高層建筑結構優化設計精品(七篇)

序論：寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇高層建筑結構優化設計范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創作。

篇(1)

關鍵詞：高層建筑 結構 特點 設計 原則 要求

中圖分類號： TU97 文獻標識碼： A

正文：

一、高層建筑結構類型

高層建筑結構體系按照結構形式可以分為框架、剪力墻結構，框架結構，剪力墻結構。框架結構因為是利用柱、梁等結構來承重的，所以這種結構體系的側向位移相對較大，一般適用于低于50m的建筑。剪力墻結構因為是靠高層建筑的墻體來承重的，所以這種結構的整體性能相對較好，不易產生水平方向的變形，一般多應用于高層建筑，但是因為其在平面上的布置不夠靈活，所以很少在公共建筑設計中使用。而框架、剪力墻組合結構則是結合了兩者的優點、改善了其中的缺點，所以被廣泛應用于高層建筑的結構設計中。

二、高層建筑結構設計原則

2.1 選擇合適的基礎方案

現在的設計一大特色就是不能因工程而破壞周邊的環境，而改變的周邊的生態環境。一切的工程圍繞環境進行設計施工，使工程與自然很好的融入到一起，使得兩者和諧共存。在基礎方案的設計中，要把所有的相關因素全部的包括在內，綜合各方面的因素，再考慮經濟性對工程進行整體的評估，然后對方案進行正式的審核，最后施工，一切立足由可持續發展的觀念進行施工，工程的質量一定會得以保障。

2.2 選擇合理的結構方案

高層建筑作為近幾年剛剛興起的一門學科，具有很復雜的結構特點，在施工的過程中要考慮的方面很多，像是供水問題、線路等各方面都是我們要考慮的。結構設計方案中重要的有以下幾點：材料的要求、施工的環境、還要充分的考慮抗擊自然災害的能力。我們要嚴格的遵循平面和豎直的設計原則。結構方案不僅僅是施工單位一方的事情，施工單位與使用方要達成一致，在設計方面以及今后的發展方向要進行詳細的展望，為了所選取得結構方案更加的合理，最大限度的達到預期的目的。

三、工程設計案例分析

某高層建筑設計使用功能為餐飲、辦公一體屬綜合性公共建筑。地下 2 層，裙樓 4 層，裙樓上南、北兩塔樓分別高 19 層(72.5m)、25 層(90.5m)。兩塔樓于 17、18、19 層連體（結構上為兩塔樓分別懸挑梁處理）。

1. 結構承重體系設計

根據國家抗震區劃圖, 待設計建筑地區的基本烈度為七度,相應地主樓結構部分的抗震等級為二級, 裙樓部分的抗震等級為三級。結構設計中裙房部分主要考慮由恒載及使用活荷載等豎向荷載引起的荷載效應, 主樓部分結構設計不僅考慮豎向荷載效應, 還要考慮水平地震作用及風荷載作用下產生的荷載效應的組合。綜合考慮裙樓部分大空間的設計使用要求以及主樓部分的抗側移設計要求, 裙房結構承重體系采用鋼筋混凝土框架結構形式,主樓采用框架- 剪力墻承重結構體系。本建筑結構在主樓抗側力構件設計中, 剪力墻主要承擔水平作用,框架承擔少部分水平荷載作用和大部分豎向荷載作用。主樓平面形狀基本上為正方形,因樓梯、電梯間均設置在核心筒內,為提高主樓結構的抗扭能力,剪力墻結合樓電梯間在主樓范圍內采取了加強處理, 具體厚度根據高層建筑結構設計的變形限值,由剛度、承載力和延性三者間的最佳匹配決定。

2 結構優化設計策略

鋼筋混凝土框架- 剪力墻結構是高層建筑結構中最常采用的承載體系之一,它同時具有框架結構建筑平面布置靈活,能獲得大空間,建筑立面易于處理,以及剪力墻結構抗側移剛度大、整體性好、抗震能力強的優點。在水平荷載作用下,具有較純框架和純剪力墻結構更為有利的水平變形曲線。但鋼筋混凝土框- 剪結構是一個具有雙重承載體系的非常復雜的空間受力體系,力學分析難度較大,其優化設計就更為復雜和難以實現。所以,筆者以下謹通過已有的工程設計經驗提出步驟性的建議，不作深入的學術探討。

2.1 框架結構的分部優化設計技術

鋼筋混凝土框架結構屬于具有多個多余約束的超靜定結構,其荷載效應不僅與外荷載大小有關, 還與結構構件的材料特征、幾何構造特征有關。鋼筋混凝土框架結構的分部優化設計,即是在結構整體內力分析完成后,根據梁柱各構件的控制內力進行截面優化設計,確定滿足荷載效應水平要求的各結構構件的幾何特征和配筋量的優化結果,由此導致原結構的幾何特征和荷載特征發生變化, 優化結構在現荷載作用下內力分布特征發生變化,各構件控制截面上的控制內力也發生相應變化,據此再進行新一輪的優化設計。因此框架結構的分部優化設計實際上是一個迭代、漸進的尋優過程, 計算結果雖不總能等價于整體優化設計結果,但通常能給出工程實用的滿意結果。鋼筋混凝土框架結構的分部優化設計方法的具體步驟為:

（1）初始選型:根據結構平面、立面布置及建筑物設計使用功能,分析結構所受的豎向荷載和水平荷載及其傳力路線,并考慮施工因素,歸并框架梁、柱的類型,初選梁柱的幾何尺寸;

（2）結構分析:按照結構的實際幾何構造特征,計算結構所受豎向荷載及水平荷載,對鋼筋混凝土結構進行空間內力分析。根據結構分析結果,將截面尺寸相同的構件的控制截面內力,根據其大小進行分類,并確定每一類構件的設計控制內力;

（3）截面優化設計:針對每一種梁柱構件的控制內力進行優化設計, 得出優化約束條件下的結構幾何構造特征和配筋特征的優化設計結果,從而構成新的優化意義上的設計結構;

（4）收斂性判斷:在工程精度意義上選取一個較小的數值,作為檢驗結構收斂性的條件,進行收斂性判斷。若優化結構與原結構基本一致,則認為優化結構是收斂的,可以轉入下一步的可行性判斷,否則轉回第②步重新進行結構分析、優化設計;

2.2 框- 剪結構的三階段優化設計策略

框- 剪結構的設計主要涉及 3 個方面的優化問題:①結構最優設防水平的決策,②框架與剪力墻結構協同工作,以及承載力、剛度與延性變形能力間的最佳匹配設計,③框架- 剪力墻結構構件的優化設計問題。

高層框- 剪結構在水平荷載作用下的協同工作問題,主要是水平荷載在框架和剪力墻結構之間的分配設計, 因此剪力墻數量和位置的設計是關鍵問題。這里,我們將框- 剪結構的優化設計過程分為三個階段進行,對不同階段的不同問題,采取不同的優化準則進行優化設計。

2.2.1 第一階段:最優設防水平 Id的優化決策

根據地震危險性分析結果或地震區劃規定, 在預測地震烈度概率分析基礎上, 用模糊綜合評判法計算結構的模糊延性向量和模糊抗震強度、損傷等級概率和震害損失的預估期望值 E(Id),在滿足最大投資約束和最大損失約束條件下,使 k1C(Id)+k2k3E(Id)達到最小,求出最優抗震設防烈度 Id。

