高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計精選(九篇)

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第1篇：高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計范文

關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)優(yōu)化；設(shè)計；分析

中圖分類號：TU208文獻標識碼： A

引言

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，加上科學技術(shù)的不斷進步，我國高層建筑行業(yè)取得了重大的突破。越來越多的高層建筑對我們的設(shè)計提出了新的課題，節(jié)約成本降低造價成為開發(fā)商必談的話題，因此結(jié)構(gòu)優(yōu)化成為我們設(shè)計師面臨的新課題，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是否合理，不僅僅影響到高層建筑安全性，而且還直接影響到高層建筑的工程造價。本文主要研究高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計原則，探討高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問題與策略，為設(shè)計單位在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的進一步開展提供借鑒。

1、高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計原則

1.1、確定合理基礎(chǔ)方案

針對高層建筑而言，基礎(chǔ)設(shè)計，主要根據(jù)高層建筑的地質(zhì)條件決定，確定合理、科學的基礎(chǔ)設(shè)計，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員必須掌握高層建筑的荷載分布、選擇正確的結(jié)構(gòu)類型，確定具體施工方案，對建筑工程的各類條件進行綜合分析后，方可確定合理基礎(chǔ)方案。

1.2、確定合理計算模型

針對高層建筑結(jié)構(gòu)而言，計算模型應(yīng)傳力明確，抗震體系合理，若計算模型不合理，極易導致結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，進而導致一些不必要的安全問題。所以，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計必須在滿足安全基礎(chǔ)上，確定合理計算模型。

1.3、確定合理計算工具

隨著信息化技術(shù)的不斷發(fā)展，計算機技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中被廣泛運用，信息技術(shù)為高層建筑設(shè)計提供越來越多不可估量的作用，各種計算軟件層出不窮。所以，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員，必須全面掌握計算軟件優(yōu)缺點，熟悉使用條件、使用范圍，確定合理的計算工具。

1.4、確定合理的構(gòu)造措施

針對高層建筑結(jié)構(gòu)而言，結(jié)構(gòu)設(shè)計滿足符合“強柱弱梁、強剪弱彎、強壓弱拉”的設(shè)計原則，確保薄弱部位的強硬，合理確定鋼筋錨固長度，提高構(gòu)建延性性能。

2、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的控制因素

2.1、風荷載

高層建筑和超高層建筑的設(shè)計中，對風荷載的嚴格控制是至關(guān)重要的，特別是對于超高層建筑。例如：高度超過百米的高層建筑，風荷載的設(shè)計除了按照當?shù)赜嘘P(guān)規(guī)定外，還必須由專業(yè)的風洞試驗室進行風荷載的試驗研究，以探求該高層建筑準確的受力狀況。

2.2、地震力

目前，地震區(qū)的建筑設(shè)計與施工都必須考慮地震力的影響，正確選擇高層建筑的抗震等級，合理的采用構(gòu)造措施，對于高層和超高層建筑來說非常重要。

2.3、地基基礎(chǔ)

地基是高層建筑設(shè)計首先要解決的問題，地基的天然條件決定了高層建筑運用何種方式進行地基處理。例如，山東菏澤屬于中軟弱地基，地基條件較差，在小高層建筑中多數(shù)采用復(fù)合地基，高層建筑多數(shù)采用樁基；而新加坡來福士城的高樓群，則由于地下地質(zhì)條件好，在進行地基設(shè)計時采用了筏性基礎(chǔ)。以上實例都是地基單一設(shè)計型的案例，但是在很多時候，需要根據(jù)當?shù)氐牡鼗鶙l件采用不同的基礎(chǔ)方案，把這些基礎(chǔ)方案進行比較和結(jié)合，選擇一個安全可靠、經(jīng)濟合理的組合方案運用到地基建設(shè)中。

3、高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化探討

3.1、將概念設(shè)計和細部結(jié)構(gòu)設(shè)計進行優(yōu)化

所謂概念設(shè)計實際上也就是指一些沒有具體的數(shù)值來進行量化的指標，包括地震裂度以及其本身的不確定性等，因此在進行設(shè)計計算的時候難免會和現(xiàn)實產(chǎn)生較大的差別，正是在這樣一種背景下我們才需要在對這樣一種指標進行設(shè)計和確定時選擇使用概念設(shè)計的方法，將數(shù)值僅僅只是作為輔助或者是參考的依據(jù)來進行。在這樣一種設(shè)計的過程當中更為強調(diào)的就是設(shè)計人員本身的靈活性以及應(yīng)用結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法的能力，這樣良好的結(jié)合才能夠真正實現(xiàn)效果上的最優(yōu)化。因為細節(jié)是構(gòu)成整體的單位，所以對各種設(shè)計細節(jié)的嚴格管理，也就可以實現(xiàn)整體的功能的有效發(fā)揮，因此，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的施工過程中，應(yīng)該重視對建筑細節(jié)的處理。

3.2、將抗震構(gòu)造以及框架梁設(shè)計進行優(yōu)化

為了進一步提高城市高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性以及穩(wěn)定性，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計單位在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方面做出了重大的努力，取得了重大的突破，高層建筑結(jié)構(gòu)安全性以及穩(wěn)定性水平得到進一步提升。但是由于我國的建筑物抗震標準較低，在抗震與構(gòu)造方面，很難處理好結(jié)構(gòu)設(shè)計與抗震烈度之間的關(guān)系。為此，在實際的高層建筑抗震與構(gòu)造設(shè)計中，抗震與構(gòu)造設(shè)計需要有一定的彈性，這樣才可以滿足高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計安全性以及穩(wěn)定性要求。舉例來講，中震烈度的重現(xiàn)期是475年，被超越率是10%;大震的重現(xiàn)期約為2000年，被超越率是2%。我國建筑構(gòu)造規(guī)定的安全度及抗震計算方法也相對較低，且在軸壓比、配筋率以及梁柱承載力匹配程度等抗震延性的相關(guān)規(guī)定也不夠嚴格。結(jié)構(gòu)設(shè)計造價在建筑整體投資之中比例的減少也應(yīng)給予重視，尤其是在高烈度區(qū)域應(yīng)有嚴格的抗震方法以及構(gòu)造措施來保證建筑物結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性。另一方面，在實際的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中還需要進一步解決與框架柱和剪力墻相連的框架梁設(shè)計問題。就高層建筑結(jié)構(gòu)的截面設(shè)計而言，豎向變形差過大通常會導致與框架柱和剪力墻相連的框架梁出現(xiàn)超筋現(xiàn)象，進而影響到框架梁截面設(shè)計。

框架梁端部豎向變形差所引起的剪力和固端彎矩的計算函數(shù)式如下:

其中，MAB/MBA為框架梁固端彎矩;QAB/QBA為框架梁端剪力;Δ為框架梁端部豎向變形差;Ib為框架梁截面慣性矩;I為框架梁計算長度。

3.3、對建筑結(jié)構(gòu)中抗側(cè)力體系進行優(yōu)化

現(xiàn)代高層以及超高層建筑的安全性可靠性保證通常會受到結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力體系影響，合理的抗側(cè)力體系能夠保證其安全性。因此在對建筑結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力系統(tǒng)選擇時應(yīng)當注意：

3.3.1、建筑的高度是結(jié)構(gòu)體系選擇的主要影響因素，通過結(jié)合實踐可以總結(jié)如下規(guī)律：對于建筑高度同結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力體系選擇，當建筑物高度小于100米時，通常采用框架結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)作為抗側(cè)力體系；當建筑物高于100米低于200米時，通常采用剪力墻結(jié)構(gòu)、框架-核心筒結(jié)構(gòu)作為抗側(cè)力體系；而當建筑物高度在200-300米之間時，通常采用框架-核心筒結(jié)構(gòu)、框架-核心筒-伸臂結(jié)構(gòu)作為建筑物的抗側(cè)力體系；建筑物高度在300米-400米之間時，框架-核心筒-伸臂結(jié)構(gòu)以及筒中筒結(jié)構(gòu)是常見的抗側(cè)力體系；而建筑高度高于400米低于600米時常用的結(jié)構(gòu)抗側(cè)力系統(tǒng)為，筒中筒-伸臂結(jié)構(gòu)，巨型框架/桁架/斜撐結(jié)構(gòu)、組合體結(jié)構(gòu)。

3.3.2、在建筑的設(shè)計上，應(yīng)盡可能地確保結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件相互聯(lián)結(jié)、組合為一個整體。

3.3.3、對于建筑中采用了多重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系的具體實際情況時，應(yīng)綜合分析每種結(jié)構(gòu)體系在建筑設(shè)計中的效用，對各自的貢獻度有合理的估計和評判。

4、結(jié)語

建筑是凝固的藝術(shù)，建筑師總是希望通過建筑物表達自己的設(shè)計意圖，力求藝術(shù)性和實用性的完美結(jié)合。結(jié)構(gòu)師在保證安全性的前提下，當然應(yīng)該敢于挑戰(zhàn)新的結(jié)構(gòu)形式，使建筑師的意圖得以實現(xiàn)。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，在基本滿足建筑師設(shè)計意圖的基礎(chǔ)上，平面布置應(yīng)盡量規(guī)則，對稱，盡量縮小質(zhì)量中心和剛度中心的差異；使建筑物在水平荷載作用下不致產(chǎn)生太大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。豎向布置上，在滿足功能要求的前提下，盡量使豎向承重構(gòu)件上下貫通；能不使用轉(zhuǎn)換層的就應(yīng)避免使用，以減小結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計上的困難，另外也不經(jīng)濟，還容易造成應(yīng)力集中；豎向剛度最好不要突變，而要漸變，否則突變處在水平荷載作用下會出現(xiàn)嚴重的應(yīng)力集中現(xiàn)象，這對結(jié)構(gòu)抵抗水平動力荷載是十分不利的。

參考文獻：

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第2篇：高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計范文

