)點(diǎn)具有更好的抵抗低周反復(fù)荷載的能力。
2.2骨架曲線(xiàn)和滯回曲線(xiàn)不同軸壓比和不同延伸長(zhǎng)度下，邊節(jié)點(diǎn)核心區(qū)采用柱子混凝土強(qiáng)度的構(gòu)件骨架曲線(xiàn)對(duì)比。軸壓比越大，滯回曲線(xiàn)的剛度也越大。在0.3和0.5軸壓比下，延伸長(zhǎng)度對(duì)骨架曲線(xiàn)的形態(tài)、屈服荷載和最大荷載都沒(méi)有顯著影響，而延伸長(zhǎng)度為0.5h的試件，下降段更陡峭一些。光滑;軸壓比越大，滯回曲線(xiàn)的剛度也越大;從卸載曲線(xiàn)上看，主筋在節(jié)點(diǎn)存在一定量的滑移。其余邊節(jié)點(diǎn)構(gòu)件的滯回曲線(xiàn)，均呈較光滑的梭形。
2.3承載力和延性性能分析邊節(jié)點(diǎn)構(gòu)件的試驗(yàn)結(jié)果，延性系數(shù)取用最大位移(即構(gòu)件的最大承載力對(duì)應(yīng)的位移)與屈服位移的比值，屈服位移由圖解法確定。從表2可以看出，在0.3軸壓比下，延伸長(zhǎng)度為1.5h時(shí)的延性性能最好，為3.26;延伸長(zhǎng)度為h時(shí)的延性性能稍差，為3.11;延伸長(zhǎng)度為0.5h時(shí)的延性性能最小，為2.53;延伸長(zhǎng)度對(duì)屈服荷載和最大荷載沒(méi)有顯著影響。在0.5軸壓比下，延伸長(zhǎng)度為h時(shí)的構(gòu)件延性性能最好，為2.73;為1.5h時(shí)的延性性能稍差，為2.41;為0.5h時(shí)的延性性能最小，為2.38。從試驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，延伸長(zhǎng)度為0.5h時(shí)，延性性能最差，隨著延伸長(zhǎng)度的增加，延性性能增大。延伸長(zhǎng)度為1.5h時(shí)的試件最大荷載略高于其他構(gòu)件，延伸長(zhǎng)度對(duì)屈服荷載沒(méi)有顯著影響。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，當(dāng)構(gòu)件所承受的軸壓比較低時(shí)，即使梁柱邊節(jié)點(diǎn)核心區(qū)采用強(qiáng)度較低的梁中混凝土，其承載能力仍能滿(mǎn)足要求，但是延性性能弱于節(jié)點(diǎn)核心區(qū)采用柱子混凝土強(qiáng)度的構(gòu)件。
3結(jié)論
(1)從破壞現(xiàn)象上看，試驗(yàn)構(gòu)件的破壞均為梁端的受彎破壞。當(dāng)構(gòu)件所承受的軸壓比較低時(shí)，即使邊節(jié)點(diǎn)核心區(qū)采用強(qiáng)度較低的梁中混凝土，其破壞形態(tài)仍為梁端受彎破壞，但是延性性能略有下降。
(2)從試驗(yàn)結(jié)果上看，柱子中高強(qiáng)混凝土在梁中的延伸長(zhǎng)度為1.5h時(shí)的承載能力和開(kāi)裂荷載最大，延伸長(zhǎng)度對(duì)屈服荷載沒(méi)有顯著影響。
(3)從延性性能上看，在0.3軸壓比下，延伸長(zhǎng)度為1.5h時(shí)的延性最好，為h時(shí)的延性稍差，為0.5h時(shí)的延性最小。在0.5軸壓比下，延伸長(zhǎng)度為h時(shí)的構(gòu)件延性最好，為1.5h時(shí)的延性稍差，為0.5h時(shí)的延性最小。從試驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，延伸長(zhǎng)度為0.5h時(shí)，延性性能最差，隨著延伸長(zhǎng)度的增加，延性性能增大。
高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)論文范文二：高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化探究
結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的管理措施
以施工為主營(yíng)的總承包商在海外D&B項(xiàng)目中，面臨著諸多挑戰(zhàn)，就本項(xiàng)目而言，主要面臨的問(wèn)題有:①由于項(xiàng)目的特殊性，業(yè)主方已經(jīng)完成項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)，雖規(guī)避了部分設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也失去了設(shè)計(jì)的主動(dòng)權(quán)。不僅對(duì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)產(chǎn)生一定的局限性，而且還需承擔(dān)原設(shè)計(jì)存在的缺陷風(fēng)險(xiǎn)。②由于設(shè)計(jì)規(guī)范、法律、文化背景與國(guó)內(nèi)情形有很大差別，僅僅依靠承包商自身技術(shù)力量難以完成設(shè)計(jì)任務(wù)。