西安三桥项目某区域裙房的结构选型分析及优化设计 毕业设计.docx

西安三桥项目某区域裙房的结构选型分析及优化设计目录1 工程概况12 选型分析23 结构布置优化44 构件优化55 优化前后对比55.1 建筑效果65.2 整体计算结果65.3 经济性分析66 结论7参考文献81 工程概况华润置地西安三桥商业一期项目位于陕西省西安市沣渭新区西郊三桥新街与老西户公路丁字口西南角，南与华宇凤凰城一墙相隔，交通便利。该项目为一特大型城市商业综合体，集商业、办公、餐饮、会议、文娱等于一体，功能齐全、规模庞大。对于其建筑结构而言，既有高层、超高层办公塔楼，又有大面积、大跨度、大悬挑的商业裙房，传统单一的结构形式显然难以满足要求，因此属典型的大跨度混合结构。在本工程中，a-8轴至b-7轴交a-a轴至a-f轴区域的商业裙房最具代表性，如图1-1所示。该区域裙房两侧是商铺，中间为服务大厅，楼层4层，首层高6.0m，其他层高5.4m，建筑平面形状不规则，跨度最大达19m，悬挑最大达9m以上，且两侧均有连廊与周围裙房相连，传统单一的结构形式难以满足要求。因此，本文选取该区域的商业裙房作为研究对象，分析探讨大跨度混合结构的优化设计。根据建筑功能等的要求，成都基准方中建筑设计事务所的初步设计结构布置如图1-2所示。研究区域放大图图1-1 建筑平面示意图图1-2 结构布置示意图2 选型分析对于大跨度建筑，传统单一的结构形式通常难以满足要求，而混合结构可以充分发挥各种材料和构件的优势，是一种比较理想的结构形式。在城市商业综合体这种大跨度混合结构中，钢混凝土组合楼盖、型钢混凝土梁、型钢混凝土柱等组合构件运用最多，其相互之间的混合及其与混凝土构件、钢构件等的混合也是最为常见的混合结构形式（见表2-1）。竖向构件系统水平构件系统混凝土梁+混凝土板钢梁+组合板型钢混凝土梁+混凝土板混凝土柱钢柱型钢混凝土柱表2-1 常见大跨度结构形式本文对几种常见的混合结构形式进行比较分析，同时与单一的混凝土结构、钢结构进行对比，研究各自的优缺点，最后做出结构最优选型。建模分析时，构件编号及结构平面布置如图2-1所示（各层平面布置相似，本文构件分析仅以一层为例）。图2-1 构件编号及结构平面布置示意图建模分析时，混凝土强度等级取c30（n/mm2，n/mm2），钢筋强度等级取hrb400（n/mm2），型钢强度等级取q345（当板厚小于16mm时，n/mm2，当板厚为1635mm时，n/mm2，当板厚为3550mm时，n/mm2，当板厚为50100mm时，n/mm2）。混凝土板厚120mm，恒载（含板自重）首层及标准层取值5.2kn/m2，顶层取值6.2kn/m2。压型钢板组合板毛截面厚度也取120mm，恒载（含板自重）首层及标准层取值4.5kn/m2，顶层取值5.5kn/m2。梁、柱截面尺寸按照经济配筋率、经济应力比和经济含钢率等概念确定，以确保方案本身的经济性和不同方案之间的可比性。其中，钢筋混凝土柱的轴压比为0.50.6，配筋率为2%3%时，材料性能发挥充分，处于经济配筋率范围。钢筋混凝土梁的配筋率为1.1%1.5%时，较为经济。对于钢构件，应力比控制在0.750.95时，处于经济应力比范围。而对于型钢混凝土构件，其含钢率不宜小于4%，也不宜大于10%，一般控制在5%7%。本工程所做选型方案如下：方案一：混凝土柱+混凝土梁+混凝土板方案二：钢柱+钢梁+组合板方案三：混凝土柱+钢梁+组合板方案四：混凝土柱+型钢混凝土梁+混凝土板方案五：型钢混凝土柱+钢梁+组合板方案六：型钢混凝土柱+型钢混凝土梁+混凝土板经上述选型分析，本工程结构方案选取第六种方案，即型钢混凝土柱+型钢混凝土梁+混凝土板混合结构形式。3 结构布置优化对结构平面初步布置进行优化，如图3-1所示。优化位置1优化位置2图3-1 结构平面初步布置图位置1处，由于建筑功能要求需设置与右侧裙房柱并排的柱子，所以现在与主梁连接的柱子显得多余。结构布置优化时将现在与主梁连接的柱子取消，同时将与该柱相连的主梁搭在旁边必须设置的柱子上。位置2处，由于其他悬挑的地方都没有设置柱子，所以为使结构受力更均匀，结构布置优化时将该处的两根柱子取消。结构布置优化后，为方便建模分析，结构的构件编号等稍有改变，如图3-2所示。图3-2 结构布置优化后的构件编号及平面布置示意图4 构件优化本工程构件层次的优化主要针对框架柱的优化。由于导荷计算从上往下，所以柱的受力是由上往下逐渐增大的，在进行柱的设计时就可以将柱的尺寸根据受力有所调整。本工程中kz4为尺寸较大的型钢混凝土柱，混凝土用量和型钢用量都较大，所以有必要对其进行构件尺寸及含钢率的优化，优化后的柱尺寸见表4-1。