2.2.2 第二階段:剪力墻構件的優化設計

剪力墻結構構件的優化設計主要是結構剛度與延性指標的最佳組合,可用力學準則進行優化。結構剛度對結構的影響主要為結構的自振周期和側向位移, 結構延性對結構的影響主要為保持承載力前提下的變形能力。因此,可用結構整體的側向位移量來協調結構的剛度和延性。我們根據高層結構設計規范對結構層間位移和頂點總側移的限值來控制結構的剛度設計和延性設計。

2.2.3 第三階段:框架結構的優化設計

框架結構的優化設計準則是一個結構準則, 在一次整體分析完成之后,可按照前述方法對框- 剪結構中的框架部分進行優化設計。

四、結語

總而言之，高層建筑混凝土結構的優化設計方法多種多樣，但是不論使用哪一種方法都要建立在施工的可行性的基礎之上，施工技術必須嚴格依照設計標準，如果出現施工不可行的情況下，重新審視設計規范。高層建筑混凝土施工技術是科學元素和技術元素的融合和應用，它的實現過程必然需要建筑施工各環節基礎技術的支持和管理理論的強化。所以，設計與施工的相輔相成才是實現合理、科學節約成本的有效措施。

參考文獻

[1] 孫 凱.高層建筑結構設計的問題及對策探討[J].價值工程，2011（06）.

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關鍵詞：建筑結構；優化設計；分析；研究

Abstract: with the increasing urbanization construction, social development of rapid advance, buy a house for ordinary people to become a indispensable thing, this makes the real estate trade is more and more active on the trend. But in the real estate industry progresses day by day, the construction quality safety and so on also receiving more and more attention. For the design requirements of building structure more and more is also high, this paper based on this, the first introduced the general structure of the high-rise building system, and then analyzes the defects existing in the architectural design, and finally the optimization measures related to perform some of the research and analysis, so as to provide some reference for many designers direction.

Keywords: building structure; Optimization design; Analysis; research

中圖分類號：S611文獻標識碼：A 文章編號：

一般而言，在建筑結構的設計方案產生之初，建筑的結構從各個方面就存在一定的優劣問題，然后再利用建筑的后續設計以及相關工序的計算研究設計等等，選擇合適的材料可以對設計的結構進行一定的優化。本文重點談論了對于建筑結構優化的相關措施，指出平常設計中存在的一些缺陷，作為專業的結構設計師，應把握結構設計中的原則特點，重視質量，設計出符合規定的建筑。以下種種，僅當各位借鑒參考之用。

一、高層建筑的一般結構體系

1、 框架――剪力墻體系

何謂框架――剪力墻體系，即在有些框架體系的硬度和強度達不到預期的要求，需借助外力來維持其正常形態時，可以在建筑平面的相關地方設計能承受相當力量的剪力墻以替代一部分的框架，這樣的建筑體系即為框架――剪力墻體系。一般而言，體系中的剪力墻需要承受建筑的水平方向的剪力，而框架則需承受垂直方向。該墻的設計，在某方面而言大大的加強了結構在側向方面的剛度，減少建筑水平位移，使得建筑在各個平面上的受力更為均勻，因此在結構設計中來說，這種體系要優于框架體系。

2、 剪力墻體系

剪力墻體系的主要特點是建筑的受力主體基本上全部為剪力墻構成，其中，單片剪力墻需要承受建筑的所有垂直方向的負載。該體系在結構的剛度等方面要優于框架體系和框架――剪力墻體系，它的位移曲線一般是彎曲的，這使得它具有很好的延伸能力，建筑各面受力更為均勻直接。同時也具有很好的整體性，能夠抵抗相當的倒塌力，是一項相當不錯的結構體系。

3、筒體體系

筒體體系是指建筑的筒體的結構體系為抗測力構件組成的體系。其中包含了很多建筑型式，主要是單筒體、多束筒或是筒中筒等等。筒體屬于空間構件之一，一般分為實腹筒和空腹筒。其中前一種一般是用相關的結構單體在建筑的平面或者曲面方向圍成三維豎向結構體，而后一種則是指一定的空間受力構件，這些構件主要由密排柱或開孔的鋼筋等組成。這種體系的構件受力合理，建筑的抗風、震能力突出，結構剛度強度較大，一般用于高層建筑。

二、現代高層建筑結構設計存在的缺陷

其實對于大部分建筑來說，基本在橫向和側向方面的設計原理沒有什么差別的，不管該建筑是高層低層或是多層。但是，高度越高，側向方面需要考慮的設計因素要求更多，究其原因有二，一是因為樓層越高，建筑在豎向需要承受的壓力越大，這就要求設計更大的柱、筒、墻等等。二是在建筑中一般的側向力比橫向力產生的傾覆與變形壓力要大很多，對于豎向負載而言，壓力的變化不是線型增加而是急劇增加，這使得建筑在抗壓抗震等方面的效果更為明顯。而在現代具有較高樓層建筑，存在的問題絕不僅僅只體現在結構的抗剪中，更為重要明顯的問題出在建筑整體的抗彎曲和變形上。在低層建筑與高層建筑的結構受力方面一直存在很大的差異，設計中尤其需要注意這一問題，其中的共振、水平側向位移或是剪重等等也是不可忽視的問題之一，設計師在設計時應綜合考慮并研究其受力分析。

三、優化建筑結構設計的措施

1、重視建筑的概念設計

概念形成是人們從感性到理性的升華，反映了人們對事物的客觀認識。而結構設計師在必須掌握基本的概念設計，因為只有正確的概念設計才能設計出結構合理、構件平衡、安全經濟的建筑，這一概念是工程設計的基本思想并被貫穿于設計的整個過程。設計師運用自己深厚的設計理論及自身積累的經驗，形成自己的設計概念，并運用這一概念完成高水平的設計工程。是以概念設計是設計師應具備的水平之一。

2、加強抗震設計的理念

總所周知，對于高層建筑而言，除了需要承受建筑物本身的垂直負荷之外，還需要承受相當的側向風負載以及地震的沖擊，顯然后一種更為重要。而在高層建筑中不同高度在抗側力方面的強度也不盡相同，這就導致了薄弱層面的出現，這在設計中應要盡量避免或是減弱。目前，在我國的建筑抗震設計規范中，對于抗震有著兩個階段的設計方式，以求提高建筑的抗震能力。在第一個階段中，設計師在設計時要充分運用地震參數對建筑結構在彈性的狀況下產生的地震效應等進行相應的計算。而在第二個設計階段中，則采用相應的地震參數計算建筑的薄弱樓層，然后對薄弱環節進行側向位移或者是轉角處理，但得使設計要小于規定的限值，這樣才能在不影響建筑本身的情況下盡量減弱薄弱層的影響。