關(guān)鍵詞:高層建筑；框架―剪力墻；剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計

隨著我國國民經(jīng)濟不斷發(fā)展,對高層建筑的需求愈來愈大,且高層建筑體型日趨復(fù)雜。城市高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計大多采用框架―剪力墻結(jié)構(gòu)體系,這種體系由鋼筋混凝土框架和鋼筋混凝土剪力墻兩部分組成,框架的梁柱為剛接,框架與剪力墻可為剛接,也可為鉸接。高層建筑體型日趨復(fù)雜,各種不同功能的用房綜合在一起,組成形態(tài)各異摩肩接踵的高層建筑,給結(jié)構(gòu)設(shè)計增加了一定的難度,而框架―剪力墻結(jié)構(gòu)體系具有靈活組成使用空間的優(yōu)點,比較容易滿足建筑物的使用要求,而且框架―剪力墻結(jié)構(gòu)體系有較高的承載力,較好的延性和整體性,并且有很強的吸收地震力的能力,從而大大減小了結(jié)構(gòu)本身的側(cè)移,因此在實際工程中得到廣泛的應(yīng)用。本文將著重探討影響剪力墻用量的因素,提出了如何確定剪力墻合理用量的建議,可供設(shè)計中參考采用。同時,討論了在豎向荷載作用下框架―剪力墻結(jié)構(gòu)的水平作用效應(yīng)問題。

1框架―剪力墻結(jié)構(gòu)的受力特性

框架結(jié)構(gòu)的變形特性具有剪切型的特點,位移越往上增大越慢,呈內(nèi)收形開口曲線,其變形曲線為剪切型(見圖1),在純框架結(jié)構(gòu)中,所有框架的變形曲線都是類似的,所以,水平力按各框架的抗推剛度D比例分配。剪力墻結(jié)構(gòu)的位移曲線具有懸臂彎曲梁的特征,位移越往上增大越快,呈外彎形開口曲線(見圖2)。在平面內(nèi)有很大的抗彎曲剛度,在一般剪力墻結(jié)構(gòu)中,所有抗側(cè)力構(gòu)件剪力墻的側(cè)移曲線都是類似的,水平力在各片剪力墻之間按其等效剛度EI比例分配。而在框架―剪力墻結(jié)構(gòu)中,框架和剪力墻之間通過平面內(nèi)剛度無限大的樓蓋連接在一起共同抵抗水平力,以至于它們不能單獨按各自的彎曲變形或剪切變形而自由變形,它們在同一樓層的位移必須相等(在不考慮扭轉(zhuǎn)的情況下)。因此,框―剪結(jié)構(gòu)水平位移特征處于框架和剪力墻之間,為反S形曲線,是彎剪型(見圖3)。

因此,在框―剪結(jié)構(gòu)中,剪力墻在下部樓層變形小,承擔了近80%以上的水平剪力,而在上部樓層,框架變形小,可以協(xié)助剪力墻工作,抵擋剪力墻的外拉變形,從而承受很大的水平剪力。所以,框―剪結(jié)構(gòu)是框架和剪力墻兩種結(jié)構(gòu)水平變形的有機協(xié)調(diào)從而達到減少結(jié)構(gòu)變形,增強結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度,提高結(jié)構(gòu)抗震能力的目的,在結(jié)構(gòu)設(shè)計中具有很強的適用性。

框―剪結(jié)構(gòu)中框架、剪力墻的受力特性可以用結(jié)構(gòu)剛度特性值λ,即框架剛度與剪力墻剛度的比值來表達。若忽略連梁約束和軸向變形的影響,有:

其中,H為建筑總高度;Cf為框架平均總剛度;EIw為剪力墻折算總抗側(cè)剛度。

工程實踐表明:

1)λ過小,即框架的總剪力剛度與剪力墻彎曲剛度的比值很小,結(jié)構(gòu)變形曲線呈彎剪型,也就是說剪力墻用量過多,此時,結(jié)構(gòu)剛度增大,自振周期縮短,地震力相應(yīng)增加,結(jié)構(gòu)延性降低,尤其對框架頂部幾層極為不利。一般來說,剪力墻數(shù)量增多對抗震有利,但超過必要限度也是不合理和不經(jīng)濟的,為了使框架充分發(fā)揮作用,剪力墻剛度不宜過大,應(yīng)使λ≥1.15。

2)λ過大,即框架的總剪力剛度與剪力墻彎曲剛度的比值很大,結(jié)構(gòu)變形曲線呈剪彎型,也就是說剪力墻用量過少,結(jié)構(gòu)剛度較差,常不滿足變形要求,同時,框架受力過大,梁柱截面尺寸加大,導致不經(jīng)濟,因此,剪力墻剛度不能過小,應(yīng)使λ≤2.4。

2影響剪力墻數(shù)量的因素

1)剪力墻的用量與框―剪結(jié)構(gòu)的平面布置有關(guān)。剪力墻是框―剪結(jié)構(gòu)中主要抗側(cè)力構(gòu)件,一般按照“均勻、對稱、分散、周邊”的原則布置。

2)剪力墻的用量與結(jié)構(gòu)自振周期密切相關(guān),結(jié)構(gòu)自振周期隨剪力墻剛度增大而變短,對于比較正常的框―剪結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)自振周期大致為:

其中,T1,T2T3別為結(jié)構(gòu)第1,2,3自振周期;n為建筑物總層數(shù)。

3)剪力墻用量與結(jié)構(gòu)地震力大小直接相關(guān)。結(jié)構(gòu)總水平地震作用隨剪力墻剛度的增大而加大,對于截面尺寸、結(jié)構(gòu)布置都比較正常的結(jié)構(gòu),其底部剪力大約在下述范圍內(nèi):

7度Ⅱ類場地土:Fek≈(0.015-0.03)G(5)

8度Ⅱ類場地土:Fek≈(0.03-0.06)G(6)

其中,Fek為結(jié)構(gòu)底部地震剪力標準值;G為結(jié)構(gòu)總重量。

當結(jié)構(gòu)底部剪力小于上述數(shù)值時,宜適當增加剪力墻用量,提高結(jié)構(gòu)剛度,適當增大地震力以保證安全;反之,地震力過大,宜適當減少剪力墻用量,以求得合適的經(jīng)濟技術(shù)指標。

4)在確定剪力墻用量時,必須考慮框架剛度?？颞D剪結(jié)構(gòu)中,框架和剪力墻是通過平面內(nèi)剛度無限大的樓蓋來共同作用的,由于樓蓋在水平力作用下會有一定的變形,使剛度較小的框架承受的實際水平力較計算值大。此外,框架是框―剪結(jié)構(gòu)抵抗地震力的第二道防線,有必要提高其設(shè)計地震力,結(jié)構(gòu)設(shè)計時,應(yīng)有必要的強度儲備。因此,在地震力作用下,要求框架剪力:

其中,為全部框架柱的總剪力;為結(jié)構(gòu)的底部剪力;

為框架柱的最大樓層剪力。

當 時,說明框架抗剪剛度不足,應(yīng)加大框架梁柱截面。當 時,說明框架抗剪剛度過大,宜減少框架梁柱截面。

3剪力墻合理數(shù)量的確定

根據(jù)框―剪結(jié)構(gòu)剛度特征值有:

其中,為剪力墻總剛度;為框架柱總剛度;n為建筑物總層數(shù);h為建筑物層高;α為框架節(jié)點轉(zhuǎn)動系數(shù),底層柱α=(0.5+i)/(2+i),i為框架節(jié)點梁柱線剛度比。

建筑平面確定后,根據(jù)構(gòu)件剛度、強度和柱最大軸壓比限值要求,通過預(yù)估樓面荷載從而確定梁柱截面尺寸。因此,框架柱總剛度 、框架節(jié)點轉(zhuǎn)動系數(shù)α便可算得。根據(jù)框―剪結(jié)構(gòu)的受力特性,要求1.15≤λ≤2.4。這樣,把上述數(shù)據(jù)代入公式,便可求得所需剪力墻的總剛度 ,從而求得剪力墻的合理用量。

4框架―剪力墻結(jié)構(gòu)的水平作用效應(yīng)問題

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中,隨著建筑物高度的增加,豎向荷載的作用逐漸退居次要地位,而水平荷載作用則上升為主要的控制地位。工程實踐發(fā)現(xiàn),框架在豎向荷載作用下產(chǎn)生的最大層剪力數(shù)值較大,水平位移值也較大。因此,在框―剪結(jié)構(gòu)設(shè)計中,豎向荷載作用下的水平作用效應(yīng)也應(yīng)予綜合考慮。

1)應(yīng)盡量減少豎向荷載的偏心作用對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響。由于框架的軸向變形引起的水平位移與剪力墻彎曲變形引起的水平位移不一致,使框架和剪力墻之間存在著相互作用的水平力,從受力的角度分析,若忽略了豎向荷載所引起的框架與剪力墻間的水平力變化,對剪力墻來說是偏于安全的,而對于框架來說是偏于不安全的。

2)結(jié)構(gòu)計算時,不同的加載模式對結(jié)構(gòu)內(nèi)力有一定的影響。因此,設(shè)計時應(yīng)根據(jù)加載情況對構(gòu)件截面及內(nèi)力予以調(diào)整。

5結(jié)論

1)在框架―剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中,剪力墻剛度的確定除了必須滿足強度條件外,還必須使結(jié)構(gòu)具有一定的側(cè)向剛度。因此,剪力墻剛度的大小將直接影響到結(jié)構(gòu)的安全性及工程造價。在框―剪結(jié)構(gòu)初步設(shè)計階段,簡捷、正確地確定框剪結(jié)構(gòu)中剪力墻最優(yōu)數(shù)量,不但可避免重復(fù)、繁瑣的結(jié)構(gòu)剛度調(diào)整計算,還可以達到經(jīng)濟的目標。

