復(fù)雜建筑結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)的優(yōu)化思路探究

但彥

文章首先對(duì)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的基本概念以及預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響進(jìn)行了分析，然后結(jié)合某復(fù)雜建筑結(jié)構(gòu)案例展開(kāi)探討，對(duì)預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)的優(yōu)化思路與流程做出了分析與說(shuō)明，希望能夠?yàn)榻Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定性水平的提高提供支持。

預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)概述

構(gòu)件是組成建筑工程主體結(jié)構(gòu)的最主要部分。在建筑工程設(shè)計(jì)與施工方案的計(jì)劃中，不單單需要考慮到混凝土模塊自身重量對(duì)構(gòu)件的影響，同時(shí)還要考慮到鋼筋結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的拉應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的影響。因此，在具體施工中，為了確保結(jié)構(gòu)的安全性，工作人員常常會(huì)在混凝土結(jié)構(gòu)中增加一定的壓力，通過(guò)這種方式，使混凝土構(gòu)件的使用壽命得到提高，同時(shí)促進(jìn)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性與耐久性水平的提高。而在這一過(guò)程當(dāng)中，所施加的預(yù)應(yīng)力構(gòu)件即本文研究的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。特別是在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的建筑物中，預(yù)應(yīng)力的合理設(shè)計(jì)對(duì)優(yōu)化結(jié)構(gòu)性能意義重大。

工程概況

某歌舞劇院是XX市地標(biāo)性建筑的，工程建筑面積為5.0萬(wàn)m?，建筑高度為46.2m，建筑結(jié)構(gòu)方面地下層數(shù)為4層，地上層數(shù)為10層，為了滿足建筑功能需求，平面布局涉及到了舞臺(tái)，音樂(lè)廳，后臺(tái)，以及多功能廳等多個(gè)部分，附屬結(jié)構(gòu)較多。

由于本建筑物屬于公共建筑，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中對(duì)布置方案以及尺寸設(shè)計(jì)有非常嚴(yán)格的要求?？紤]到本建筑結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中應(yīng)用了包括剪力墻、梁板、直柱、以及曲柱在內(nèi)相互組成的多個(gè)超靜定結(jié)構(gòu)體系。同時(shí)，該建筑物各個(gè)部分使用功能的實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)空間有嚴(yán)格要求，以大廳為例，該分區(qū)對(duì)空間高度要求較高，預(yù)應(yīng)力梁體跨度極限值可達(dá)到25.0m，設(shè)計(jì)荷載水平高。

預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)優(yōu)化流程分析

首先，根據(jù)本空間構(gòu)造特點(diǎn)，引入ANSYS軟件建立計(jì)算模型，有限元計(jì)算中可表明，對(duì)于側(cè)墻薄壁墻肢體上端彎矩作用力而言，也對(duì)預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)產(chǎn)生直接影響。因此，控制截面分別選擇為梁體跨中截面部分、梁端截面部分、以及側(cè)墻薄壁墻肢部分。從墻肢上段受抗彎強(qiáng)度限制的角度上來(lái)看，可以形成如下約束方程：

①；

在①式中，將工作荷載基本力作用下墻肢上端的彎矩作用力定義為，將基本力作用下墻肢上端的彎矩作用力定義為，將基本力作用下墻肢上端的彎矩作用力定義為，將基本力作用下墻肢上端的彎矩作用力定義為，將側(cè)墻薄壁墻肢上端所能夠承受的最大彎矩作用力定義為。

結(jié)構(gòu)加載分別考慮三種廣義基本力以及工作荷載作用力對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，分別定義為（工作荷載作用力），取值為124.5kN/m，（廣義基本作用力），取值為1000.0kN，（廣義基本作用力），取值為100.0kN·m，（廣義基本作用力），取值為10.0kN/m。

在此基礎(chǔ)之上，根據(jù)梁體結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)以及設(shè)計(jì)參數(shù)的取值情況，同時(shí)分析梁體結(jié)構(gòu)在三個(gè)控制斷面狀態(tài)下經(jīng)過(guò)優(yōu)化得到的數(shù)據(jù)值引入式①當(dāng)中，即能夠得到該模型所對(duì)應(yīng)的約束條件方程。

結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于復(fù)雜性的建筑結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，在設(shè)計(jì)方案與設(shè)計(jì)功能要求的諸多限制下，對(duì)預(yù)應(yīng)力配筋設(shè)計(jì)有非常嚴(yán)格的要求，常規(guī)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化方法無(wú)法對(duì)問(wèn)題進(jìn)行有效解決，達(dá)到滿意的設(shè)計(jì)效果。但通過(guò)后張預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)的方式，能夠起到合理調(diào)整預(yù)應(yīng)力水平的目的，使復(fù)雜建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)目標(biāo)更加明確，在優(yōu)化設(shè)計(jì)中與有限元計(jì)算相互結(jié)合，使最終得到的預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)方案更加的有效與可靠。本文即圍繞復(fù)雜建筑結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)的優(yōu)化思路進(jìn)行分析，望引起重視。

（作者單位：錦州華地建設(shè)集團(tuán)有限公司）