3、綜合考慮優化結構設計

設計師在設計建筑時要考慮結構設計中的幾種優化方案，并同時綜合考慮各方面的外界和內部因素。內部因素包括各個構件的可能承受的受力負載，特別是高層建筑需要重點考慮其豎向方面的受力承受，采取那種結構體系更為合理，但也要遵循經濟的原則，而水平受力方面則要考慮建筑的抗倒塌等能力，外界因素則要考慮建筑所在地方的平常風力，抗震以及溫度應力等等，綜合各個方面進行設計。在設計地基時，應理論結合自己的實踐經驗綜合設計，同時預測可能出現的各種問題，并分析提出一定的解決措施。在對建筑的受力等進行計算時要記住“強柱弱粱、強剪弱彎、強壓弱拉”的這一原則,切不能憑自己的想象隨意增加建筑的配筋量，而要仔細考慮構件本身的各項性能，對于建筑的薄弱環節重點關注，盡量減少危害發生的可能。同時也要對建筑的組成材料考慮溫度應力的問題，對于鋼筋等材料而言，溫度具有一定的影響。總而言之，在設計過程中，從建筑結構選型、設計布置以及相關的計算過程，都要綜合考慮每個可能出現的因素及問題，最好進行一下建筑受力極限驗算，這樣才能保證該設計方案的可行性與安全性。

總而言之，高層建筑的結構設計是一項相當繁重的任務，設計師在設計時在設計時應考慮的問題很多，需充分應用自己的理論知識，結合自己多年豐富的經驗，按照需求，科學的計算設計出符合的建筑，并對其進行一定優化完善，保證建筑的安全與經濟。

參考文獻：

[1]李志；高層建筑抗震設計分析[J]；中外建筑；2010年

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關鍵詞: 結構優化設計；基本要求；設計方案；高層建筑

中圖分類號：S611 文獻標識碼：A 文章編號：

引言

根據現在建筑發展形勢上來看，高層建筑在所占于建筑類型中的比例是會越來越多。理論上來講，當土地的面積基本固定，而隨著現在社會人口的不斷增長速度過快，這樣就必然要求人類居住位置的發展。從現在的建筑水平上來講，建筑高層和超高層住宅都是以后整個建筑行業的重點。隨著我國經濟的不斷發展，高層建筑如雨后春筍般建立在全國各地。所以，高層建筑結構優化設計的關鍵性要就顯得更加的重要。所謂結構優化設計，也就是指工程結構在滿足約束的條件下應按預定目標求出最優方案的設計方法。如何做好結構優化: 首先，就要選擇合理的結構方案，才能決定整個設計的好壞成敗。因此對于建筑設計方案而言，結構設計并不是唯一的，不同的方案都是會導致工程質量和工程造價的差別很大。其次，在進行正確的結構計算，一體化計算機結構設計的程序應用與完善，幫助結構工程師可以更輕松的進行計算分析，才能使結構設計更加的經濟以及合理。

1 高層結構設計的基本要求

1) 為了耐久性和安全性要求。住宅是實行商品化后，就為住戶的耐用消費品，才能使用的壽命長是區別其他消費品的最大特點。所以結構耐久性與安全性是住宅結構設計中的基本要求。結構體系的選擇以及材料的選用，都是有利于抗風與抗震，以及使用壽命期間改造維修的可能性。

2) 為了更加舒適性的要求。建筑設計要為住戶的起居舒適性的要求提供條件，例如，多種戶型要靈活分隔室內的空間，人居的熱光聲環境等各種要求，給居住的人創造一個舒適的環境。結構方案還要考慮到住戶在日后改變分隔空間的可能性，當使用剪力墻結構時候，應使用大開間的布置。

3)經濟上的要求。結構設計時要按照房屋的建造地點、層數多少、平立面體形，在耐久性與安全性以及舒適性要求下應使用經濟又合理的結構體系，在構件設計中必須要精打細算，要嚴格執行規范構造要求，注意避免那些沒必要的鋪張浪費。尤其是在地基基礎設計中要加的注意此方案的經濟比較，因為地基基礎的設計方案是否合理對房屋造價非常重要。

2 高層建筑中的優化設計方案

1) 高層建筑結構時間性折減系數。房屋的框架結構與頂蓋等結構設計中，因為填充墻體存在使結構實際所表現剛度大于設計的計算剛度，計算周期也就會大于實際周期，所以當算出結構剪力偏小時，會使房屋的出現結構不安全，而應該對房屋結構計算周期適當的進行折減，這樣就可以達到更好的效果，但是對于房屋框架結構，計算的周期不宜折減或折減系數取小。

2) 高層結構的優化設計。在以前很多混凝土結構設計中，大部分都沒有充分考慮到建筑結構設計耐久性，也就是確保高層建成之后，在合理使用期限內，可以滿足用戶正常使用要求。但是很多的設計都無法達到，所以就造成此現象的根本原因就是沒有充分考慮到建筑結構在使用的過程中，由于遭受條件和使用環境變化最終造成房屋結構損傷，引起房屋可靠度指數下降。對于那些建筑混凝土結構設計來說，低造價與省材料設計都是沒有滿意的結構設計，但隨著現代人們生活水平的提高和在實際工程中，有時在其他使用要求或技術指標上升為設計主要矛盾時，設計者們就會放棄對經濟的單純追求。所以當選以高層混凝土結構優化為設計的主要目的時，就要根據設計所要面對的關鍵性問題，分清主次，選多目標或單目標來實施優化，達到滿意的效果。

3) 房屋結構抗震性設計。在工程圖紙設計過程中，房屋結構按抗震設防分類，房屋抗震等級可根據房屋高度、烈度以及結構類型按國家《抗震規范》確定。地震震力振型組合數據對建筑應當不考慮耦聯扭轉計算; 當振型數大于3 的時候，應取3 的整數倍計算，但數據不能大于建筑物層數; 當房屋層數不大于2 時，振型數則可取房屋層數。對于不規則房屋的結構，應考慮扭耦聯轉，對高層房屋建筑來說，振型數應取不小于9; 房屋結構層數多或房屋結構剛度突變系數大的話，振型數則應多取，例如結構中含多塔結構或頂部有小塔樓和轉換層等，振型數應取不小于12 的數，但其大小仍不能大于房屋總層數3 倍，除非其含有彈性定義的樓板，而且采取總剛性分析的時候，振型數才能夠取的更大。

4) 地下室的層數處理。多層房屋框架結構房屋一般都設置地下室結構。由于隔墻較少，故常采用的是板筏基礎。設計計算時將上部結構與地下層數結合在一起，并在圖紙中按實際的地下室的層數計算。如此一來，計算基礎底板以及地基縱向荷載可一次設計完成。同時通過側層移剛度性系數比較，可以調整和判斷房屋相應嵌固位置，適當加固構造措施，保證樓板最小配筋率和厚度。當房屋結構縱向不規則時，要驗算其最薄弱層。

5) 合理使用高強鋼筋與高強混凝土。高層建筑的總造價一般都包括框架結構材料、施工和基礎的物料費用等，其中用鋼量以及構筑件截面積對房屋造價影響較大，故在建筑設計中合理使用高強混凝土與高強度鋼筋可有效降低用鋼量，節約建筑成本。若高層建筑設計位于厚軟的地基上，那么由于坐落在地基上的荷載大，合理使用高強鋼筋和高強混凝土來優化構件的截面積，減輕結構重量，將會顯著降低工程造價及基礎設施施工難度，取得較好經濟效果。對于震區的高層樓房來說，地震力作用的大小與建筑物的自重相關，人為地減輕建筑物的自重，降低結構在地震的荷載，可提高建筑物的安全性。在設計中高效地使用高強鋼筋及高強混凝土，能快速有效的縮小梁墻板柱等構件截面積，達到建筑造價目的。