第3篇：高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計范文

【關(guān)鍵詞】高層建筑；混凝土結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計

隨著國內(nèi)社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，以及人們物質(zhì)生活水平的不斷提高，越來越多的高層建筑被建設(shè)于各地。我國在上世紀90年代開始大規(guī)模建設(shè)高層建筑，隨著工程數(shù)量的不斷增多，已經(jīng)積累了較多設(shè)計和施工工藝、技術(shù)、管理方面的經(jīng)驗，但是與建筑行業(yè)先進國家相比，國內(nèi)在高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計方面尚存在一定的差距。針對各種現(xiàn)實問題，必須加強對于高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的深入研究，以促進設(shè)計方案的不斷優(yōu)化，滿足工程項目建設(shè)的實際需求。

1 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求

在高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，必須注重其規(guī)則性，盡量避免選用不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)體系，以保障建筑的安全性、穩(wěn)定性與抗震性。高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的規(guī)則性必須符合以下基本要求：1)必須具有較強的承載能力與變形能力；2)避免因內(nèi)部結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的破壞，而導致建筑結(jié)構(gòu)整體的風荷載、重力荷載、抗震等作用能力喪失；3)對于結(jié)構(gòu)中較為薄弱的部分，應(yīng)采取有效的加固措施?？赡艹霈F(xiàn)的薄弱的部位，應(yīng)該采取有效措施給予加強。

在高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的平面布置中，要注重首立面與豎向剖面的規(guī)則性，尤其是結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度必須保持均勻變化，豎向抗側(cè)力構(gòu)件截面的尺寸、材料強度應(yīng)“自下而上”逐漸的減小，以避免抗側(cè)力結(jié)構(gòu)出現(xiàn)側(cè)向剛度、承載力突變的現(xiàn)象。在高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的平面布置中，必須滿足以下要求：1)受力明確、傳力直接，有利于抵抗建筑內(nèi)外部的水平與豎向荷載，平面布置應(yīng)盡量均勻?qū)ΨQ，以減少扭轉(zhuǎn)造成的不理影響；2)在地震作用下，建筑結(jié)構(gòu)的平面布置要力求簡單、規(guī)則，在風力作用下，則可適當放寬平面布置的要求；3)對于防震性能要求較高的高層建筑，應(yīng)注重平面形狀的簡單、對稱與規(guī)則，以減少地震災(zāi)害造成的影響；4)在高層建筑的獨立結(jié)構(gòu)單元中，必須保證結(jié)構(gòu)平面形狀的簡單與規(guī)則，剛度、承載力要分布均勻；5)盡量避免嚴重不規(guī)則的平面布置形式。

2 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化的具體方法

2.1 高強砼與高強鋼筋的合理使用

在高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計中，高強砼與高強鋼筋的合理使用是關(guān)鍵的設(shè)計項目之一，直接關(guān)系到工程項目的總體造價、施工費用，以及建筑的整體性能與使用年限等。如果高層建筑工程的地基荷載較大，在設(shè)計中要合理優(yōu)化高強砼、高強鋼筋等構(gòu)件的截面尺寸，以達到減輕結(jié)構(gòu)自重的目的，并且降低基礎(chǔ)施工的技術(shù)難度。對于抗震性能要求較高的高層建筑，建筑自重與地震作用的大小基本成正比，減輕建筑的自重可以有效減小結(jié)構(gòu)的地震荷載，有利于提高建筑結(jié)構(gòu)的整體安全度。另外，在高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，高強砼和高強鋼筋的合理使用，還可以有效、快速的減少柱、墻、板、梁等構(gòu)件的截面尺寸，減少用鋼量，在滿足建筑設(shè)計要求的前提下，有效降低了工程項目的總體造價。

2.2 剪力墻的平面布置

在高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計中，剪力墻的平面布置需要注意以下問題：1)在滿足建筑使用功能的前提下，在建筑結(jié)構(gòu)的平面布置中，剪力墻因盡量沿結(jié)構(gòu)周邊均勻，且相對集中的布置。在建筑中的電梯間、樓梯間，以及平面形狀變化、恒載較大的位置比較適合布置剪力墻，但是要注意剪力墻的間距不宜過大；2)在剪力墻的平面布置中，盡量沿主軸或其他方向進行雙向布置，具有抗震作用的剪力墻結(jié)構(gòu)要盡量避免單向有墻的布置形式；3)剪力墻的墻肢截面要盡量簡單與規(guī)則，側(cè)向剛度也要經(jīng)過周密的計算，嚴格進行控制；4)在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中，要盡量減少短肢剪力墻的平面布置數(shù)量，避免全部采用短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)形式。

2.3 混凝土結(jié)構(gòu)的干縮變形控制

在國家頒布相關(guān)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計標準中明確指出：建筑室內(nèi)現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)的伸縮縫間距，必須控制在55mm以下，而現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)的伸縮縫間距則要控制在45mm以下。在室外環(huán)境中，混凝土結(jié)構(gòu)的伸縮縫更加要注意嚴格控制，其具體設(shè)計要求如下：1）干縮裂縫：在現(xiàn)澆混凝土的凝固硬化過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)不同程度的收縮應(yīng)力，而建筑結(jié)構(gòu)中則會出現(xiàn)規(guī)則或不規(guī)則的干縮裂縫，建筑結(jié)構(gòu)形式越長，干縮裂縫也越大，所以，在混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，必須嚴格控制結(jié)構(gòu)形式的長度；2）結(jié)構(gòu)控制：為了有效解決高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的干縮變形問題，可以采取合理分布混凝土后澆帶的設(shè)計方案，即將大樓板的面積劃分為若干小區(qū)格，按照順序進行小區(qū)格的混凝土澆筑，待小區(qū)格內(nèi)的混凝土干縮變形完全結(jié)束后，對于區(qū)格之間的預(yù)留區(qū)域進行混凝土澆筑，以有效解決混凝土結(jié)構(gòu)的干縮變形問題。

2.4 女兒墻的優(yōu)化設(shè)計

在高層建筑中，屋面女兒墻的作用是不容忽視的，其對于澆筑整體效果的影響也較大。尤其是在屋面高大女兒墻的設(shè)計中，由于難以直接參與高層建筑主體結(jié)構(gòu)的研究，所以，必須進行嚴格、周密的計算，以得出準確的女兒墻自重。如果女兒墻的高度較低即可達到相關(guān)要求，對于建筑結(jié)構(gòu)安全的影響較小。如果在女兒墻高度上升的過程中，地震荷載、風荷載效應(yīng)的變化較為明顯，則有可能不同程度的影響到建筑結(jié)構(gòu)的安全。在女兒墻較高的情況下，必須從采用科學的方法和專業(yè)的軟件計算出女兒墻承受的水平荷載，而對于配筋的計算則要借鑒支承于屋頂?shù)膽冶郯澹⑶疫\用雙層鋼筋。屋面女兒墻與高層建筑主體結(jié)構(gòu)之間的關(guān)聯(lián)較大，與屋面女兒墻相連接的框架梁或墻必須滿足相應(yīng)的強度要求

3 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中應(yīng)注意的問題

3.1 在高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計中，必須在注重各種先進工藝、技術(shù)、材料的合理應(yīng)用，在滿足建筑美觀與實用的前提下，應(yīng)盡量保證建筑結(jié)構(gòu)與平面布置的簡單、規(guī)則與均勻。為了保證高層建筑結(jié)構(gòu)體系的剛度與承載力分布合理，應(yīng)避免在結(jié)構(gòu)設(shè)計中出現(xiàn)局部削弱、變薄等現(xiàn)象，以免造成因局部壓力過大，而造成建筑結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中、塑性變形集中等問題。

3.2 在高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計中，進行結(jié)構(gòu)內(nèi)力重分布與延性設(shè)計時，延性結(jié)構(gòu)的構(gòu)件必須相應(yīng)的轉(zhuǎn)動能力，進而滿足塑性內(nèi)力的重分布要求。利用塑性鉸區(qū)域的合理變形，可以有效吸收和耗散地震中產(chǎn)生的荷載能量，對于提高高層建筑的抗震性十分有利。如果高層建筑混凝結(jié)構(gòu)中采用梁型側(cè)移機構(gòu)，在梁中塑性鉸將首先出現(xiàn)，在建筑部分或全部梁端出現(xiàn)塑性鉸時，其整體結(jié)構(gòu)仍然可以繼續(xù)承受較大的外界荷載。

總之，隨著國內(nèi)高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計經(jīng)驗的不斷豐富，在其優(yōu)化設(shè)計過程中可以借鑒的經(jīng)驗不斷增多，而各項設(shè)計工作的有序開展提供了便利條件。另外，為了滿足高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)在形式、材料與力學等方面的設(shè)計要求，必須加強設(shè)計方法與手段的不斷優(yōu)化，以提高建筑的整體品質(zhì)。

參考文獻：

[1]陳陽顯.淺析高層建筑中混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計[J].價值工程，2010，（27）.

[2]林和.高層建筑中混凝土結(jié)構(gòu)裂縫成因與控制措施的探討[J].經(jīng)營管理者，2010，(13).

[3]董良鳳.淺談高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計[J].福建建筑，2010，（01）.