③采用設(shè)計(jì)分包，設(shè)計(jì)的核心技術(shù)往往由設(shè)計(jì)方控制，承包商多以被動(dòng)接受，難以有效進(jìn)行技術(shù)控制。④結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案與現(xiàn)場(chǎng)施工脫節(jié)問(wèn)題。⑤結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，涉及多部門(mén)、多專(zhuān)業(yè)工種，技術(shù)協(xié)調(diào)工作繁重。⑥項(xiàng)目合同工期壓力大，5棟塔樓的合同工期為32個(gè)月。針對(duì)上述問(wèn)題，制定了相應(yīng)的控制思路和具體管理流程。
1控制思路
1)改變管理觀念和意識(shí)在傳統(tǒng)施工承包模式下，由業(yè)主方提供設(shè)計(jì)文件，承包商沒(méi)有得到工程師相關(guān)變更指令，必須“按圖設(shè)計(jì)與施工”，原則上不得對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)行任何改動(dòng)。然而在D&B項(xiàng)目，承包商造價(jià)控制關(guān)鍵在設(shè)計(jì)階段。因此，要從根本上改變傳統(tǒng)施工總承包管理觀念和意識(shí)，建立適應(yīng)D&B項(xiàng)目總承包項(xiàng)目特點(diǎn)的新型設(shè)計(jì)、施工管理體系，充分發(fā)揮優(yōu)化設(shè)計(jì)的核心作用和優(yōu)勢(shì)。2)優(yōu)選設(shè)計(jì)公司，組建優(yōu)化團(tuán)隊(duì)首先在結(jié)構(gòu)技術(shù)設(shè)計(jì)階段，采用設(shè)計(jì)分包，并優(yōu)選國(guó)際知名的設(shè)計(jì)咨詢(xún)公司，為城市之光項(xiàng)目提供高質(zhì)量的方案和設(shè)計(jì)支持。其次為發(fā)揮優(yōu)化設(shè)計(jì)的核心作用和優(yōu)勢(shì)，聯(lián)合本地一家聲譽(yù)好、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)豐富的工程咨詢(xún)公司，對(duì)設(shè)計(jì)方提供結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，再進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。一方面彌補(bǔ)自身技術(shù)力量薄弱的特點(diǎn)，另一方面對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行技術(shù)監(jiān)督與控制。3)樹(shù)立優(yōu)化設(shè)計(jì)與施工集成思想結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案常常能滿(mǎn)足建筑功能和結(jié)構(gòu)安全可靠度的要求，然而往往設(shè)計(jì)人員施工經(jīng)驗(yàn)不足，對(duì)施工流程和工藝不熟悉，致使設(shè)計(jì)與現(xiàn)場(chǎng)施工脫節(jié)，造成施工難度加大，成本支出增加。因此結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)階段，始終樹(shù)立優(yōu)化設(shè)計(jì)與施工集成思想。同時(shí)要求施工技術(shù)人員積極參與設(shè)計(jì)方案討論，緊密結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和所采取的施工措施，將技術(shù)、材料和施工工藝進(jìn)行綜合考慮，以達(dá)到降低施工難度和工程造價(jià)的目的。4)各個(gè)專(zhuān)業(yè)統(tǒng)籌兼顧，力爭(zhēng)全局協(xié)調(diào)一致在工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，涉及多部門(mén)、多專(zhuān)業(yè)工種，其中包括結(jié)構(gòu)、建筑、電氣、給排水、暖通、煤氣等專(zhuān)業(yè)工種。由于各個(gè)專(zhuān)業(yè)各自獨(dú)立設(shè)計(jì)，勢(shì)必造成設(shè)計(jì)方案從局部看是合理的經(jīng)濟(jì)方案，但從全局看未必是合理優(yōu)良的方案。因此結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，不僅滿(mǎn)足建筑功能及規(guī)范的要求，而且還需各個(gè)專(zhuān)業(yè)統(tǒng)籌兼顧，力爭(zhēng)全局協(xié)調(diào)一致，達(dá)到最優(yōu)方案。
2管理實(shí)踐