6) 框架梁以及柱箍筋間距。房屋柱箍筋和框架梁等加密區的最大箍筋以及最小箍筋直徑間距應該符合規定。依據規定，工程上取柱箍筋與梁的加密區最大間距為100 mm 左右，非加密區箍筋最大的間距為200 mm 左右。通常在柱箍筋和內定梁加密區間距為100 mm 左右，以此為計算依據算出加密區箍筋面積，工程師要依據規范確定肢數與箍筋直徑。而在程序內定的條件下，當房屋的框架梁跨中有較大的其他荷載或次梁存在而又只有兩肢箍筋情況下，非加密區箍筋間距應采取200 mm 左右，使房屋梁非加密區的配箍充足，故建議內定梁箍筋改為梁非加密區取200 mm。既可保證梁箍筋加密區抗剪切能力，同時又增加梁非加密區抗剪的承載能力，使梁強抗剪性能更加充分體現出來?？傊?，高層住宅建筑的最終目的是在節約成本的同時，保證建筑的安全性，適用性以及舒適性，而優化設計也是長遠的話題。

參考文獻:

［1］ 陳陽顯． 淺析高層建筑中混凝土結構的優化設計［J］． 價值工程，2010( 27) : 89-92．

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[關鍵詞]:高層建筑;結構設計;優化設計

0前言

高層建筑是隨著社會生產的發展和人們生活的需要而發展起來的,是城市和工商業發展的結果,而建筑技術的進步,輕質高強材料的出現以及機械化、電氣化、計算機在建筑中的應用,又為高層建筑的發展提供了物質和技術基礎。

1高層建筑結構的發展

1．1鋼筋混凝土材料重新得到重視。與鋼結構相比,鋼筋混凝土結構具有整體性好、剛度大、位移小、舒適度佳、耐腐蝕、耐高溫、耐火、維護方便等優點。此外,即使是在美、日等鋼鐵工業發達的國家,鋼筋混凝土造價還是低于鋼結構。我國的高層建筑中,絕大部分為鋼筋混凝土現澆結構,只有少數采用了鋼結構。輕混凝土、高強混凝土、鋼管混凝土、型鋼混凝土等理論技術已經成熟,而非金屬配筋、新型預應力鋼棒等混凝土增強材料技術的不斷發展,也為鋼筋混凝土材料的重新崛起提供了條件。

1．2組合結構的高層建筑發展迅速。采用組合結構可建造比混凝土結構更高的建筑,不但具有優異的靜、動力工作性能,而且能大量節約鋼材、降低工程造價和加快施工進度。在不同的情況下,可以取代鋼筋混凝土結構和鋼結構,科技含量也較高,對環境污染也較少,已廣泛應用于冶金、造船、電力、交通等部門的建筑中,并以迅猛的勢頭進入了橋梁工程和高層與超高層建筑中。在強震國家日本,組合結構高層建筑發展迅速,鋼筋混凝土組合柱應用廣泛。由于鋼管內混凝土處于三軸受壓狀態,能提高承載力,從而可節約鋼材。而香港的中國銀行采用巨形組合柱的建筑設計方法,獲得了十分可觀的經濟效益。隨著混凝土強度的提高以及構造和施工技術上的改進,組合結構在高層建筑中的應用可望進一步擴大。

1．3新型結構形式的應用不斷增加?？蚣荏w系、剪力墻體系和框架―剪力墻(支撐)體系是高層建筑的傳統結構體系。根據筒體的不同組成方式,分為框筒體系、筒中筒體系和多束筒體系3種類型。筒體最主要的受力特點是它的空間受力性能。無論哪一種筒體,在水平力作用下都可以看成固定于基礎上的箱形懸臂構件,它比單片平面結構具有更大的抗側剛度和承載力,并具有很好的抗扭剛度。因此,該種體系廣泛應用于多功能、多用途、層數較多的高層建筑中。而20世紀80年展起來的巨形結構(巨形桁架、巨形框架) 、應力蒙皮結構、隔震結構等也都已經開始了廣泛的應用。

1．4智能建筑的發展異軍突起?，F代建筑技術和高新技術產業的結合促成了智能建筑的產生,在高層建筑中有更廣闊的應用前景。智能建筑是建筑、裝備、服務和經營四要素各自優化、相互聯系、全面綜合并達到最佳組合,以獲得高效率、高功能與高舒適的建筑物。智能建筑是通過對建筑物的4個基本要素,即結構、系統、服務和管理,以及它們之間的內在聯系,以最優化的設計,提供一個投資合理又擁有高效率的幽雅舒適、便利快捷、高度安全的環境空間。智能建筑的構成至少必須具備三大系統:設備管理自動化系統、通訊網絡系統、辦公自動化系統,并以此應用現代4C技術構成智能建筑結構與系統,結合現代化的服務與管理方式給人們提供一個安全、舒適的生活、學習與工作環境空間。

2工程優化設計理論的發展

2．1工程項目功能優化的發展。在經過可行性論證決定了工程項目的任務、規模、建設地點、建設分期等重大問題之后,就需要考慮工程建設的總體布局及規劃,這也是一個重大的決策,直接影響工程的社會和經濟效益、運行的功能和對環境的美學效應。在優化整個工程項目的功能時,可以利用價值工程的某些概念和手段來改善現有的方法。

2．2工程設計軟科學的發展。實際上,人們在處理事物時都會遇到硬、軟兩種因素。硬因素就是有實體的物質系統中的一些因素;軟因素就是精神意識系統中的一些因素。軟科學和硬科學的區分是相對的,不應該也不可能給出截然劃分的界限。目前的工程設計主要側重于力學分析,具有硬科學的性質。力學分析只是荷載決定后計算結構力學反應的一種手段,是工程設計所使用的工具之一。在工程設計中,更重要的是必須進行很多運籌、決策和規劃的工作,所以,工程設計應該是硬科學和軟科學的結合,這就需要建立全面的、嶄新的工程設計理論。在土建工程設計的前期,有許多重大的問題需要進行科學的決策,包括工程項目的可行性論證、工程項目的總體規劃及功能優化、結構的造型、結構設防水平的決策等。所有這些前期的決策工作,其影響都遠大于目前的以結構計算為主的優化設計工作。

2．3工程結構系統全局優化的發展。各個結構獨立優化和拼湊而成的工程系統并不一定優化,只有當工程系統中各個結構之間不存在任何橫向約束時,各結構的獨立優化才形成工程系統的優化。只有從大系統全局進行優化,才能真正收到優化的效果。

2．4工程項目全壽命優化的發展。以往的優化設計理論針對的都是具體的結構,而在工程實際中,一般都是整個工程大系統的優化設計問題,其由眾多子系統或者結構組成,具有高維數、多目標、變量種類多、約束耦合復雜等難點,故其子系統的獨立優化并不能帶來整個大系統的優化方法。實際的工程系統優化模型往往預先不知道,需要通過子系統或者結構的具體優化模型來構造大系統的全局優化模型。工程的全系統全壽命優化就是考慮了工程系統中的動態可靠度與模糊因素,在各個階段的優化中都應該以工程項目的全局作為優化對象,而各個單元的優化必須在總體全局優化的指導下進行。

