復雜建筑結(jié)構(gòu)預應力設(shè)計的優(yōu)化思路探究

但彥

文章首先對預應力結(jié)構(gòu)的基本概念以及預應力設(shè)計對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響進行了分析，然后結(jié)合某復雜建筑結(jié)構(gòu)案例展開探討，對預應力設(shè)計的優(yōu)化思路與流程做出了分析與說明，希望能夠為結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性水平的提高提供支持。

預應力結(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)計與施工方案的計劃中，不單單需要考慮到混凝土模塊自身重量對構(gòu)件的影響，同時還要考慮到鋼筋結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的拉應力對結(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，工作人員常常會在混凝土結(jié)構(gòu)中增加一定的壓力，通過這種方式，使混凝土構(gòu)件的使用壽命得到提高，同時促進結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性與耐久性水平的提高。而在這一過程當中，所施加的預應力構(gòu)件即本文研究的預應力結(jié)構(gòu)。特別是在結(jié)構(gòu)復雜的建筑物中，預應力的合理設(shè)計對優(yōu)化結(jié)構(gòu)性能意義重大。

工程概況

某歌舞劇院是XX市地標性建筑的，工程建筑面積為5.0萬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，音樂廳，后臺，以及多功能廳等多個部分，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)計中對布置方案以及尺寸設(shè)計有非常嚴格的要求?？紤]到本建筑結(jié)構(gòu)較為復雜，結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中應用了包括剪力墻、梁板、直柱、以及曲柱在內(nèi)相互組成的多個超靜定結(jié)構(gòu)體系。同時，該建筑物各個部分使用功能的實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)空間有嚴格要求，以大廳為例，該分區(qū)對空間高度要求較高，預應力梁體跨度極限值可達到25.0m，設(shè)計荷載水平高。

預應力設(shè)計優(yōu)化流程分析

首先，根據(jù)本空間構(gòu)造特點，引入ANSYS軟件建立計算模型，有限元計算中可表明，對于側(cè)墻薄壁墻肢體上端彎矩作用力而言，也對預應力設(shè)計產(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度限制的角度上來看，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)計參數(shù)的取值情況，同時分析梁體結(jié)構(gòu)在三個控制斷面狀態(tài)下經(jīng)過優(yōu)化得到的數(shù)據(jù)值引入式①當中，即能夠得到該模型所對應的約束條件方程。

結(jié)束語

對于復雜性的建筑結(jié)構(gòu)來說，在設(shè)計方案與設(shè)計功能要求的諸多限制下，對預應力配筋設(shè)計有非常嚴格的要求，常規(guī)的設(shè)計簡化方法無法對問題進行有效解決，達到滿意的設(shè)計效果。但通過后張預應力設(shè)計的方式，能夠起到合理調(diào)整預應力水平的目的，使復雜建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計目標更加明確，在優(yōu)化設(shè)計中與有限元計算相互結(jié)合，使最終得到的預應力設(shè)計方案更加的有效與可靠。本文即圍繞復雜建筑結(jié)構(gòu)預應力設(shè)計的優(yōu)化思路進行分析，望引起重視。

（作者單位：錦州華地建設(shè)集團有限公司）