第4篇：高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計范文

關(guān)鍵詞:高層住宅，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，耐久性，舒適性，經(jīng)濟性

Abstract: the article introduces the building structure optimization design and the design of high-rise residential structure of some of the requirements, and the structure design of the economy and the durability and high building structure optimization design scheme of a simple discussion,

Keywords: high-level residence, the structure optimization design, durability, comfort, economy

中圖分類號：S611文獻標識碼：A 文章編號：

目前，從現(xiàn)在建筑發(fā)展形勢上來看，高層建筑在所占建筑類型中的比例是越來越大。理論上來講，當土地的面積基本都固定，而當今社會人口的增長速度也過快，這樣就必然要求人類的居住位置縱向發(fā)展。從現(xiàn)在的建筑水平來講，建筑高層或超高層住宅是今后整個建筑行業(yè)的重點。而近年來，隨著中國經(jīng)濟的發(fā)展，高層建筑如雨后春筍般遍布全國各地。所以，高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的重要性就顯得越來越重要。所謂結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，就是指工程結(jié)構(gòu)在滿足約束條件下按預(yù)定目標求出最優(yōu)方案的設(shè)計方法。如何做好結(jié)構(gòu)優(yōu)化: 首先，要選擇合理的結(jié)構(gòu)方案，其決定了整個設(shè)計的好壞成敗。因為對同一個建筑設(shè)計方案而言，結(jié)構(gòu)設(shè)計不是唯一的，不同方案會使工程質(zhì)量和工程造價產(chǎn)生很大差別。其次，進行正確的結(jié)構(gòu)計算，一體化計算機結(jié)構(gòu)設(shè)計程序的應(yīng)用和完善，幫助結(jié)構(gòu)工程師能越來越輕松的進行計算分析，使得結(jié)構(gòu)設(shè)計更加經(jīng)濟和合理。再次，要提高材料的利用率，因為結(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)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(guī)范》，其是我們設(shè)計中必須遵循的標準，是國家技術(shù)經(jīng)濟政策，科技水平以及工程實踐經(jīng)驗的總結(jié)。

1 高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求

1) 滿足耐久性和安全性要求。住宅實行商品化后，應(yīng)為住戶的耐用消費品，使用壽命長是區(qū)別其他消費品的最大特點。因此，結(jié)構(gòu)耐久性和安全性是住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計最基本的要求。結(jié)構(gòu)體系的選擇以及材料的選用，都應(yīng)有利于抗風抗震，以及使用壽命期間改造維修的可能性。

2) 滿足舒適性的要求。住宅建筑設(shè)計應(yīng)為住戶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(nèi)的空間，人居的熱光聲的環(huán)境等要求，給居住的人創(chuàng)造一個舒適的環(huán)境。結(jié)構(gòu)方案還應(yīng)該考慮到住戶在日后改變分隔的空間的可能性，當采用剪力墻結(jié)構(gòu)的時候，宜采用大開間的布置。

3) 滿足經(jīng)濟性的要求。結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)根據(jù)房屋的建造地點、層數(shù)多少、平立面體形，在滿足耐久性、安全性和舒適性要求的前提下采用經(jīng)濟又合理的結(jié)構(gòu)體系，在構(gòu)件設(shè)計中應(yīng)該精打細算，要嚴格執(zhí)行規(guī)范構(gòu)造要求，注意避免不必要的鋪張浪費。尤其是在地基基礎(chǔ)設(shè)計中更要注意此方案的經(jīng)濟比較，因為地基基礎(chǔ)的設(shè)計方案是否合理對房屋造價非常重要。

2 高層建筑中的優(yōu)化設(shè)計方案

1) 房屋結(jié)構(gòu)周期性折減系數(shù)。房屋框架結(jié)構(gòu)和頂蓋等結(jié)構(gòu)設(shè)計中，因為填充墻體存在使結(jié)構(gòu)實際表現(xiàn)剛度大于設(shè)計計算剛度，計算周期也會大于實際周期，所以當算出結(jié)構(gòu)剪力偏小時，會使房屋的某些結(jié)構(gòu)不安全，而應(yīng)該對房屋結(jié)構(gòu)計算周期適當?shù)倪M行折減，這樣能達到很好的效果，但是對于房屋框架結(jié)構(gòu)，計算的周期不宜折減或折減系數(shù)取小。

2) 耐久性的優(yōu)化設(shè)計。在之前大部分混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計方案中，很多沒有充分考慮到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計耐久性，也就是保證高層建成之后，在合理使用期限內(nèi)，要能滿足用戶正常使用要求。但是很多的設(shè)計未能達到，造成此現(xiàn)象的根本原因是沒有充分考慮到建筑結(jié)構(gòu)在使用的過程中，由于遭受條件和使用環(huán)境變化最終造成房屋結(jié)構(gòu)損傷，引起房屋可靠度指數(shù)下降。對一般高層混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計來說，低造價和省材料設(shè)計都應(yīng)為滿意的結(jié)構(gòu)設(shè)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(shù)指標上升為設(shè)計主要矛盾時，設(shè)計者們就要放棄對經(jīng)濟的單純追求。所以當選以高層混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化為設(shè)計的主要目的時，就應(yīng)依據(jù)設(shè)計所要面對的關(guān)鍵性問題，分清主次，選多目標或單目標來實施優(yōu)化，達到滿意效果。

3) 房屋結(jié)構(gòu)抗震性設(shè)計。在工程圖紙設(shè)計過程中，房屋結(jié)構(gòu)按抗震設(shè)防分類，房屋抗震等級可根據(jù)房屋高度、烈度以及結(jié)構(gòu)類型按國家《抗震規(guī)范》確定。地震震力振型組合數(shù)據(jù)對建筑應(yīng)當不考慮耦聯(lián)扭轉(zhuǎn)計算; 當振型數(shù)大于3 的時候，應(yīng)取3 的整數(shù)倍計算，但數(shù)據(jù)不能大于建筑物層數(shù); 當房屋層數(shù)不大于2 時，振型數(shù)則可取房屋層數(shù)。對于不規(guī)則房屋的結(jié)構(gòu)，應(yīng)考慮扭耦聯(lián)轉(zhuǎn)，對高層房屋建筑來說，振型數(shù)應(yīng)取不小于9; 房屋結(jié)構(gòu)層數(shù)多或房屋結(jié)構(gòu)剛度突變系數(shù)大的話，振型數(shù)則應(yīng)多取，例如結(jié)構(gòu)中含多塔結(jié)構(gòu)或頂部有小塔樓和轉(zhuǎn)換層等，振型數(shù)應(yīng)取不小于12 的數(shù)，但其大小仍不能大于房屋總層數(shù)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(shù)才能夠取的更大。

4) 地下室的層數(shù)處理。多層房屋框架結(jié)構(gòu)房屋一般都設(shè)置地下室結(jié)構(gòu)。由于隔墻較少，故常采用的是板筏基礎(chǔ)。設(shè)計計算時將上部結(jié)構(gòu)與地下層數(shù)結(jié)合在一起，并在圖紙中按實際的地下室的層數(shù)計算。如此一來，計算基礎(chǔ)底板以及地基縱向荷載可一次設(shè)計完成。同時通過側(cè)層移剛度性系數(shù)比較，可以調(diào)整和判斷房屋相應(yīng)嵌固位置，適當加固構(gòu)造措施，保證樓板最小配筋率和厚度。當房屋結(jié)構(gòu)縱向不規(guī)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(jié)構(gòu)材料、施工和基礎(chǔ)的物料費用等，其中用鋼量以及構(gòu)筑件截面積對房屋造價影響較大，故在建筑設(shè)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(jié)約建筑成本。若高層建筑設(shè)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(yōu)化構(gòu)件的截面積，減輕結(jié)構(gòu)重量，將會顯著降低工程造價及基礎(chǔ)設(shè)施施工難度，取得較好經(jīng)濟效果。對于震區(qū)的高層樓房來說，地震力作用的大小與建筑物的自重相關(guān)，人為地減輕建筑物的自重，降低結(jié)構(gòu)在地震的荷載，可提高建筑物的安全性。在設(shè)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(gòu)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(qū)的最大箍筋以及最小箍筋直徑間距應(yīng)該符合規(guī)定。依據(jù)規(guī)定，工程上取柱箍筋與梁的加密區(qū)最大間距為100 mm 左右，非加密區(qū)箍筋最大的間距為200 mm 左右。通常在柱箍筋和內(nèi)定梁加密區(qū)間距為100 mm 左右，以此為計算依據(jù)算出加密區(qū)箍筋面積，工程師要依據(jù)規(guī)范確定肢數(shù)與箍筋直徑。而在程序內(nèi)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(qū)箍筋間距應(yīng)采取200 mm 左右，使房屋梁非加密區(qū)的配箍充足，故建議內(nèi)定梁箍筋改為梁非加密區(qū)取200 mm。既可保證梁箍筋加密區(qū)抗剪切能力，同時又增加梁非加密區(qū)抗剪的承載能力，使梁強抗剪性能更加充分體現(xiàn)出來?？傊?，高層住宅建筑的最終目的是在節(jié)約成本的同時，保證建筑的安全性，適用性以及舒適性，而優(yōu)化設(shè)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(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計［J］． 價值工程，2010( 27) : 89-92．

第5篇：高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計范文

關(guān)鍵詞：高層建筑；剪力墻結(jié)構(gòu)；

Abstract: the writer is engaged in high-rise building the shear wall structure design work, the more experienced, this paper, from the shear wall of the concept, classification and design principles, and combining the characteristics of the high-rise building shear wall, how to optimize the shear wall structure of the high-rise building put forward ideas and opinions, and some design are given in detail the technical key points of stylist, of a high-rise building to the shear wall structure optimization design of some guidance to an.