3 設計中存在的問題

3．1只重視結構尺寸的優化,即在給定結構的幾何形狀、拓撲和材料的情況下,求出滿足約束條件的最優構件截面,而忽視結構整體的優化。已有的研究結果表明,形狀優化比尺寸優化更有意義。單純的尺寸優化無法接近最優的結果,因此,也就不能完全令人信服。設計人員較普遍地認為,結構設計只要結構方案和布置合理,部結構又有比較成熟的計算機軟件進行分析計算,構件截面只要通過計算結果滿足規范即可,認為上部結構相對下部結構,即地基基礎部分,特別是軟土地基的意義不大,因此對上部結構截面的優化所能達到的經濟效益未予以充分的重視。

3．2離散變量優化問題。建筑物尺寸以及鋼筋、型鋼規格型號等都不是連續變化的,因此,傳統的優化方法,如各種梯度算法、對偶算法等解析算法均無法勝任。而且,由于問題的規模較大,隨之帶來的計算量急劇增加的“組合爆炸”問題也會使計算量急劇增加。

3．3優化的目標還不能完全符合工程的需要。由于實際結構問題往往十分復雜,存在設計變量多、約束條件多、受建筑功能限制較大等難點,多種因素甚至不確定性因素使得目標函數在建立后只能得到相對最優解。而且,目前尚沒有實用的高層建筑優化分析軟件,而應用現有的各種計算機分析軟件進行截面優化并不是簡單的幾次嘗試就能達到效果的,因此,無論是機時,還是設計進度,都較難允許實施這種優化方法。很多高層建筑設計項目,結構方案和布置還是比較合理的,其構件截面也是同類型結構中常用的尺寸,但是計算分析后還存在某些薄弱環節,為了改善這種受力狀況,增大構件截面卻未能得到明顯改善,反而增加了材料耗量。

4高層建筑結構優化設計

4．1對高層建筑結構方案進行優化采用何種方法,首先應分析這一問題的目標函數、目標函數中的各種變量,這些變量之間的各種數學解析關系以及與各種變量有關的約束條件,在分析的基礎上是采用間接優化還是直接優化方法來確定。高層建筑結構方案優化的目標就是材料耗量,材料耗量決定于構件的截面尺寸大小,截面尺寸必須滿足通過力學分析得到各構件內力后的強度計算及位移變形等條件。因此,目標函數很難用明確的數學解析式來表達,不能用數學上求極小值的方法,也就是一般所說的間接優化方法來優化。高層建筑結構方案的優化只能采用直接優化法來解決,即給目標函數中變量以已知值,經過試算使其滿足一定的約束條件,求得其目標值,并找出使目標值逐步變小而趨向最佳值的路線或方向,以達到目標函數的最優值。因此,可以采用滿應力法進行高層建筑結構優化設計。

4．2滿應力設計法是在桁架等桿系結構的設計中發展起來的,是結構優化中最簡單、最易為工程人員理解的一種準則法。所謂滿應力是指結構構件在荷載作用下的最大應力達到所用材料的容許應力,此時材料的強度得到充分利用,構件截面面積將是最小,故可作為桁架最輕設計或體積最小設計的一個準則。滿應力設計法是結構在規定材料和幾何形狀的條件下,按照滿應力準則的要求,修改構件的截面尺寸,使每一構件至少在一種工況下達到或接近其容許應力限值的優化算法。如果結構除了應力約束外還有界限約束,則要求每一構件應力約束和界限約束中至少有一個達到臨界值。

4．3利用滿應力設計法進行高層建筑的結構優化設計要遵循以下步驟:首先,要根據常規做法和經驗確定結構構件的初始截面尺寸,并按構件分類分別建立柱、墻、梁可供選擇截面尺寸的數據庫;其次,要對結構構件進行力學分析,算出各工況下結構的位移及內力,并對結構構件進行承載力計算;再次,要根據計算結果,對構件截面尺寸進行調整,在滿足位移條件的前提下,盡量充分發揮構件材料的性能,即按規范計算使其接近滿應力狀態,但截面選擇應在指定的數據庫中進行,并統計截面需修改的個數; 然后,根據修改截面的數量、性質,由人工干預決定或指定一個限值自動決定是否重新計算,即返回到第二步計算,如此循環反復,直到滿足要求為止;最后,輸出最后優化的構件截面尺寸及計算結果。

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關鍵詞：高層住宅建筑結構設計

Abstract: this paper introduces the structure of the high-rise residential buildings design principle, analyzes the high-rise building structure optimization design status, emphatically summarized the high-rise residential building structure optimization design method.

Keywords: high-rise residential building design

中圖分類號：S611文獻標識碼：A 文章編號：

當前，高層建筑隨著城市的發展和科學技術的進步而發展起來的, 在土地資源日益趨緊的今天, 高層建筑有利于節約用地、解決住房緊張、減少市政基礎設施和美化城市空間環境。為了在日益激烈的設計市場競爭中求得生存與發展, 為業主提供優質的設計產品, 提高設計產品的經濟性, 已成為每一個設計單位努力追求的目標。

一、高層住宅建筑結構設計的原則

1、 滿足經濟性要求。住宅作為商品, 開發商為有利可圖, 要求投入少, 經濟效益好,購房者則要求房屋設計布局好, 外觀美, 房價適中, 質量上乘。因此, 結構設計應根據房屋的建造地點、平立面體形、層數多少, 在滿足安全性、耐久性和舒適性要求的前提下采用經濟合理的結構體系, 在構件設計中應精打細算, 嚴格執行規范構造要求, 注意避免不必要的浪費。尤其在地基基礎設計中更應該注意方案的經濟比較,因為地基基礎設計方案合理與否對房屋造價至關重要。

2、 滿足安全性和耐久性要求。住宅實行商品化后, 應成為廣大住戶的耐用消費品, 使用壽命長是區別于其他消費品的最大特點。因此, 結構安全性和耐久性是住宅結構設計的最基本的要求。在結構體系的選擇, 材料的選用,都應該有利于抗風抗震, 以及在使用壽命期間維修改造的可能性。

3、滿足舒適性要求。住宅建筑設計應該為住戶起居的舒適性要求提供條件, 例如, 多種戶型, 靈活分隔室內空間, 人居的熱、光、聲的環境等要求, 為此結構設計應較好地配合建筑和機電專業, 盡可能在居住空間中避免露柱露梁的壓抑感和采用隔音較差的分隔墻材料, 使室內簡潔明快, 隔聲較好,給居住者創造一個幽靜舒適的環境。結構方案中還應考慮住戶日后改變分隔空間的可能性, 當采用剪力墻結構時, 宜采用大開間布置。

