高层建筑优化设计方法

高层建筑优化设计_陈文钦_建筑设计_建筑中文网。通过将外围框筒结构改为框撑结构，与内筒构成框撑-核心筒结构体系，经过计算分析，该结构体系可取得较好的抗侧刚度，能满足现行规范的要求，并能节约混凝土用量约7000m3，增加建筑使用面积约2000m2。

1工程概况 本工程位于重庆市渝中区的中心地带，建筑面积约100000m2，由7层裙楼及56层塔楼组成，裙房平面尺寸为81m-54m，塔楼平面尺寸为34m-34m（外包尺寸为37.6m-37.6m），将地下二层按规范要求的嵌固构造处理，使其作为上部的嵌固端，嵌固以下埋深11.9m，以上229.3m（结构计算高度）。建筑总高度为241.2m（未包括出屋面的电梯，观景厅及水箱间的高度），核心筒平面尺寸14.6m-14.6m。该结构平面布置规则、对称，竖向抗侧力构件上下连续贯通、无刚度突变（见图1、2）。 该项目地下部分及塔楼筏板基础建成后停工至今已达三年之久，被市列为四久工程。（参考《建筑中文网》）

2结构优化 2004年7月业主委托我院对该项目进行方案优化设计，要求方案满足建筑扩大空间、结构安全、经济合理并符合超限高层建筑抗震规范要求。对原设计单位所作的结构设计方案，我院提出以下优化意见。

①减少外围框架柱数量，增大建筑空间 为满足建筑大空间的功能要求，将原设计方案中每边八根柱减少到每边五根柱，底层柱截面由原设计的1500mm-1500mm、1400mm-1500mm增大为1800mm-1800mm、1700mm-1700mm，上部各层柱分段减小，以满足轴压比的要求。优化后可以增加建筑使用面积约750m2，并节约混凝土用量约2700m3。为了弥补结构抗侧刚度的不足，在塔楼四角区设置L型桁架（见图3），构成框架桁架结构，内部布置剪力墙核心筒，形成框撑-核心筒体系。并且在建筑上将四周的支撑暴露，造型美观，具有独特的标志性风格。

②减小核心筒内墙墙体厚度   经过计算分析，芯筒内的内墙对抗侧刚度贡献较小，主要承受的竖向荷载是墙体本身的重量，因此可以将内墙厚度适当减薄。原设计方案芯筒内墙厚度为800、400、350、250mm，优化设计后改为400、250、200mm。同时将原设计中芯筒外墙厚度也减少100mm，由此可以节约混凝土用量约4500m3，增加建筑使用面积约1250m2。  ③其他 在满足结构安全的情况下，将原设计方案中窗群梁由500mm-1500mm优化为500mm-700mm，塔楼井字梁由250mm-450mm优化为200mm-400mm。

3结构整体分析

3.1设计基本参数

①设计基准期50年，使用年限100年，安全等级为一级，地基设计等级为甲级。   ②本工程抗震设防烈度为6度，地震分组为第一组，设计基本地震加速度为0.05g，建筑抗震设防类别为两类。由于本工程特别重要，现将建筑设防类别提高为乙类。由于本工程建筑场地为I类场地，仍按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震构造措施。该工程为B级高度建筑，其结构抗震等级剪力墙和框架柱均为二级。   ③场地的特征周期，水平地震影响系数最大值，放大系数。   ④基本风压为0.45kN/m2，基本风压增大系数取1.2，即按0.54kN/m2取用。地面粗糙为C类，风压体形系数、风压高度变化系数及风振系数均按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001的规定采用，楼面活荷载标准值按荷载规范取值。

3.2主要结构构件截面

表1 核心筒剪力墙尺寸

楼层

心筒外墙厚心筒内墙厚-2F～4F800400/250/2005F～21F700400/250/20022F～32F600350/250/20033F～40F500350/250/20041F～53F400300/20053F以上400300/200

表2 框架柱截面尺寸

楼层

角柱中柱框架主梁-2F～4F1800-18001700-1700500-7005F～22F1800-18001700-1600500-70023F～31F1700-17001700-1400500-70032F～39F1600-16001700-1200500-70040F～52F1400-14001700-1000500-70052F以上1200-12001700-800500-700

表3 混凝土强度等级

楼层

核心筒墙框架柱梁、板-2F～24FC60C60C3025F～33FC50C50C3034F～42FC40C40C3042F以上C30C30C30

3.3计算模型与程序

根据本工程结果的特殊性，结构整体分析采用SATWE和TAT两种软件分析计算。为了优化结构设计，并充分利用已经施工完成的基础，根据专家组的建议，分别对六柱方案、五柱方案和四柱方案三种框撑-核心筒体系进行计算分析。综合分析以上三种方案，专家组一致推荐第二方案，即五柱方案。

3.4主要计算结果

①五柱方案   表4～表6为SATWE和TAT主要计算结果的对比分析。应说明的是，采用SATWE程序计算，可将楼板按弹性楼板考虑，消除了复杂结构体系按刚性楼板假定计算带来的误差。

注：表中只列出了前9个周期。

表5 抗风计算结果

分析软件

SATWETAT备注x向最大层间位移1/11631/1033满足规范要求y向最大层间位移1/11271/1012满足规范要求x向顶点位移163.25181.97满足规范要求y向顶点位移170.03185.73满足规范要求x向总剪力（kN）12813.612999.04

表6 抗震计算结果

分析软件

SATWETAT备注x向最大层间位移1/18361/1969满足规范要求y向最大层间位移1/18041/1968满足规范要求x向顶点位移102.0190.62满足规范要求y向顶点位移105.0191.26满足规范要求x向总剪力（kN）8410.211730.15以上由鲁班乐标搜集整理，更多关于“高层建筑优化设计方法”等建筑方面知识可以关注鲁班乐标行业栏目。