Keywords: high building;shear wall structure;

中圖分類號：[TU208.3]文獻標識碼：A 文章編號：

1、引言

剪力墻結(jié)構(gòu)由于其自身的特點而在高層建筑中獲得了非常廣泛的應(yīng)用，但是，隨著2010年新的規(guī)范頒布，在高層建筑中剪力墻設(shè)計遇到了很多的新問題，這些問題困擾了我們工作的開展。那么如何適應(yīng)新的標準、要求？這就需要我們做好高層建筑中剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，通過這一優(yōu)化過程，我們不僅能夠解決以往的問題，還能夠使其獲得更為廣泛的應(yīng)用。

2、剪力墻的概念、種類及設(shè)計原則概述

2.1剪力墻的概念

通常為了使框架結(jié)構(gòu)更好的承受因荷載導致的內(nèi)力以及更好的控制結(jié)構(gòu)水平力，我們會將框架結(jié)構(gòu)之中的梁柱使用鋼筋混凝土墻板來代替，在這一過程中所采用的鋼筋混凝土墻板結(jié)構(gòu)就是剪力墻結(jié)構(gòu)。在高層建筑中，剪力墻結(jié)構(gòu)受到了廣泛的應(yīng)用。

2.2剪力墻種類

認識剪力墻的種類對于幫助我們優(yōu)化設(shè)計意義重大，剪力墻的種類可以分為：整截面墻、整體小開洞墻、聯(lián)肢墻。其中整截面墻指的是其墻面上沒有洞或者有洞但是洞口相較與墻面積而言較小。一般來說，后者的洞口面積與總面積的比值要小于16%，此外，洞口長邊尺寸均小于洞口凈距及洞口至墻邊的凈距。這種整截面墻的受力性能與整體懸臂構(gòu)件比較相似，它的向應(yīng)力一般是按照線性分布的，所以在進行設(shè)計的過程中我們要注意把豎向的鋼筋分置于墻肢的兩端部位。

整體小開洞墻的洞口相對整截面墻要大些，而且其洞口是上下對齊并按照列來進行布置的，這就產(chǎn)生了較為清晰的墻肢與連梁，而且這種墻肢與連梁的剛度相對是比較均勻的。此外，我們可以將整體懸臂構(gòu)件作為參考來認識這種剪力墻的受力性能。

聯(lián)肢墻的洞口較大，超過了總面積的16%，且這些洞口按照豎向排列。它的各個墻體之間的連接是有連梁來完成的，其墻肢單獨作用比較明顯，在連梁的中間部位會有反彎點。

2.3、剪力墻在設(shè)計過程中應(yīng)遵循的原則

剪力墻在設(shè)計過程中應(yīng)遵循的原則有：首先其必須要滿足位移限值與性能的雙重要求，并保證安全與性價比并重；其次，在滿足上一點的情況下，我們要盡可能的減少剪力墻的數(shù)量，不過要注意的是，數(shù)量上依然要滿載在基本振型地震作用下，其承受的地震傾覆力矩不小于結(jié)構(gòu)總地震傾覆力矩的50%；最后，其所承擔的剪力要大于總剪力的20%。

3、高層建筑剪力墻的特點

高層建筑中，由于高層建筑好比一個放置在嵌固在某個開孔的巨型懸臂梁，這就使得其不僅要保持穩(wěn)定，還要做好風載的承受工作，這樣才能保證建筑內(nèi)的穩(wěn)定。所以高層建筑中剪力墻截面墻肢的長度要比其厚度大很多；平面內(nèi)的剛度以及承載力非常大；平面外的剛度以及承載力相較于平面內(nèi)卻小很多；墻肢是偏心受壓構(gòu)件或者偏心受拉構(gòu)件；剪力墻結(jié)構(gòu)中，墻作為平面構(gòu)件不僅要承擔者彎矩以及水平剪力，同時好會受到豎向的壓力；針對地震以及風載的剛度要求以外，建立架結(jié)構(gòu)還應(yīng)滿足在非彈性的變形反復(fù)循環(huán)下的延性以及能量耗散等要求。

此外，高層建筑中隨著高度的增加，位移增加最快，彎矩次之。因此剪力墻還需要很大的康側(cè)剛度，避免高層建筑因水平荷載導致變形過大。

4、在高層建筑中剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的具體措施

剪力墻的設(shè)計優(yōu)化可以從結(jié)構(gòu)設(shè)計和結(jié)構(gòu)計算兩個方面進行。

其中針對高層建筑剪力墻設(shè)計方面的優(yōu)化有剪力墻要沿主軸方向進行雙向的設(shè)置；截肢面不宜過于復(fù)雜；針對比較長的剪力墻要進行合理的開洞口設(shè)計；控制好剪力墻平面外的彎矩；剪力墻在從上到下不過程中要避免剛性突變；做好結(jié)構(gòu)分析的工作，對各種因素進行綜合的分析。

而針對高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)計算方面的優(yōu)化要基于以下幾點：滿足露出最小剪力系數(shù)的調(diào)整原則；滿足樓層間最大層間的最大位移和高比值的調(diào)整原則；滿足以結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期Tt和平動為主的自振周期T1之比的調(diào)整原則等。

以下是在高層建筑設(shè)計中關(guān)于剪力墻設(shè)計優(yōu)化的一些具體實現(xiàn)。

（1）針對剛度、獨立小墻肢的優(yōu)化

根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定要求，我們要嚴格做好墻肢軸壓比以及配筋等的限制工作。在具體的設(shè)計中，我們可以通過合并洞口等方式來減少獨立小墻肢，或者可以通過對剪力墻的合理布置使其變?yōu)閴w的翼緣，這樣可以有效地改善其受力狀態(tài)。

（2）高層建筑中轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的設(shè)計的優(yōu)化

建筑物某樓層的上部與下部因平面使用功能不同，該樓層上部與下部采用不同結(jié)構(gòu)（設(shè)備）類型，并通過該樓層進行結(jié)構(gòu)（設(shè)備）轉(zhuǎn)換，則該樓層稱為結(jié)構(gòu)（設(shè)備）轉(zhuǎn)換層。目前的高層建筑多為低層商用，上部住宿的多功能要求,在低層商用要求的大空間與上部住宿要求的多墻多柱的小空間之間，往往需要加設(shè)轉(zhuǎn)換層進行轉(zhuǎn)換處理。

由于高層建筑轉(zhuǎn)換層的特點導致了我們在對其進行上下銜接的時候務(wù)必要處理好內(nèi)力的傳遞，這就使得其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，需要我們在剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的時候認真對待。

（3）對于剪力墻連梁設(shè)計的優(yōu)化

在高層建筑中，根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，針對連梁高跨比的不同，其截面受剪承受力也會有所不同。因此，我們設(shè)計中要對連梁做出塑性的調(diào)幅，達到減小低剪力設(shè)計值的目的。在設(shè)計中我們可以使用兩種方法來實現(xiàn)：在計算內(nèi)力之前先折減連梁的剛度；在計算以后把連梁彎矩與剪力的組合值和折減系數(shù)進行相乘。不論哪種方法，我們都要保證剪力值不小于使用值，否則在地震時容易出現(xiàn)裂縫。

（4）對底部加強部位設(shè)計的優(yōu)化

在高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)中，底部加強部位的高度可以選取嵌固部位以上墻肢總高度的1/10和底部兩層高度二者的較大值；底部帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)，其剪力墻底部加強部位的高度可取框支層加上框支層以上2層的高度及墻肢總高度的1/10二者的較大值。

5、結(jié)語

剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計在高層建筑中起著非常重要的作用，我們在施工設(shè)計中應(yīng)根據(jù)具體的要求，選擇最合適的優(yōu)化，這樣才能有效地保證我們工作的開展。不過高層建筑中剪力墻結(jié)構(gòu)的要求相比傳統(tǒng)建筑要高的多，加之新的規(guī)范與標準，這些都會給我們的設(shè)計工作提出新的問題與挑戰(zhàn)。所以，我們在剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計中要多思考、多總結(jié)，不斷學習先進的經(jīng)驗來充實自身，通過這些手段，我相信在不遠的將來我們的設(shè)計水平必將上升到一個新的檔次。

參考文獻

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第6篇：高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計范文

關(guān)鍵詞：高層建筑 剪力墻 結(jié)構(gòu)上設(shè)計 優(yōu)化

中圖分類號： TU97 文獻標識碼： A

前言：在經(jīng)濟社會飛速發(fā)展的今天，人們越來越關(guān)注居住空間，對它的要求也越來越高。60年代出現(xiàn)剪力墻結(jié)構(gòu)，以其剛度大，能有效地減少側(cè)移，且具有較好的抗震性能的有點，受到建筑業(yè)內(nèi)人士的廣泛關(guān)注。

1. 剪力墻的相關(guān)介紹。

1.1剪力墻的概念。剪力墻結(jié)構(gòu)是用鋼筋混凝土墻板來代替框架結(jié)構(gòu)中的梁柱，能承擔各類荷載引起的內(nèi)力，并能有效控制結(jié)構(gòu)的水平力，這種用鋼筋混凝土墻板來承受豎向和水平力的結(jié)構(gòu)稱為剪力墻結(jié)構(gòu)。它由空間結(jié)構(gòu)是由一系列縱向、橫向剪力墻及梁、板等組成，縱向、橫向剪力墻剛度都很大，側(cè)移小，所以它的抗震及抗風性能都較強，比較適合高大的建筑物。因此，在高層剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中，不僅要發(fā)揮這種結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)點，而且要改進其工程費用較高的缺點，降低高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)的造價和材料消耗量。剪力墻的優(yōu)點有很多，例如：墻肢長度遠大于厚度、平面內(nèi)剛度大，承載力強、平面外剛度小，承載力弱等。另外，室內(nèi)較框架結(jié)構(gòu)簡潔，沒有露梁、露柱現(xiàn)象，外形美觀，便于室內(nèi)布置。但它也存在一些缺點：剪力墻結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度大，會引起較大的地震反應(yīng)，使得上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)費用增加；混凝土墻體比較重而且應(yīng)用較多，不僅造成浪費，還容易引起較大的地震反應(yīng)；剪力墻墻體中軸壓低，墻肢承載力發(fā)揮不足；剪力墻結(jié)構(gòu)中墻體多為構(gòu)造配筋，結(jié)構(gòu)延性較差。

1.2剪力墻的分類及設(shè)計原則。剪力墻的分類：整截面墻、整體小開洞墻、聯(lián)肢墻等幾類。下面就簡單介紹一下這幾種剪力墻。整截面墻，就是墻面上不開洞或開很小的洞，受力性能類似整體的懸臂構(gòu)件，設(shè)計時應(yīng)盡量將豎向鋼筋分布在墻肢兩端。整體小開洞墻，它的受力性能也可按整體懸臂構(gòu)件考慮，這種墻體對墻肢的局部彎矩要求很高。聯(lián)肢墻，這種墻的各墻體由連梁連接墻肢單獨作用明顯，連梁中部出現(xiàn)反彎點。剪力墻的設(shè)計原則：它的設(shè)計中要滿足位移限值和充分發(fā)揮框剪結(jié)構(gòu)中各抗側(cè)力構(gòu)件的作用，做到安全、經(jīng)濟合理的雙重要求。在剪力墻的設(shè)計中要考慮數(shù)量要求，在滿足在基本振型地震作用下，應(yīng)盡量減少它的數(shù)量。還應(yīng)該按照規(guī)范設(shè)計剪力墻框架部分的承載剪力。在地震作用或風載作用下，除了要滿足非彈性變形反復(fù)循環(huán)下的延性、能量耗散和控制結(jié)構(gòu)裂而不倒的要求。