二、 高層建筑結構優化設計現狀分析

1、只重視結構尺寸的優化,即在給定結構的幾何形狀、 拓撲和材料的情況下,求出滿足約束條件的最優構件截面,而忽視結構整體的優化。已有的研究結果表明,形狀優化比尺寸優化更有意義。 單純的尺寸優化無法接近最優的結果,因此,也就不能完全令人信服。設計人員較普遍地認為,結構設計只要結構方案和布置合理, 上部結構又有比較成熟的計算機軟件進行分析計算,構件截面只要通過計算結果滿足規范即可, 認為上部結構相對下部結構,即地基基礎部分,特別是軟土地基的意義不大,因此對上部結構截面的優化所能達到的經濟效益未予以充分的重視。

2、優化的目標還不能完全符合工程的需要。 由于實際結構問題往往十分復雜,存在設計變量多、 約束條件多、 受建筑功能限制較大等難點, 多種因素甚至不確定性因素使得目函數在建立后只能得到相對最優解。,目前尚沒有實用的高層建筑優化分析軟件, 而應用現有的各種計算機分析軟件進行截面優化并不是簡單的幾次嘗試就能達到效果的,因此,無論是機時,還是設計進度,都較難允許實施這種優化方法。 很多高層建筑設計項目,結構方案和布置還是比較合理的, 其構件截面也是同類型結構中常用的尺寸,但是計算分析后還存在某些薄弱環節,為了改善這種受力狀況,增大構件截面卻未能得到明顯改善,反而增加了材料耗量。

三、高層住宅建筑結構優化設計方法

1、限制結構平面布置的不規則性避免產生過大的偏心而導致結構產生較大的扭轉效應。高層建筑混凝土結構技術規程435條規定: 在考慮偶然偏心影響的地震作用下, 樓層豎向構件的最大水平位移和層間位移, A級高度高層建筑不宜大于該樓層平均值的 1、2倍, 不應大于該樓層平均值的 1、5倍?？拐鹪O計的 A級高度鋼筋混凝土高層建筑其平面布置宜簡單、規則、對稱、減少偏心。結構平面布置必須考慮有利于抵抗水平和豎向荷載,受力明確, 傳力直接, 力爭均勻對稱, 減少扭轉影響。結構剛度不對稱也會產生扭轉。所以在布置剪力墻時, 應使結構均勻分布, 令荷載合力作用線通過結構剛度中心, 以減少扭轉影響。結構剛度不對稱產生扭轉時, 通過增加墻厚來調整扭轉效應效果不佳。高層剪力墻結構住宅中剪力墻影響剛度, 而剪力墻為矩形截面, 慣性矩為 I Z = bh3 /12 , b為墻厚,h為墻長。剪力墻的長度對其剛度影響很大。首先分析哪部分結構剛度大, 哪部分結構剛度小, 增大剛度對結構有利, 還是減小剛度對結構有利, 通過增減剪力墻達到結構剛度均勻對稱, 滿足高層建筑混凝土結構技術規程435條對最大水平位移和層間位移的要求。

2、限制結構的抗扭剛度不能太弱。高層建筑混凝土結構技術規程435條規定: 結構扭轉為主的第一自振周期 Tt與平動為主的第一自振周期 T1之比, A級高度高層建筑不應大于 0、9。扭轉耦聯振動的主方向, 可通過計算振型方向因子來判斷, 在兩個平動和一個轉動構成的三個方向因子中, 當轉動方向因子大于0、5時, 則該振型可認為是扭轉為主的振型。當不滿足以上要求時, 宜調整抗側力結構的布置, 增大結構的抗扭剛度。如在滿足層間位移比的情況下, 減小某些 (中部 ) 豎向構件剛度, 增大平動周期, 加大端部豎向構件抗扭剛度, 減小扭轉周期。

3、高層建筑的基礎形式應選用整體性好, 能滿足地基承載力和層建筑容許變形的要求, 并能調節不均勻沉降, 達到安全實用和經濟合理的目的。以下討論平板式筏基和梁板式筏基經濟合理的問題。平板式筏基與梁板式筏基相比較具有節約鋼材、混凝土, 施工工期短等優點。住宅一般開間小, 即剪力墻間距小, 并且剪力墻剛度大,所以剪力墻完全可以起到梁板式筏基中基礎梁的作用。采用中國建筑科學研究院編制的 JCCAD軟件, 用有限元法對不同基礎形式進行基礎計算, 發現平板式筏基和梁板式筏基的板厚及配筋相差不多, 但梁板式筏基卻有基礎梁的配筋、混凝土用量和基礎梁支模等情況。當采用梁板式筏基時有的基礎梁的剛度達不到它所應起到的剛度作用, 計算時超筋。于是還要再增大梁的斷面。從綜合經濟效益分析, 對于采用剪力墻結構形式的高層住宅平板式筏基比梁板式筏基更經濟合理。

4、高層建筑平面凹入較深時構造處理。高層建筑平面不規則, 容易發生震害, 在不妨礙建筑使用的原則下可以采取以下措施: 設置拉 梁或拉板 (板厚為 250mm ~300mm ) , 拉梁拉板內配置受拉鋼筋。滿足梁板最小配筋率要求。

5、高層住宅轉角窗處的構造處理。角部墻體開洞, 與角部墻體不開洞的剪力墻結構相比, 結構整體效應影響頗大, 結構的抗側力剛度、自振周期、地震作用等均有不同程度的差異, 角部墻體開洞的剪力墻結構其外墻內力明顯增大。開洞的角部各構件扭轉效應明顯, 特別是洞口處的連梁, 需配置抗扭鋼筋, 轉角處樓板宜局部加厚, 配筋宜適當加大, 在轉角處板內設置連接兩側墻體的暗梁。

6、不規則樓板的計算。在居住建筑中由于平面使用功能的需要, 常出現不規則樓板, 以往處理方法在缺口設梁,這樣影響建筑的美感?，F在設計中改設暗梁, 梁適當加寬。樓板的承載力潛力較大, 計算時可按一般梁計算。通過結構優化設計來降低工程造價是控制工程

總之，結構設計沒有絕對最佳的標準模式, 只有通過不斷地探索、比較,去尋求相對的最優。因此我們每一個結構工程師應不斷地追求盡善盡美的設計思想, 不只盲目照搬規范和依賴計算機程序作設計, 用自己的結構設計概念、經驗、判斷力和創造力為業主和社會設計出更好的建筑。

參考文獻：

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[3] 張啟照. 建筑結構優化設計探討[J]. 福建建材, 2010,(02) .

