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1、大跨度混合结构分析及优化设计学 生 （专业: 土木工程）指导教师 （单位: 土木工程学院地下建筑与工程系）（单位: 同济大学建筑设计研究院） 【摘要】 随着社会和经济的发展，大跨度建筑结构应用越来越广泛，而其中的混合结构已成为一种不可或缺的结构形式。大跨度混合结构自重大、设计难、造价高，合理的结构选型及优化设计十分重要。大型城市商业综合体作为一种典型的大跨度混合结构，其中组合构件运用最多，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。本文对几种常见的混合结构形式进行比较分析，研究各自的优缺点及设计要点，为实际工程的结构选型及优化设计提供依据。再结合具体的大跨度混合
2、结构工程实例，通过对其选型比较及优化设计，确定合理的结构方案，继而对选定方案进行构件验算。通过本文的工程实例可以看到，在进行优化设计之后，大跨度混合结构体系取得了不错的效果。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。【关键词】 大跨度；混合结构；选型分析；优化设计Structural Analysis and Optimal Designof Long-span Hybrid BuildingAuthor （Major: Civil Engineering）Supervisor （Department: Geotechnical Engine
3、ering） （Department: Tongji Architectural Design）【Abstract】 With the development of society and economy, long-span building has been widely used in the world, and hybrid structure becomes an indispensable structure. Because of the difficulty and high cost in long-span hybrid building structure design
4、, a reasonable selection of structural system and optimal design are very important. Large urban commercial complex is a typical long-span hybrid structure, in which composite members are used the most, and their mutual mixed structure or other hybrid structure mixed with concrete members and steel
5、members are the most common forms of hybrid structure. In this paper, several common forms of hybrid structure are compared, and we analyze their advantages, disadvantages and key points of design, providing the basis for selection of structural system and optimal design for actual project. In addit
6、ion, this paper combines with specific project by comparing their selection of structural system and optimal design, and determines a reasonable structure, then conductes member checking for the selected program. Through this project, we can see, structural optimization achieves a good result. With
7、the long-span hybrid structure growing, its optimal design has obvious social and economic benefits.【Keyword】 long-span building; hybrid structure ; selection analysis; optimal design大跨度混合结构分析及优化设计学 生 （专业: 土木工程）指导教师 （单位: 土木工程学院地下建筑与工程系）（单位: 同济大学建筑设计研究院） 【设计总说明】本次毕业设计过程中参与了华润置地西安三桥商业一期项目的初步设计。该项目主要由一