根據(jù)上述的控制思路，并結(jié)合城市之光項(xiàng)目的特點(diǎn)，制定優(yōu)化設(shè)計(jì)施工管理體系的流程，分階段對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，如圖2所示。
結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)措施
1技術(shù)設(shè)計(jì)階段結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施
為滿(mǎn)足建筑功能的要求，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)往往不是唯一的，不同的結(jié)構(gòu)方案會(huì)使工程造價(jià)和工程質(zhì)量產(chǎn)生很大的差別，甚至決定項(xiàng)目建設(shè)的成敗。因此在滿(mǎn)足建筑功能和結(jié)構(gòu)安全可靠的前提下，著重分析結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)性。通過(guò)對(duì)原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的分析發(fā)現(xiàn)，原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)平面布置較為均勻，東西對(duì)稱(chēng)，豎向荷載傳遞合理。但是，首先對(duì)設(shè)計(jì)方提出結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的具體措施:①提高結(jié)構(gòu)材料的利用率，盡量采用高強(qiáng)度的鋼筋及混凝土;②對(duì)5棟塔樓筏板以及裙樓筏板重新驗(yàn)算與設(shè)計(jì);③對(duì)于水平承載構(gòu)件，盡量采用預(yù)應(yīng)力混凝土無(wú)梁板;④選擇正確的結(jié)構(gòu)計(jì)算方法;⑤優(yōu)化設(shè)計(jì)與施工集成思想。然后再根據(jù)設(shè)計(jì)方提供的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，聯(lián)合專(zhuān)業(yè)的結(jié)構(gòu)公司通過(guò)最優(yōu)的結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，再進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案的技術(shù)監(jiān)督與控制，提高設(shè)計(jì)的質(zhì)量。
提高材料的利用率。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)目的是提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的性?xún)r(jià)比，對(duì)結(jié)構(gòu)材料的選用要合理，利用要充分。要根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的不同受力特點(diǎn)、工作環(huán)境和材料本身力學(xué)性能，選用合適的結(jié)構(gòu)材料，對(duì)于高層建筑尤為重要。①采用高強(qiáng)度的鋼筋，主要優(yōu)點(diǎn)有減少鋼筋用量，減小結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸，減輕結(jié)構(gòu)自重。本項(xiàng)目采用強(qiáng)度級(jí)別為460N/mm2熱軋帶肋鋼筋。②盡可能采用高強(qiáng)度的混凝土，充分利用混凝土的抗壓性能，不僅減小構(gòu)件的截面尺寸，增加使用空間，而且減輕自重提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。如5棟塔樓的豎向結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級(jí)主要為C60，水平承載結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40。③對(duì)于高層結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換層和受力結(jié)構(gòu)復(fù)雜的節(jié)點(diǎn)部位，采用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，利用材料的力學(xué)性能，組合使用，以達(dá)到適用、安全、經(jīng)濟(jì)的目的。如C10a塔樓的L16剪力墻采用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)，將原來(lái)8道混凝土剪力墻減少到4道。