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關鍵詞：高層住宅 特點 結構優化設計

中圖分類號：TU318 文獻標識碼：A

隨著我國國民經濟不斷發展和人民生活的迅速提高。業主及建筑師的創新藝術使得鋼筋混凝土高層建筑發展被廣泛應用。高層建筑結構設計給工程設計人員提出了更高的要求，各方面需要注意的問題都應考慮到。本文高層建筑結構設計分別從結構設計的特點、 結構優化設計的要求措施進行探討。

一、高層建筑結構設計的特點

高層建筑結構設計與低層、多層建筑結構相比較， 結構專業在各專業中占有更重要的位置。不同結構體系的選擇，直接關系到建筑平面的布置、立面體形、樓層高度、機電管道的設置、施工技術的要求、施工工期長短和投資造價的高低等。其主要特點有：

1、水平力是設計主要因素。在低層和多層房屋結構中，往往是以重力為代表的豎向荷載控制著結構設計。而在高層建筑中盡管豎向荷載仍對結構設計產生重要影響，但水平荷載卻起著決定性作用。建筑自重和樓面使用荷載在豎向構件中所引起的軸力和彎矩的數值，僅與建筑高度的一次方成正比；而水平荷載對結構產生的傾覆力矩、以及由此在豎向構件中所引起的軸力是與建筑高度的兩次方成正比；另一方面，對一定高度建筑來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風荷載和地震作用，其數值是隨著結構動力性的不同而有較大的變化。

2、 側移成為控制指標。與較低樓房不同， 結構側移已成為高樓結構設計中的關鍵因素。隨著樓房高度的增加，水平荷載下結構的側移變形迅速增大，因而結構在水平荷載作用下的側移應被控制在某一限度之內。

3、抗震設計要求更高。有抗震設防的高層建筑結構設計，除要考慮正常使用時的豎向荷載、風荷載外，還必須使結構具有良好的抗震性能，做到小震不壞、大震不倒。

4、軸向變形不容忽視。高層建筑中，豎向荷載數值很大，能夠在柱中引起較大的軸向變形，從而會對連續梁彎矩產生影響，造成連續梁中間支座處的負彎矩值減小，跨中正彎矩之和端支座負彎矩值增大；還會對預制構件的下料長度產生影響，要求根據軸向變形計算值，對下料長度進行調整；另外對構件剪力和側移產生影響，與考慮構件豎向變形比較，會得出偏于不安壘的結果。

5、結構延性是重要設計指標。相對于較低樓房而言，高樓結構更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使結構在進入塑性變形階段后仍具有較強的變形能力，避免倒塌，特別需要在構造上采取恰當的措施，來保證結構具有足夠的延性。

二、高層建筑中的優化設計方案

所謂結構優化設計，就是指工程結構在滿足約束條件下按預定目標求出最優方案的設計方法。如何做好結構優化：首先，要選擇合理的結構方案，其決定了整個設計的好壞成敗。因為對同一個建筑設計方案而言，結構設計不是唯一的，不同方案會使工程質量和工程造價產生很大差別。其次，進行正確的結構計算，一體化計算機結構設計程序的應用和完善，幫助結構工程師能越來越輕松的進行計算分析，使得結構設計更加經濟和合理。再次，要提高材料的利用率，因為結構設計的目的就是花盡可能少的錢，做最安全適用建筑，這就要求結構設計時對材料選用要合理，利用要充分。還有，要正確合理的運用和理解《規范》，其是我們設計中必須遵循的標準，是國家技術經濟政策，科技水平以及工程實踐經驗的總結。

1、房屋結構周期性折減系數。房屋框架結構和頂蓋等結構設計中，因為填充墻體存在使結構實際表現剛度大于設計計算剛度，計算周期也會大于實際周期，所以當算出結構剪力偏

小時，會使房屋的某些結構不安全，而應該對房屋結構計算周期適當的進行折減，這樣能達到很好的效果，但是對于房屋框架結構，計算的周期不宜折減或折減系數取小。

2、耐久性的優化設計。在之前大部分混凝土結構設計方案中，很多沒有充分考慮到建筑結構設計耐久性，也就是保證高層建成之后，在合理使用期限內，要能滿足用戶正常使用要求。但是很多的設計未能達到，造成此現象的根本原因是沒有充分考慮到建筑結構在使用的過程中，由于遭受條件和使用環境變化最終造成房屋結構損傷，引起房屋可靠度指數下降。對一般高層混凝土結構設計來說，低造價和省材料設計都應為滿意的結構設計，但隨著人們生活水平的提高和在實際工程中，有時在其他使用要求或技術指標上升為設計主要矛盾時，設計者們就要放棄對經濟的單純追求。所以當選以高層混凝土結構優化為設計的主要目的時，就應依據設計所要面對的關鍵性問題，分清主次，選多目標或單目標來實施優化，達到滿意效果。

3、房屋結構抗震性設計。在工程圖紙設計過程中，房屋結構按抗震設防分類，房屋抗震等級可根據房屋高度、烈度以及結構類型按國家《抗震規范》確定。地震震力振型組合數據

對建筑應當不考慮耦聯扭轉計算；當振型數大于3的時候，應取3的整數倍計算，但數據不能大于建筑物層數；當房屋層數不大于2時，振型數則可取房屋層數。對于不規則房屋的結構，應考慮扭耦聯轉，對高層房屋建筑來說，振型數應取不小于9；房屋結構層數多或房屋結構剛度突變系數大的話，振型數則應多取，例如結構中含多塔結構或頂部有小塔樓和轉換層等，振型數應取不小于12的數，但其大小仍不能大于房屋總層數3倍，除非其含有彈性定義的樓板，而且采取總剛性分析的時候，振型數才能夠取的更大。

4、地下室的層數處理。多層房屋框架結構房屋一般都設置地下室結構。由于隔墻較少，故常采用的是板筏基礎。設計計算時將上部結構與地下層數結合在一起，并在圖紙中按實際

的地下室的層數計算。如此一來，計算基礎底板以及地基縱向荷載可一次設計完成。同時通過側層移剛度性系數比較，可以調整和判斷房屋相應嵌固位置，適當加固構造措施，保證樓板最小配筋率和厚度。當房屋結構縱向不規則時，要驗算其最薄弱層。

5、合理使用高強鋼筋與高強混凝土。高層建筑的總造價一般都包括框架結構材料、施工和基礎的物料費用等，其中用鋼量以及構筑件截面積對房屋造價影響較大，故在建筑設計中

合理使用高強混凝土與高強度鋼筋可有效降低用鋼量，節約建筑成本。若高層建筑設計位于厚軟的地基上，那么由于坐落在地基上的荷載大，合理使用高強鋼筋和高強混凝土來優化構件的截面積，減輕結構重量，將會顯著降低工程造價及基礎設施施工難度，取得較好經濟效果。對于震區的高層樓房來說，地震力作用的大小與建筑物的自重相關，人為地減輕建筑物的自重，降低結構在地震的荷載，可提高建筑物的安全性。在設計中高效地使用高強鋼筋及高強混凝土，能快速有效的縮小梁墻板柱等構件截面積，達到建筑造價目的。

6、框架梁以及柱箍筋間距。房屋柱箍筋和框架梁等加密區的最大箍筋以及最小箍筋直徑間距應該符合規定。依據規定，工程上取柱箍筋與梁的加密區最大間距為100mm左右，非

加密區箍筋最大的間距為200mm左右。通常在柱箍筋和內定梁加密區間距為100mm左右，以此為計算依據算出加密區箍筋面積，工程師要依據規范確定肢數與箍筋直徑。而在程序內定的條件下，當房屋的框架梁跨中有較大的其他荷載或次梁存在而又只有兩肢箍筋情況下，非加密區箍筋間距應采取200mm左右，使房屋梁非加密區的配箍充足，故建議內定梁箍筋改為梁非加密區取200mm。既可保證梁箍筋加密區抗剪切能力，同時又增加梁非加密區抗剪的承載能力，使梁強抗剪性能更加充分體現出來。

總之，在高層建筑結構設計中，結構工程師不能僅僅重視結構計算的準確性而忽略結構方案的具體實際情況，應作出合理的結構方案選擇。高層建筑結構設計人員應根據具體情況進行具體分析掌握的知識處理實際建筑設計中遇到了各種問題。

參考文獻：

［1］陳陽顯.淺析高層建筑中混凝土結構的優化設計［J］.價值工程，2010（27）：89-92.