8、幢超高层建筑（45层）、三幢高层建筑（30层）及其4层裙楼和6幢三层建筑物组成。地上总建筑面积约25万平方米，加上地下商业建筑及地下车库和设备用房等合计建筑总面积约为37万平方米。超高层建筑结构采用框筒结构形式，高层建筑结构采用框剪结构形式，商业裙房采用框架结构形式。本次工程的设计依据主要有：（1）建筑结构荷载规范 GB50009-2012（2）建筑工程抗震设防分类标准 GB50223-2008（3）建筑抗震设计规范 GB50011-2010（4）建筑地基基础设计规范 GB50007-2002（5）建筑桩基础技术规范 JGJ94-2008（6）混凝土结构设计规范 GB50010-2010（7）
9、高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ 3-2010（8）钢结构设计规范 GB50017-2003（9）型钢混凝土组合结构技术规程 JGJ138-2001根据建筑结构荷载规范GB50009-2012的规定，西安地区50年一遇基本风压为0.35kN/m2，100年一遇基本风压为0.40kN/m2，本工程中对于高层、超高层建筑高度大于60m，按100年一遇基本风压取0.40kN/m2，对于商业裙房，按50年一遇基本风压取0.35kN/m2。地面粗糙度取为C类。雪荷载根据建筑结构荷载规范GB50009-2012的规定，取西安地区50年一遇基本雪压为0.25kN/m2。本工程抗震设防烈度为8度，设计采用的
10、基本地震加速度值为0.20g，设计地震分组为第一组，拟建场地为类建筑场地，特征周期值取0.35s，多遇地震影响系数最大值取0.16，罕遇地震影响系数最大值取0.90。根据建筑抗震设防分类标准GB50223-2008，该项目划分为乙类建筑，抗震等级为一级。本次初步设计主要针对商业裙房进行了选型分析及优化设计。根据选型比较，最终确定了局部采用型钢混凝土构件（型钢混凝土梁、型钢混凝土柱）的混合结构形式。考虑到本工程结构设计工作的实际情况，选取高层建筑结构空间有限元分析软件（SATWE）作为结构分析程序。建模分析时，混凝土板厚取值120mm，恒载（含板自重）首层及标准层取值5.2kN/m2，顶层取值6
11、.2kN/m2；活荷载首层取值5.0kN/m2，标准层取值4.0kN/m2，顶层取值2.0kN/m2；附加荷载（连廊集中力）恒载取值135kN，活载取值105kN。本工程中，混凝土强度等级取C30，钢筋强度等级取HRB400，型钢强度等级取Q345。目录1 绪论11.1 研究背景11.1.1 大跨度混合结构的发展11.1.2 大跨度混合结构的特点51.1.3 研究意义61.2 大跨度混合结构体系71.2.1 按建筑功能分类71.2.2 按建筑材料分类71.2.3 按结构布置分类71.2.4 按结构受力分类81.2.5 按结构形态分类81.2.6 综合考虑分类81.3 大跨度混合结构优化设计91
12、.3.1 结构优化设计的发展91.3.2 结构优化设计的层次101.3.3 结构优化设计的特点101.4 本文的主要工作112 大跨度混合结构设计方法122.1 概述122.2 混凝土构件与钢构件的混合122.2.1 概念122.2.2 设计要点152.3 混凝土构件与组合构件的混合182.3.1 概念182.3.2 设计要点242.4 钢构件与组合构件的混合272.4.1 概念272.4.2 设计要点272.5 混凝土构件、钢构件及组合构件的混合292.5.1 概念292.5.2 设计要点292.6 本章小结293 工程实例设计与分析303.1 工程概况303.2 初步设计分析343.2.1
13、 设计依据343.2.2 分析软件选取343.2.3 设计参数确定353.2.4 结构布置413.3 优化设计423.3.1 选型分析423.3.2 方案对比及结论673.3.3 结构布置优化703.3.4 构件优化713.4 经济技术对比723.4.1 建筑效果723.4.2 整体计算结果723.4.3 经济性分析733.5 本章小结734 结论与展望744.1 结论744.2 展望74参考文献75附录78附录1 普通住宅建筑混凝土用量和钢筋用量估算值78附录2 建筑结构总信息79附录3 周期、地震力与振型输出文件88附录4 SATWE位移输出文件97附录5 各层荷载平面图101附录6 板配
14、筋计算简图105附录7 各层平面简图109附录8 混凝土构件配筋及钢构件验算简图113谢辞1171 绪论1.1 研究背景1.1.1 大跨度混合结构的发展人类的梦想总是向着更广阔的天地，大跨度建筑为这样的梦想插上了翅膀。自古以来，人类就在不断寻求跨越更大空间的可能。在对人类早期建筑遗址的发掘中发现，无论是我国半坡聚落中具有空间骨架意味的山形居室（图1-1），还是北美印第安人始祖继承下来的穹顶棚屋（图1-2），都已经可以看出这种探索的端倪。在古代欧洲，从罗马时期到中世纪再到文 图1-1 我国半坡聚落的山形居室图1-2 北美印第安人的穹顶棚屋艺复兴，在大规模修建体量恢宏的神庙、浴场、教堂、宫殿等建筑（图1-3）的同时，人类也把对天国的理想寄托于跨越能力的提高。工业革命之后，在18世纪末、19世纪初，出现了真正意义的现代大跨度建筑。新兴的材料钢铁，将伦敦水晶宫（图1-4）、巴黎埃菲尔铁塔（图1-5）和机械馆（图1-6）等推上一个里程碑式的高度。二次世界大战之后，百废待兴，混凝土的大量应用促使图1-3 宏伟的欧洲建筑图1-4 伦敦水晶宫