筏板基礎(chǔ)。1)塔樓的筏板基礎(chǔ)該項(xiàng)目5棟塔樓基礎(chǔ)為筏板基礎(chǔ)，原設(shè)計(jì)方案中C2，C3和C10，C11塔樓的筏板厚度為3m;C10a塔樓筏板厚度為3.5m，通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，可以減小筏板厚度和配筋率，并提出兩種優(yōu)化方案:①方案1保持筏板頂標(biāo)高和厚度不變，減少5%的鋼材用量;②方案2保持筏板頂標(biāo)高不變，筏板厚度減小500mm，同時(shí)可以減少15%混凝土用量和5%的鋼材用量。對(duì)兩種方案進(jìn)行比較，方案2的經(jīng)濟(jì)效益明顯較好。但是，由于現(xiàn)場(chǎng)樁基礎(chǔ)已經(jīng)施工完成，即樁頭標(biāo)高已定。如果采用此方案，保持筏板頂標(biāo)高不變，因樁頂標(biāo)高低于筏板底500mm，難以實(shí)現(xiàn)。如果保持筏板底標(biāo)高不變，B3地下室凈空間增大500mm，一方面業(yè)主不認(rèn)可，另一方面因凈高的增加致使一系列的結(jié)構(gòu)構(gòu)件需要重新設(shè)計(jì)，如樓梯、坡道等，不經(jīng)濟(jì)。因而最終采用方案1，節(jié)約5%塔樓筏板基礎(chǔ)鋼筋用量。2)裙樓的筏板基礎(chǔ)C10，C11裙樓淺筏板總面積約5945m2，C2，C3裙樓淺筏板總面積約4297m2，設(shè)計(jì)方提供的方案為:筏板的厚度均為500mm，其中樁帽區(qū)域鋼筋為:T1&T2為Y16-150;B1&B2為Y25-150，非樁帽區(qū)域?yàn)椋琓1&T2為Y12-125;B1&B2為Y16-175。為此聯(lián)合專(zhuān)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)公司，計(jì)算分析發(fā)現(xiàn)原筏板設(shè)計(jì)過(guò)于保守。提出具體優(yōu)化措施:①利用裙樓筏板鋼筋取代樁帽上部鋼筋;②裙樓筏板的厚度從500mm減至400mm;③合理減小鋼筋配筋率，為雙層雙向Y12-150鋼筋網(wǎng)片。如圖3，4所示。
水平承載構(gòu)件盡量采用預(yù)應(yīng)力無(wú)梁板。采用預(yù)應(yīng)力無(wú)梁混凝土板相對(duì)于普通混凝土梁板的最大優(yōu)點(diǎn)在于節(jié)約鋼材用量和降低施工難度。原設(shè)計(jì)方案中，5棟塔樓的樓板全部為普通混凝土板，裙樓樓板為普通混凝土板加局部預(yù)應(yīng)力板，預(yù)應(yīng)力板所占的比例較少。為此，優(yōu)化具體措施為:①4000mm×4000mm×375mm柱帽構(gòu)造措施，取消部分混凝土梁。②由于裙樓面積較大和預(yù)應(yīng)力板的鋼絞線(xiàn)張拉限制，設(shè)置多條后澆帶;③將5棟塔樓核心筒外圍的混凝土板全部設(shè)計(jì)為預(yù)應(yīng)力板;④對(duì)于跨度較大的混凝土梁，設(shè)計(jì)成后張法預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁。如C10a塔樓○F3和○F5軸線(xiàn)之間的混凝土梁最大跨度達(dá)17.2m，采用后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁，不僅降低施工難度，而且減少鋼筋和混凝土用量。以C10，C11裙樓L6層為例，原設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力混凝土板的面積占該層總面積的25%，優(yōu)化后預(yù)應(yīng)力混凝土板的面積占該層總面積的79%，大大提高了預(yù)應(yīng)力混凝土板的比例，如圖5所示。
選擇正確的結(jié)構(gòu)計(jì)算。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的過(guò)程就是對(duì)結(jié)構(gòu)方案追求完美的過(guò)程。然而在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)方重視設(shè)計(jì)速度，以完成任務(wù)為前提，設(shè)計(jì)人員往往不注重工程造價(jià)，常常為了保險(xiǎn)起見(jiàn)，加大安全系數(shù)，只要保證設(shè)計(jì)方案不出現(xiàn)大的質(zhì)量問(wèn)題，方案的好壞、造價(jià)的高低無(wú)關(guān)緊要。因此選擇正確的結(jié)構(gòu)計(jì)算尤為重要，為此聯(lián)合專(zhuān)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)公司，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行技術(shù)監(jiān)督與控制。例如對(duì)裙樓擋土墻及剪力墻，通過(guò)建立結(jié)構(gòu)模型，重新分析驗(yàn)算，使結(jié)構(gòu)達(dá)到最優(yōu)化。