2.剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化措施。

2.1結(jié)構(gòu)布置合理化。結(jié)構(gòu)的布置對建筑物的抗震性能有巨大的影響，它既要考慮結(jié)構(gòu)安全性又要考慮經(jīng)濟的條件。在平面布置上，要力求建筑物形狀簡單、規(guī)則、對稱，這樣可以是剛度和承載力分布均，以減少扭矩的影響。除此之外，還要考慮到風壓的作用，盡量減少風壓，利于抵抗水平作用和豎向荷載，直接、明確的傳接力。在豎直布置上，應(yīng)該盡量保證體型規(guī)則、均勻，不要有較大的外挑和內(nèi)收，避免產(chǎn)生側(cè)向剛度和承載力突變。剪力墻結(jié)構(gòu)要求底部空間大，底層或底層若干層剪力墻不落地，為此，要增加其他落地墻的截面尺寸，并提高此樓層的混凝土等級，以減少剛度變化。

2.2注重轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計。現(xiàn)在建筑物的功能要求多樣化，一棟大樓很有可能要求它的上部（中部）和下部使用功能不同，這時需要進行多種轉(zhuǎn)換，還要設(shè)置轉(zhuǎn)換構(gòu)件，以傳遞內(nèi)力。由于高位轉(zhuǎn)換時剛度和質(zhì)量較大的轉(zhuǎn)換層升高，調(diào)整轉(zhuǎn)換層本身及其上、下的剛度比使之接近是必要的，這要求轉(zhuǎn)換層剛度、質(zhì)量適中，可通過水平層力作用來檢查層間位移角的均勻性。選擇轉(zhuǎn)換層形式時，最好選用重量小剛度小的材料。在設(shè)計時，還要進行大量的計算，通過計算我們就會知道，哪一部分才是最薄弱的，然后再通過內(nèi)力分配特點的具體研究，改善薄弱部位的設(shè)計性能，最后進行適當?shù)恼{(diào)整，來改善薄弱部位性能。

2.3控制結(jié)構(gòu)參數(shù)。在工程設(shè)計中主要涉及以下幾個主要參數(shù)：位移比、側(cè)向剛度比、周期比、剛重比、層間位移角。先說說位移比，它是指樓層豎向構(gòu)件的最大水平位移和層間位移與本樓層平均值的比值，是一種扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。按照規(guī)范，它應(yīng)該是針對剛性樓板假定的，需要考慮偶然偏心影響的地震作用。再說說側(cè)向剛度，它是為了控制結(jié)構(gòu)的豎向規(guī)則性。主要對某樓層抗側(cè)剛度與其上一層、相鄰三層的關(guān)聯(lián)敘述，還有對于結(jié)構(gòu)樓層層間抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的承載力的要求。關(guān)于周期比，它的作用主要是為控制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，減少扭轉(zhuǎn)對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響。其關(guān)鍵就是限制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期Tt與平動為主的第一自振周期T1的比。剛重比，這項數(shù)據(jù)是控制結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，避免產(chǎn)生滑移和傾覆。最后說說層間位移角，它是指按彈性方法計算的樓層層間最大位移與層高之比。主要控制結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，適宜的結(jié)構(gòu)剛度不至于使地震力增大，也是考慮到經(jīng)濟性。

2.4優(yōu)化連梁和底部設(shè)計。在連梁設(shè)計時，要對連梁進行塑性調(diào)幅，這樣可以有效地降低剪力。塑性調(diào)幅的放方法主要有兩種：第一種，計算內(nèi)力前，把連梁剛度進行折減；第二種，內(nèi)力計算后，將連梁彎矩和剪力組合值乘以折減系數(shù)。這兩種方法都要求連梁調(diào)整后的彎矩、剪力設(shè)計值不應(yīng)低于使用狀況的值，最好也不要低于比設(shè)防烈度低一度的地震組合所得的彎矩設(shè)計值，連梁鉸接的地方也要格外留意。剪力墻底部設(shè)計尤為關(guān)鍵，一般在設(shè)計時，底部加強部位的高度可取嵌固部位以上墻肢總高度的1/8和底部兩層高度二者的較大值，加強部位可以取框支層加上框支層以上2層的高度及墻肢總高度的1/8二者的較大值。這樣設(shè)計比較合理，而且對地震有很好的抵制作用。

2.5結(jié)構(gòu)構(gòu)件計算與配筋。在整體計算完成后，主要是對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面優(yōu)化、內(nèi)力和配筋計算。對于剪力墻墻身，其中存在豎向及水平向分布鋼筋，需要通過計算來確定用量。還要驗算正截面抗彎承載力及斜截面抗剪承載力，在設(shè)計時要考慮水平筋與豎向筋，豎向分布筋抵抗彎矩，而水平分布筋抵抗剪力。對于邊緣構(gòu)件，它能有效地提高墻體的延性和抗剪能力。邊緣構(gòu)件分為兩類，即約束邊緣構(gòu)件和構(gòu)造邊緣構(gòu)件，這是因為它的結(jié)構(gòu)形式和受力狀況比較復(fù)雜。對于連梁，它需要和墻體協(xié)同工作，增強剪力墻的剛度和強度，正常載荷作用下，連梁有聯(lián)系墻肢、且增大剪力墻剛度的作用。連梁跨度較小，梁端容易出現(xiàn)裂縫，為此，可以進行剛度折減，但折減后仍然可能出現(xiàn)正截面受彎承載力和斜截面受剪承載力不夠的情況，可采取的辦法就是減小連梁的高度或增加剪力墻的厚度及提高混凝土的等級。

結(jié)語：在實際進行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)具體工程的特點，進行正確的計算分析，合理設(shè)計剪力墻，保證剪力墻的安全性。熟練地掌握規(guī)范，并具有良好的結(jié)構(gòu)概念，設(shè)計出兼顧安全與經(jīng)濟實用的優(yōu)秀作品。

參考文獻：

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第7篇：高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計范文

關(guān)鍵詞：高層建筑 結(jié)構(gòu)設(shè)計 優(yōu)化

中圖分類號：TU318文獻標識碼： A

一、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與低層、多層建筑結(jié)構(gòu)相比較，結(jié)構(gòu)設(shè)計占有更重要的位置，結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(zhì)量直接關(guān)系到建筑平面的布置、立面體形、樓層高度、機電管道的設(shè)置、施工技術(shù)的要求、施工工期長短和投資造價的高低等。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計具有以下特點：

1.水平力起著決定性作用。

在以往對低層和多層的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，通常都是以豎向荷載為代表，而對于高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計，由其水平荷載發(fā)揮著決定性的作用，豎向荷載雖然對結(jié)構(gòu)設(shè)計也具有非常重要的意義，但卻不是最為關(guān)鍵的設(shè)計因素。因為在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，豎向軸力與彎矩的數(shù)值與建筑高度的一次方成正比，而水平荷載對結(jié)構(gòu)的傾覆力及軸力，是與建筑的兩次方成正比。所以水平荷載具有決定性作用。因此，我們不難得出結(jié)論，在高層建筑結(jié)構(gòu)越來越高、體積越來越大的發(fā)展趨勢下，水平荷載的因素要予以重點考慮，這是維護高層建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的需要，同時也是設(shè)計高層建筑結(jié)構(gòu)的必然要求。

2.側(cè)移。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，隨著高度的不斷增加，則會導致水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形不斷的增大，其與建筑高度的4 次方成正比，在這種情況下，結(jié)構(gòu)側(cè)移則成為高層結(jié)構(gòu)設(shè)計中關(guān)鍵的因素。

3.軸向變形

在高層建筑復(fù)雜化的趨勢下，軸向變形的因素變得越來越重要，特別是在高層建筑高度升高的情況下，豎向的荷載會大幅度增加，進而引起高層建筑結(jié)構(gòu)中柱體會出現(xiàn)軸向形變，從而在高層建筑結(jié)構(gòu)的連續(xù)梁上出現(xiàn)彎矩的影響，最終會影響到高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，因此在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中要對軸向變形予以重視。

二、高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計案例分析

1 工程概況

某項目建筑面積為33819.0m2，地下2 層為停車庫，地上1~3 層為商業(yè)，4~30 層為住宅，頂部設(shè)有出屋面電梯機房及水箱間，采用框架―剪力墻結(jié)構(gòu)?？拐鹪O(shè)防烈度8 度，設(shè)計基本地震加速度為0.20g，設(shè)計地震分組為第一組，建筑物場地土類別為Ⅱ類，基本風壓Wo=0.40kN/m2。該建筑地下室～4 層剪力墻厚度為：350mm；6 層～12 層剪力墻厚度為：300mm；13層～21 層剪力墻厚度為：250mm；22 層～屋頂剪力墻厚度為：200mm；樓、電梯間剪力墻厚均為250mm 和160mm?；A(chǔ)型式為樁和承合基礎(chǔ)。采用中國建筑科學研究院PKPM 系列軟件進行上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的計算。