表4-1 构件优化后的梁柱截面尺寸类型编号截面尺寸（mmmm）柱一层kz1500500kz2500700kz36006002020300100kz4100010002020700200二层kz1500500kz2500700kz36006002020300100kz49009002020600200三层kz1500500kz2500700kz36006002020300100kz49009002020600200四层kz1500500kz2500700kz36006002020300100kz49009002020500200梁主梁kl1、kl5300800kl2、kl3、kl435010001080020020kl6、kl8、kl103001000kl740011001090030020kl940011001090030020次梁l1、l2、l3、l7、l8、l9、l10、l11250750l4、l5、l63007501055020020l122507505 优化前后对比对方案六进行优化前后的对比，以验证结构布置优化及构件优化的有效性。对比时，主要从建筑效果、整体计算结果、经济性分析等三个方面入手。5.1 建筑效果优化前优化后主梁高度最大为1.1m，柱最大尺寸为1.25m。主梁高度最大为1.1m，柱最大尺寸为1.0m，且由下往上柱截面尺寸逐渐减小。5.2 整体计算结果优化前优化后结构质量结构总质量3773t，标准层1.29t/m2。 结构总质量3628t，标准层1.23/m2。结构规则性最大位移比为1.03（x向）、1.20（y向），满足抗规不宜大于1.2的要求。最大位移比为1.02（x向）、1.14（y向），满足抗规不宜大于1.2的要求。水平位移验算（最大层间位移角）x向地震1/619 1/5501/776 1/550y向地震1/637 1/5501/759 1/550x向风载1/7226 1/5501/5807 1/550y向风载1/3726 1/5501/2784 3.20%5.18% 3.20%y向7.59% 3.20%5.23% 3.20%楼层剪力满足要求。满足要求。5.3 经济性分析优化前优化后用量造价用量造价混凝土948.375.9909.372.7钢筋113.856.9109.154.6型钢149.0178.7108.7130.4合计311.5257.7注：1、表中材料用量及造价为估算值，仅作参考； 2、混凝土计量单位：m3 ; 钢筋和型钢计量单位：t ; 造价单位：万元； 3、混凝土单价：800元/ m3 ; 钢筋单价：5000元/t ; 型钢单价：12000元/t。6 结论通过上述方案的比选分析及结构布置优化、构件优化，可以得到以下结论：1、对于跨度为20m左右的商业裙房建筑，单一的混凝土结构和钢结构均难以满足要求，由型钢混凝土构件为主的混合结构具有优势，尤其是型钢混凝土梁，不仅可以有效减小梁高，增大楼层净高，与钢框架相比还能节省钢材达50%以上，经济效益可观，同时克服钢结构耐火性、耐腐蚀性差等弱点。2、在含型钢混凝土梁的混合结构中，节点大多为型钢与柱内预埋钢构件或型钢焊接，刚度较大，在水平力作用下传递给柱的剪力会增大，因此对柱在节点区域的抗剪承载力要求比普通钢筋混凝土框架柱的抗剪承载力要求更高，更应强化“强剪弱弯”、“强柱弱梁”、“强节点弱构件”等概念，严格实行型钢混凝土组合结构技术规程中关于梁柱节点区域箍筋加密的规定。3、经过结构布置优化和构件优化后，结构梁、柱尺寸会减小，结构质量更轻，材料用量（尤其是型钢用量）会大幅减少，这对于节约工程造价非常有利。4、随着大跨度混合结构的日益增多，积极探讨大跨度混合结构体系的优化设计，具有明显的社会和经济效益。共8页 第8页参考文献1 gb50009-2012建筑结构荷载规范s北京：中国建筑工业出版社，2012.2 gb50010-2010混凝土结构设计规范s北京：中国建筑工业出版社，2010.3 gb50011-2010建筑抗震设计规范s北京：中国建筑工业出版社，2010.4 gb50017-2003钢结构设计规范s北京：中国建筑工业出版社，2003.5 jgj3-2010高层建筑混凝土技术规程s北京：中国建筑工业出版社，2010.6 李国强，黄宏伟，吴迅等工程结构荷载与可靠度设计原理m北京：中国建筑工业出版社，2011.7 顾祥林混凝土结构基本原理m上海：同济大学出版社，2011.8 顾祥林建筑混凝土结构设计m上海：同济大学出版社，2011.9 沈祖炎，陈扬