C10，C10a，C11塔樓505m長(zhǎng)地下室擋土墻，原設(shè)計(jì)方案共有5種類(lèi)型，從地下3層至首層墻體厚度都為500mm，并設(shè)計(jì)不同類(lèi)型的拉接鋼筋，間距為Y12-125(max)，如圖6所示。為此，結(jié)合相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)和地質(zhì)勘探報(bào)告，根據(jù)不同深度的土壤對(duì)擋土墻水平側(cè)壓力不同和豎向承載力的變化，對(duì)擋土墻進(jìn)行再驗(yàn)算。優(yōu)化結(jié)果:①墻厚范圍地下3層至地下2層為400mm，地下2層至地下1層為300mm，地下1層至首層為250mm。②根據(jù)美標(biāo)ACI318-0514.3.6的規(guī)定，如果豎向鋼筋的配筋率≤0.01，則可不設(shè)置水平方向拉筋。但考慮現(xiàn)場(chǎng)施工要求，設(shè)置Y10@450～500水平拉筋，便于豎向鋼筋固定。③按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總說(shuō)明的要求，拉筋兩端為180°彎鉤，施工難度較大，為此優(yōu)化拉筋樣式為一端90°，一端180°。
優(yōu)化設(shè)計(jì)與施工集成思想。在技術(shù)設(shè)計(jì)階段，始終樹(shù)立優(yōu)化設(shè)計(jì)與施工集成思想。應(yīng)緊密結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和所采取的施工措施，將技術(shù)、材料、施工工藝和施工措施的優(yōu)點(diǎn)集中體現(xiàn)在優(yōu)化設(shè)計(jì)方案中，避免設(shè)計(jì)與施工脫節(jié)，造成施工成本增加，同時(shí)降低施工難度，保證了工期。以C2，C3塔樓臺(tái)模水平運(yùn)輸為例進(jìn)行說(shuō)明。C2，C3塔樓樓板采用臺(tái)模體系，由于結(jié)構(gòu)形式為剪力墻加核心筒結(jié)構(gòu)，如圖7所示，剪力墻與核心筒相連，使得臺(tái)模水平運(yùn)輸困難。如果利用塔式起重機(jī)周轉(zhuǎn)臺(tái)模，施工難度大且進(jìn)度慢。為此根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和施工要求，采用預(yù)留施工洞口，即在剪力墻上預(yù)留4.0m×2.9m(寬×高)洞口，以方便臺(tái)模水平周轉(zhuǎn)運(yùn)輸。經(jīng)與設(shè)計(jì)方協(xié)商，在保證結(jié)構(gòu)安全前提下，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，C2塔樓從L7至L32層，在每層軸線(xiàn)○RC/○RD/○RE預(yù)留6個(gè)洞口，C3塔樓從L7至L28層，在軸線(xiàn)○RK/○RL/○RM預(yù)留6個(gè)洞口;待結(jié)構(gòu)施工完成，洞口將用磚墻砌筑。通過(guò)上述措施，一方面降低施工難度，顯著提高施工進(jìn)度，另一方面用磚墻代替混凝土，減少鋼材和混凝土用量。由于篇幅有限，其他案例不再贅述。
2施工圖設(shè)計(jì)階段結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施
施工圖設(shè)計(jì)是根據(jù)已經(jīng)批準(zhǔn)的設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行的深化設(shè)計(jì)。施工圖質(zhì)量對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的施工質(zhì)量起到至關(guān)重要的影響。為此通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)的施工圖紙進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，進(jìn)一步對(duì)工程造價(jià)進(jìn)行控制。主要采取的措施有:精細(xì)化設(shè)計(jì)，采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，控制局部小的變更在現(xiàn)場(chǎng)施工之前的措施。1)精細(xì)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的施工圖紙?jiān)骄?xì)，現(xiàn)場(chǎng)施工越順利，而且易于發(fā)現(xiàn)局部設(shè)計(jì)差異。為此，可以采取以下措施:①針對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件，如梁、板、柱、墻，精細(xì)到每根鋼筋，標(biāo)明鋼筋尺寸及根數(shù)、長(zhǎng)度、搭接位置及長(zhǎng)度等，大大降低鋼筋放樣階段浪費(fèi);②針對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)，精細(xì)到每個(gè)節(jié)點(diǎn)，標(biāo)明尺寸、高度等。