篇(7)

關鍵詞：高層住宅；結構設計；優化設計

Abstract: Nowadays, with the improvement of people's living standard, people's material and cultural level requirements are becoming increasingly strict, such as construction of residential design requirements from simple to meet the needs of people's lives become can provide leisure and entertainment place to live. Therefore, the author mainly for optimization design of the structure of the high-rise residential design were analyzed briefly, and how at the lowest cost, the scientific method of architectural design for a total of, some corresponding suggestions and measures, hope to discuss with you.

Key words: high-rise building; structure design; optimization design

中圖分類號：[TU208.3] 文獻標識碼：A文章編號：2095-2104（2013）

引言

將建筑結構合理的分析會更加有利于高層住宅結構優化設計的實施，提出結構設計優化方案，目的是在設計滿足國家相關建設法規的前提下，提高建筑物的技術質量，降低總成本，使投資利益最大化，并且能保證建筑物抗震性能和安全性。結構設計優化是對設計再次分析，再次加工的過程。盡量使住宅結構剛度適中、整體結構布局均衡，從而減小構件在外力影響下的變形或者破壞，達到既美觀又兼顧抗震的效果，這是高層住宅結構優化的目標。

在高層住宅結構優化設計中，每一道工序都要精心設計，做到計算合理準確，方案合理可行，本文對設計優化存在的問題進行分析并提出幾點可行建議。

1高層住宅結構設計現狀

1.1 住宅結構設計現狀

多層建筑和高層建筑橫向和豎向的結構體系設計基本原理是相同的，但是建筑高度越高，結構設計越復雜，這也是建筑界正在努力解決的問題之一。住宅結構越高，就要求有截面較大的柱子或者墻來承受豎向壓力，這對建筑材料的要求比較高。另外，住宅結構越高，水平力所產生的剪切變形和傾覆力矩就要大得多，而且水平荷載產生的響應并不是線性的，而是隨著高度增加而迅速增大。高層建筑與低層建筑結構有著很大差異，需要考慮的因素也很多，例如共振、扭轉、水平側向位移等。

1.2 高層住宅結構設計影響因素

住宅越高，建筑結構的安全性就越來越要重視，設計中要考慮的因素也就增多，主要影響因素有水平荷載、側向位移、結構延性等。

(1)水平荷載。水平荷載包括風荷載和地震作用。一般來說，垂直方向的荷載只與樓房高度有關，但是水平方向的受力情況卻比較復雜。例如，風荷載的大小和建筑物所在地的地貌及周圍環境有關，與建筑物本身高度、形狀及表面狀況有關；地震作用同場地類別及本地區抗震設防烈度有關。所以水平荷載是影響住宅結構設計的主要因素。

(2)側向位移限制和舒適度要求。在正常使用條件下，高層住宅結構處于彈性狀態并且應有足夠的剛度，避免產生過大的位移而影響結構的承載力、穩定性和使用條件。過大的側向位移會使主體結構出現裂縫甚至破壞，會使結構產生附加內力，會使人不舒服影響正常使用。所以在設計的時候，要注意在水平荷載作用下的側移要控制在要求范圍之內。

(3)結構延性。高層住宅建筑在地震作用下允許結構某些部位進入屈服狀態，形成塑性鉸。這時結構進入彈塑性階段，結構可以通過塑性變形耗散地震能量，同時必須保證結構的承載能力，結構不能破壞，這種性能稱為結構延性。延性越好，抗震能力越強，要特別注意在構造上采取合適的措施，保證住宅的安全。

2 高層住宅結構設計優化

2.1 選擇設計結構方案

進行高層住宅結構設計優化時，首先要進行結構方案的選擇。結構方案的好壞決定了結構設計的好壞，對于同一個建筑設計要求，其結構方案往往是不唯一的，但是不同的設計方案會影響工程質量和工程造價，在設計時，一定要選擇合理的結構設計方案。

首先，根據相關建筑結構規范的規定來完成結構設計方案總體要求，處理好建筑與結構的相互關系，充分發揮結構的最佳受力狀態，使結構形式盡可能簡單明確，具有足夠的承載力，良好的延性和剛度。其次，要保持結構的安全可靠。應該仔細考慮每一個構件，使各個構件能夠相互協調，發揮最大功能，保證設計目標水準，使結構既經濟又安全。再次，要盡量避免或者減小外力作用下的扭轉效應。因為抵抗扭轉效應所需要的材料用量很大，而且結構也會很復雜，會提高工程造價，不經濟也不實惠。最后，要積極與建筑專業進行溝通。結構設計者往往對建筑做法和材料不是很了解，在設計結構方案時，要與建筑師進行交流，聽取他們提出的建議，結構設計師要充分理解結構概念，真實客觀地進行設計，通過反復優化、修改，最后設計出質量最安全，造價最經濟的結構方案。

2.2 設計優化

在優化設計時，應注意以下幾個方面：

(1)正確認識結構設計優化的重要性。

現在房地產已經是一個大產業，人們對住宅要求也越來越高，而作為投資方，追求的是利益的最大化，進行住宅結構設計的優化，不但可以有效降低總成本，還可以使建筑結構更美觀安全，更經濟合理的節省材料，從而降低工程造價。

(2)設計方案優化。

設計時，首先要進行建筑結構分析，主要由豎向抗側力構件構成，包括框架、剪力墻、筒體等。主要分析他們的受力狀態，使構件充分利用起來。在進行計算分析時，不能盲目地依賴計算機，還要結合工程師的實際經驗，選擇合適的計算參數，經過多次計算比較，找到最佳參數值。其次是根據住宅結構平面，分析豎向荷載和水平荷載，根據實際情況，合理布置構件，選用合適材料進行結構分析和內力分析，根據分析結果適當調整結構形式。此外，還要進行可行性判斷，對優化結果進行內力分析，滿足設計要求的前提下，校驗可行性；如果不可行，就要調整設計方案，直到方案可行為止。

(3)地基處理的優化。

高層住宅建筑更要注重地基的處理，否則將前功盡棄，在選擇地基時，要選擇地質條件不復雜，容易施工的地質，因為地質條件越復雜，地基處理的造價越高，而選擇相對簡單的地質條件，不僅可以降低地基處理的成本，地基安全度也會增加，從而降低工程造價，提高工程性價比。

(4)進行建筑材料的優化。

優化建筑材料目的就是花盡量少的錢，做到經濟安全、符合設計要求工程。這就要求在選擇建筑材料時，要合理利用材料性能，根據不同的需求來選擇不同的材料。實際上，因材料選擇不當造成浪費的情況很多，設計時，要充分考慮這些因素。

3 結論

高層住宅結構設計優化能夠有效降低工程造價，帶來可觀的經濟效益，不僅能讓建筑物安全實用，又能使其經濟美觀，舒適。所以進行結構優化設計至關重要，實際設計中，要結合實際情況和具體條件來靈活運用設計優化方法，實現住宅結構設計既安全又經濟。

參考文獻：

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