某镇钢结构塔形建筑性能优化设计

本研究以某集散区域钢塔结构形建筑为例进行研究，探究钢结构优化设计过程，在保证集散稳定的基础上降低建造成本，并为后续钢结构在相关领域的推广提供参考。

本研究工程地点位于位置在川、滇、藏交界处，该结构主要为地上4层和地下1层建筑，建筑主体结构为钢筋混凝土，屋面采用钢结构，总高度为45.4 m，主体部分高度为28.1 m。钢塔部分高度为17.5 m，宽度为7 m，按照二级等级构建建筑，结构重要性系数为1.0。按照普通建筑和构筑物设置其设计使用年限为50年。由于该地区地震危险性较高，因此设置其抗震设防类别为丙类，由于其钢塔部分采用钢框架结构，因此本研究选择其钢塔部分作为研究对象，通过调查研究并对该结构进行优化设计，在此基础上得出优化方案。对该区域基本仿真情况进行总结。

结合上述工程介绍，现对钢塔结构进行有限元分析，绘制有限元结构模型，并结合实际设计设置参数，结合初始结构展开数据分析，对模型进行调试，并得出有限元分析结果。结合GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》进行荷载值选取。在实际研究中按照工程实际状况进行工程材料尺寸及材料自重标准值计算。查阅工程区域的水文情况该处的相关荷载信息，并选择该处的基本风压w0为0.45 kN/m2，将该处地面粗糙度归类为B类，结合气候条件设置雪荷载基本雪压S0为0.5 kN/m2 。

从图2可知在焊接中在构件走位布置8块加强肋，从而进一步提升结构性能，并且在安装钢结构前需要检查构件预埋螺栓之间的尺寸是否规范，螺纹部分是否完整，并在施工中注意对结构进行保护，保证施工完成后结构可达到预期刚性需求。该钢结构下部结构刚度远高于上部结构，因此只需上部结构满足刚度需求即可。对其上部结构，通过放大修正后基本风压风荷载对结构性能的影响。通过计算机模拟分析得出风荷载在35 m处达到大值，为16.40 kN，且将终修正基本风压放大到1.82 kN/m2。结合本工程实际状况选择Q345B作为主要结构材料，选择Q235B作为地脚螺栓材料，对安装定位螺栓以C级4.6S螺栓作为主要定位部件，螺孔等级设置为二级，且对材料进行检验，管控焊接品质，保证其满足相关标准。在焊接中未标注焊缝焊脚尺寸应控制在8 mm之内，且管控焊缝终质量不小于二级标准。结合实际工程需求，设定钢结构的基本构件截面参数。

结合工程实际状况以及相关规范标准，通过建模对钢结构的钢柱、钢梁以及支撑等构件进行标准布置，之后进行楼层组装，并建立完整的建筑物结构模型，在此基础上得出的建筑物结构模型见图3[4]。

向STS三维模型中输入对应荷载参数建立对应模型结构，从而对模型进行定量处理。以SATWE进行程序计算，首先需要进行计算数据前处理，从而确定计算参数准确性，该步骤也是数据预处理阶段，为后续SATWE计算奠定基础。在软件仿真过程中采用刚性楼板假定，以实现对钢结构位移的计算。在实际计算过程中应保证该假定不变，当模型结构建立完善后，可取消该假定。

通过逐项完成以上分析，以SATWE展开结构分析计算，并以SATWE进行文本输出。通过SATWE展开结构分析，从而便于对后续数据进行修改调整，信息数据主要包括输入信息、风荷载信息、计算信息等。通过对建筑结构整体进行稳定性验算后，便可直接实现对楼层抗剪承载力以及承载力比值结果[6]。

在进行各项数据分析过程中首先对各项信息进行仔细核对，并在计算结果中对其偏心率进行验算，按照JGJ 99—2015可知,计算结果偏心率不可超出0.15。对计算结果中的x、y向偏心率Eex、Exy进行验证。结合整个4层建筑结构验算得出其计算结果。

从分析中发现该结构受到地震作用以及风荷载作用仍旧保持稳定结构性质，因此优化后结构可满足7度抗震要求，本次优化切实可行。

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