③對(duì)于結(jié)構(gòu)構(gòu)件平面定位，不僅標(biāo)明具體的尺寸，而且精確到每個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)。2)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)在施工圖設(shè)計(jì)階段采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)可以降低工程造價(jià)，具體為:減少深化設(shè)計(jì)的工作量，提高設(shè)計(jì)的效率，大大縮短施工圖設(shè)計(jì)周期;采用標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件可以加快工程施工進(jìn)度，減少材料浪費(fèi)，標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)有較強(qiáng)的通用性，可以大量重復(fù)使用，較為經(jīng)濟(jì)。如梁上洞口標(biāo)準(zhǔn)加鋼筋節(jié)點(diǎn)，設(shè)備基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)配筋節(jié)點(diǎn)，圈梁構(gòu)造柱節(jié)點(diǎn)，剪力墻標(biāo)準(zhǔn)配筋節(jié)點(diǎn)等。3)盡量控制局部小變更在現(xiàn)場(chǎng)施工之前在施工圖精細(xì)化過(guò)程中，對(duì)于局部設(shè)計(jì)差異，及時(shí)與設(shè)計(jì)方溝通，并通過(guò)變更節(jié)點(diǎn)直接用于現(xiàn)場(chǎng)施工;對(duì)于施工難度較大的節(jié)點(diǎn)，及時(shí)提出合理建議，調(diào)整局部設(shè)計(jì)，降低施工難度。將此類(lèi)局部小變更控制在現(xiàn)場(chǎng)施工之前，避免現(xiàn)場(chǎng)返工，有利于對(duì)施工成本的控制。
結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)效益
通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)在本項(xiàng)目取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)約大量的材料，降低勞動(dòng)力的使用量，提高施工進(jìn)度。僅與優(yōu)化公司聯(lián)合優(yōu)化的部分，就節(jié)約了混凝土2.7萬(wàn)m3，鋼筋約136t，合計(jì)減少材料成本1680萬(wàn)迪拉姆。
結(jié)語(yǔ)
通過(guò)在本高層項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，總結(jié)了在D&B總承包合同模式下結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)控制思路與管理實(shí)踐，并結(jié)合措施與案例分析。實(shí)踐證明，傳統(tǒng)施工承包商在D&B項(xiàng)目中采用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，有效控制工程造價(jià)，并取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)也給同類(lèi)D&B項(xiàng)目，提供結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)借鑒。但是在D&B總承包合同下，對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)也面臨一些認(rèn)識(shí)不足的問(wèn)題:①設(shè)計(jì)方重視設(shè)計(jì)速度，以完成任務(wù)為前提，通常提供單一化的方案，可比性不強(qiáng);②所有的優(yōu)化方案必須經(jīng)原設(shè)計(jì)方的認(rèn)同并作修改，再次審批和施工圖評(píng)審，導(dǎo)致設(shè)計(jì)周期延長(zhǎng)，甚至影響現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度;③對(duì)設(shè)計(jì)方案存在的缺陷，缺乏量的界定、責(zé)任的劃分和可供操作的處罰條款，是不負(fù)經(jīng)濟(jì)責(zé)任的設(shè)計(jì)對(duì)造價(jià)控制缺乏基本的原動(dòng)力，還有待在實(shí)踐中不斷加以完善和提升。
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