2 結(jié)構(gòu)體系選型

建筑物結(jié)構(gòu)形式的選擇對建筑的使用功能、結(jié)構(gòu)可靠性、建筑的抗震性能、工程造價等具有很大影響。因而在結(jié)構(gòu)設(shè)計中體系選型顯得十分重要。剪力墻結(jié)構(gòu)是一種由鋼筋混凝土墻體作為抗側(cè)力單元，同時承擔豎向荷載和地震作用的一種結(jié)構(gòu)體系；它剛度大，空間整體性好，用鋼量較?。豢梢院芎玫剡m應(yīng)墻體較多、房間面積不大的特點，故在高層住宅中應(yīng)用極為普遍。但剪力墻結(jié)構(gòu)墻體較多，不能布置商店和公共設(shè)施等面積較大的房間?？蛑Ъ袅Y(jié)構(gòu)是一種將部分底層或部分層的剪力墻取消，代之以框架的結(jié)構(gòu)體系；其主要是為了滿足在底層布置門廳、餐廳、會議室等大面積公共用房的要求，以及在住宅樓底層布置商店和公共設(shè)施的要求。但框支剪力墻結(jié)構(gòu)，底層柱的剛度小，上部剪力墻剛度大，形成上下剛度突變，在地震作用下底層柱會產(chǎn)生很大內(nèi)力及塑性變形，對結(jié)構(gòu)抗震性能極為不利；并且其轉(zhuǎn)換層的混凝土和鋼筋用量一般都很大，其工程造價很不經(jīng)濟。因此，在地震區(qū)不宜采用框支剪力墻結(jié)構(gòu)?？蚣?剪力墻結(jié)構(gòu)是在框架結(jié)構(gòu)中布置一定數(shù)量的剪力墻，可以組成框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的一種結(jié)構(gòu)體系，這種結(jié)構(gòu)既有框架結(jié)構(gòu)布置靈活、使用方便的特點，又有較大的剛度和較強的抗震能力，因而廣泛地應(yīng)用于高層建筑中的辦公樓和旅館等。本工程針對其具體情況，做多方案比較，最終確定了框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系；既能滿足了上部住宅樓、底部商業(yè)用房的建筑使用功能要求，又能滿足建筑物在高烈度區(qū)的安全可靠性，同時這種結(jié)構(gòu)形式也是較為經(jīng)濟合理的，可有效的控制工程造價。

3 基礎(chǔ)及地基處理的設(shè)計

高層建筑基礎(chǔ)的合理選型與設(shè)計是整個結(jié)構(gòu)設(shè)計中的一個極其重要和非常關(guān)鍵的部分?；A(chǔ)的工程造價在高層建筑整個工程造價中所占的比例較高，尤其在地質(zhì)條件比較復(fù)雜的情況下更是如此。所以選用合理的基礎(chǔ)形式或地基處理方式，對降低工程造價起著至關(guān)重要的作用。該工程地基承載力特征值為200kPa，天然地基不能滿足設(shè)計要求，根據(jù)工程地質(zhì)勘察報告，可采取鉆孔灌注樁或預(yù)應(yīng)力管樁。由于場地為自重濕陷性場地，濕陷等級為Ⅱ級（中等），建議首先采用素土擠密樁對濕陷性土層進行處理?？紤]甲方施工工期緊的情況，經(jīng)過多方經(jīng)濟比較，最終取消了素土擠密樁處理，而是直接采用機械旋挖成孔的鋼筋混凝土灌注樁穿越濕陷性土層。根據(jù)西安當?shù)亟?jīng)驗，旋挖成孔技術(shù)可提高灌注樁的承載力約20~50%，這就大大節(jié)約了施工時間，并減少了素土樁施工費用，而灌注樁所增加的樁長卻很小。本工程樁基承臺此次采用底平，主要是為了使位于地下室的設(shè)備管線埋設(shè)在各個承臺之間的空隙，而不占用建筑面層。這樣可大大減小基坑的開挖深度，減小工程量，從而降低工程造價。

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計

本工程通過抗側(cè)力構(gòu)件的合理布置，在地震作用下，使結(jié)構(gòu)的各項目標參數(shù)均符合規(guī)范要求的前提下，不斷優(yōu)化，盡量減少剪力墻的數(shù)量和厚度，使結(jié)構(gòu)在X、Y 兩個方向剛度基本接近，兩個方向水平位移均接近規(guī)范限值，結(jié)構(gòu)布置更加經(jīng)濟合理。從承載力方面來看，使框架、剪力墻的作用得到充分的發(fā)揮；從地震作用來看，減小了結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，并因此減輕了建筑的自重，從而減小了結(jié)構(gòu)的地震作用；也相應(yīng)減少了基礎(chǔ)工程的投資。本工程樓層最大位移（樓層最大值層間位移角）：X 方向地震力作用下的樓層最大值層間位移角：1/1084；Y 方向地震力作用下的樓層最大值層間位移角：1/859；滿足了抗震規(guī)范與高規(guī)規(guī)定的剪力墻結(jié)構(gòu)樓層最大值層間位移角限值均為：1/800 的要求。

5 材料選用

5.1 采用高強度鋼筋

在滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計承載力要求的前提下，選擇相對造價低的鋼筋方案，可以達到降低工程造價的目的。大多數(shù)設(shè)計人員一般把重點放在配筋的計算上，往往忽視鋼筋種類的選擇。新Ⅲ級鋼筋是近年來推廣使用的新型鋼筋，它比普通Ⅱ級鋼筋提高強度近20%，每噸價格增加不超過10%。因此新Ⅲ級鋼筋的選用，在增加鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)強度和建筑物安全儲備的同時，還節(jié)省了用鋼量。另外，鋼筋的連接宜優(yōu)先采用閃光對焊，且普通焊接或電渣壓力焊接比搭接經(jīng)濟。本工程基礎(chǔ)和梁、柱及板配筋等大部分均采用HRB400 級鋼筋，HRB400 級鋼筋強度設(shè)計值與HRB335 級鋼筋強度設(shè)計值之比360/300=1.2；據(jù)資料統(tǒng)計，用強度高的HRB400 級鋼筋取代強度低的HRB335 級鋼筋可節(jié)約鋼材約14%，這是降低鋼筋用量最直接的措施。

5.2 采用輕質(zhì)隔墻

本工程為減輕荷載，內(nèi)隔墻采用輕質(zhì)石膏板內(nèi)隔墻體系，與輕質(zhì)砌塊隔墻相比，輕質(zhì)石膏板內(nèi)隔墻體系具有自重輕、干法作業(yè)，安裝效率高，易于拆改、施工快捷，縮短工期的優(yōu)點，近年來在高層住宅建筑中得以廣泛應(yīng)用。以99mm 厚的輕質(zhì)石膏板隔墻為例，其重量為23kg/m2，是相同厚度砌塊隔墻重量的28%，可顯著節(jié)省建筑承重結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)費用，降低土建結(jié)構(gòu)造價。

三、結(jié)語

本文討論的該工程通過以上幾個方面的優(yōu)化設(shè)計，在符合現(xiàn)行國家規(guī)范前提下，做到安全性能可靠，減少了建筑的混凝土用量和鋼筋用量，取得了較好的經(jīng)濟指標，達到了較佳的設(shè)計效果。

參考文獻

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[2]建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（GB50009-2001）[S]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2001.

第8篇：高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計范文

關(guān)鍵詞：高層住宅；結(jié)構(gòu)類型；剪力墻；結(jié)構(gòu)優(yōu)化；

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，越來越多的人定居城市，城市高層建筑的建設(shè)越來越受到重視。為了充分利用建筑空間，高層住宅的建設(shè)高度不斷增加，并且對高層住宅兼顧舒適性和安全性的要求也越來越高，因此尋找提高高層住宅的安全性的方法非常重要。高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計越來越被廣泛應(yīng)用到高層建筑的建設(shè)中。為了符合現(xiàn)代建筑理念即提高高層住宅的安全性、經(jīng)濟性和合理性的要求，高層住宅剪力墻的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計顯得非常重要。

1 高層建筑結(jié)構(gòu)的類型

按照使用的材料區(qū)分，高層建筑可采用砌體結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)和鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)等類型。

砌體結(jié)構(gòu)雖然具有取材容易、施工簡便、造價低廉等優(yōu)點，但由于砌體是一種脆性材料，其抗拉、抗彎、抗剪強度均較低，抗震性能較差，現(xiàn)代高層建筑很少采用無筋砌體結(jié)構(gòu)建造。在砌體內(nèi)配置鋼筋后，可大大的改善砌體的受力性能，使之用于建造地震區(qū)和非地震區(qū)的中高層建筑成為可能。

混凝土結(jié)構(gòu)具有取材容易、良好的耐久性和耐火性、承載能力大，剛度好、節(jié)約鋼材、降低造價、可模性好以及能澆制成各種復(fù)雜 的截面和形狀等優(yōu)點，現(xiàn)澆整體式混凝土結(jié)構(gòu)還具有整體性好，經(jīng)過合理設(shè)計，可獲得較好的抗震性能。混凝土結(jié)構(gòu)布置靈活方便，可組成各種結(jié)構(gòu)受力體系，在高層建筑中得到了廣泛的應(yīng)用，特別是在我國和其他一些發(fā)展中國家，高層建筑主要以混凝土結(jié)構(gòu)為主。鋼結(jié)構(gòu)具有材料強度高、截面小、自重輕、塑性和韌性好、制造簡便、施工周期短、抗震性能好等優(yōu)點，在高層建筑中也有著較廣泛的應(yīng)用。但由于高層建筑鋼結(jié)構(gòu)用鋼量大，造價高，再加之因鋼結(jié)構(gòu)防火性能差，需要采取防火保護措施，增加了工程造價。鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用還受鋼鐵產(chǎn)量和造價的限制，在發(fā)達國家，高層建筑的結(jié)構(gòu)類型主要以鋼結(jié)構(gòu)為主。近年來，隨著我國國民經(jīng)濟的增強和鋼產(chǎn)量的大幅度提高以及高層建筑建造高度的增加，采用鋼結(jié)構(gòu)的高層建筑也不斷地增多。特別是對地基條件差或抗震要求高，而高度又較大的高層建筑，更適合采用鋼結(jié)構(gòu)。

鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)或混合結(jié)構(gòu)不僅具有鋼結(jié)構(gòu)自重輕、截面尺寸小、施工進度快、抗震性能好等特點，同時還兼有混凝土結(jié)構(gòu)剛度大、防火性能好、造價低的優(yōu)點，因而被認為是一種較好的高層建筑結(jié)構(gòu)形式，近年來在我國發(fā)展迅速。組合結(jié)構(gòu)是將鋼材放在構(gòu)件內(nèi)部，外部由鋼筋混凝土做成（稱為鋼骨混凝土），或在鋼管內(nèi)部填 充混凝土，做成外包鋼構(gòu)件（稱為鋼管混凝土）。如北京的香格里拉飯店（24 層，高83m）采用鋼骨混凝土柱，正在建設(shè)的上海環(huán)球金融中心大廈（95 層，460m）和陜西信息大廈（52層，高 189m）均采用鋼骨混凝土框筒結(jié)構(gòu)，深圳的賽格廣場大廈（76層，高292m）采用圓鋼管混凝土柱，香港中心大廈（70層，高292m）和臺北國際金融中心大廈均采用方鋼管混凝土柱?；旌辖Y(jié)構(gòu)一般是指由鋼筋混凝土或 鋼骨混凝土剪力墻（或筒體）以及鋼框架組成的抗側(cè)力體系。

2 高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要性

經(jīng)濟快速發(fā)展使得城市的現(xiàn)代化程度越來越高，城市人口的不斷增加導致城市的高層住宅建筑也越來越多，居民對高層住宅的安全性要求也越來越高。高層住宅的設(shè)計需要考慮的因素包括建筑的高度、安全性、舒適性和經(jīng)濟性等等，并且在施工結(jié)束后的工程驗收過程中的檢測標準也是非常嚴格，高層住宅必須經(jīng)過嚴密的檢查才能投入居住。因此，建筑的結(jié)構(gòu)對高層住宅的建設(shè)非常重要，而近年來，由于剪力墻能夠增加高層住宅建筑的可靠性的特點，使得剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍變得越來越廣泛。

3 高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中優(yōu)化措施

3.1剪力墻抗震優(yōu)化設(shè)計

現(xiàn)代社會，人們對建筑的抗震性能意識不斷提高。對于高層住宅建筑，地震所帶來的危害將會更大。因此，在對高層住宅進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，一定要考慮建筑的抗震指數(shù)。對于高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)，可能由于本身剛度比較差，所以在發(fā)生地震時變形就會非常嚴重，對于地震的防御力就很低。因此，對于高層住宅剪力墻的剛度問題要進行優(yōu)化設(shè)計，符合抗震的要求，保證結(jié)構(gòu)合理和經(jīng)濟性。

3.2剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化

高層住宅建筑的設(shè)計不僅僅要求是能夠達到最基本的建筑使用標準，更要注意的注重結(jié)構(gòu)合理性問題。高層建筑的設(shè)計過程中需要考慮建筑層數(shù)比較多，并且在施工時要保證地基足夠堅固，支撐之后將要建造的上面的樓層的重量。在設(shè)計時，既要保證剪力墻能夠保證較好的抗震性，又要保證足夠的剛度。對于現(xiàn)有的剪力墻結(jié)構(gòu)中的一些缺點，比如建筑成本比較高，而且在施工時難度比較大，對于鋼材的使用量也非常大，也需要被考慮在優(yōu)化設(shè)計中?？赡苓@些缺點就是因現(xiàn)有剪力墻的結(jié)構(gòu)不合理性造成，所以在進行優(yōu)化設(shè)計的過程中就要考慮到這些問題。優(yōu)化設(shè)計者要充分考慮到各方面可能影響到剪力墻結(jié)構(gòu)的因素，在優(yōu)化設(shè)計時能夠改進這些問題，爭取使得優(yōu)化后的剪力墻在使用過程中盡量避免出現(xiàn)原有的不足。優(yōu)化過后的剪力墻結(jié)構(gòu)需要表現(xiàn)出抗震性好、建造成本低、施工時比較簡單、對鋼材的使用量降低等優(yōu)點，因此對高層住宅的剪力墻優(yōu)化設(shè)計的探索具有重要意義。

3.3剪力墻位置優(yōu)化

剪力墻在其設(shè)計的過程中通常為雙向布置，一般沿著主軸方向或者其他的方向，此種做法可有效的提高空間工作性能，且極易實現(xiàn)兩個方面手里的抗側(cè)剛度接近。剪力墻的位置、數(shù)量均要得當適宜，若是剪力墻的數(shù)量太少，那么結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度則無法滿足設(shè)計要求，但是數(shù)量過多，那么墻體的利用率則會大大降低，從而導致結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度過大，加大地震力和自重，無法充分滿足設(shè)計要求。在設(shè)計剪力墻肢截面的時候，盡量達到規(guī)則、簡單、豎直剛度均勻等要求。在對建筑進行抗震設(shè)計時，剪力墻底部則需加強部位不應(yīng)采用錯洞墻和疊合錯洞墻，有效的避免設(shè)計過程中墻肢剛度相差懸殊的洞口。同時剪力墻必須應(yīng)用從上到下的連續(xù)布置方式，避免強敵剛度突變，且對剪力墻平面外地彎矩進行控制，保證剪力墻平面外地穩(wěn)定性。

3.4剪力墻厚度優(yōu)化

在對剪力墻進行厚度優(yōu)化設(shè)計時可完全依靠pansy軟件進行設(shè)計，剪力墻結(jié)構(gòu)模型利用梁單元BEAM4和殼單元SHELL63建立剪力墻結(jié)構(gòu)模型，如圖1，并充分的發(fā)揮ansys軟件強大模態(tài)分析功能采用30階莫泰，得到模型的30階自振頻率，從而對剪力墻的固有頻率與振型進行了優(yōu)化設(shè)計，優(yōu)化后的各階頻率均小于優(yōu)化前，這就使得整個結(jié)構(gòu)變的“更柔”而且降低了工程的成本。在墻體厚度的優(yōu)化設(shè)計中，設(shè)計變量為剪力墻厚度，約束條件為最大層間位移角，目標函數(shù)為混凝土用量。優(yōu)化后的墻體厚度從0.25m減小到0.214m，混凝土的用量也從2544？降到了2181？。

4 結(jié)語

從現(xiàn)實情況來看，在我國的高層建筑住宅中，剪力墻結(jié)構(gòu)已被廣泛應(yīng)用，其數(shù)量會根據(jù)不同的高層住宅而有所不同，所以對于高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化勢在必行。而在對剪力墻的優(yōu)化設(shè)計中要注意，優(yōu)化的目的不僅僅是為了能夠降低工程造價，更要在保證安全的前提下，做到建筑的合理性，要更好的保證建筑的使用功能。因此，對于高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化要妥善考慮到建筑各方面的特點，兼顧合理性，才能發(fā)揮出結(jié)構(gòu)優(yōu)化的意義。

參考文獻

第9篇：高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計范文

【關(guān)鍵字】剪力墻；優(yōu)化；策略

前 言

剪力墻結(jié)構(gòu)作為高層建筑中受到廣泛應(yīng)用的實用性極強設(shè)計結(jié)構(gòu)，具有在剛度系數(shù)和承載壓力上極強的優(yōu)勢。同時對平面內(nèi)外兩者的協(xié)調(diào)作用力都是具有優(yōu)勢的，應(yīng)在施工時間和建筑材料節(jié)省中具有成本控制特點。

1.高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計概述和特征

高層建筑需要有效合理科學的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計才能滿足高層建筑發(fā)展速度加快的施工復(fù)雜難度加大的特點。剪力墻是通過結(jié)合傳統(tǒng)的鋼筋混凝土為主體材料，按照一定架體結(jié)構(gòu)和工程施工技術(shù)進行建造的穩(wěn)定墻體結(jié)構(gòu)，在對外界環(huán)境的抗震系數(shù)和建筑美觀都合乎現(xiàn)代建筑高標準要求。剪力墻主體結(jié)構(gòu)是利用上層樓板和相互上下結(jié)構(gòu)的壓力作用并在和相互配合墻體間進行復(fù)式重組結(jié)構(gòu)進行承重搭建的，對空間合理運用是符合高層建筑用戶對空間更大的需求的。

剪力墻結(jié)構(gòu)的特征分析，首先在是依靠建立在傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中進行結(jié)構(gòu)設(shè)計的，因而其具有穩(wěn)定系數(shù)高和整體協(xié)調(diào)性好的優(yōu)勢。在對傳統(tǒng)建筑物梁以及支撐柱體進行了代替，空間布局性相對的進行了符合現(xiàn)代化審美角度和建筑質(zhì)量結(jié)構(gòu)的改進。同時，在剪力墻的成本費用也是最低廉的，是因為大量鋼筋混凝土的使用，對其他施工材料減少實用量，不需要在其他相應(yīng)加大其他施工材料追加成本考慮。因而，剪力墻的特征優(yōu)勢明顯，但缺點問題也很突出，首先剪力墻對垂直結(jié)構(gòu)的支撐和抵抗性高，對水平左右拉動的抵抗性低，同時鋼筋配率也少，其需要的混凝土相對大。在遇到巨大外界作用力時，其整理固態(tài)結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生反震作用力，引起危險系數(shù)的攀升，相對的維護成本就需要提高。其次，自身的重量系數(shù)大和鋼筋配率低的客觀結(jié)構(gòu)屬性會在工程質(zhì)量監(jiān)控中，相對要求就會提高，出現(xiàn)施工監(jiān)管工作不到位就會發(fā)生重要的隱患問題，對整體高層建筑都是一個直接的威脅。

2.高層建筑剪力墻設(shè)計的問題

2.1設(shè)計方法需要改進和提高

高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計需要在前提設(shè)計中應(yīng)用復(fù)雜的計算機軟件系統(tǒng)進行整體和局部的嚴格設(shè)計，在中后其也需要工作人員對工程進行相應(yīng)的修繕和補充設(shè)計。因而，計算機軟件系統(tǒng)對最終結(jié)構(gòu)設(shè)計有重要的影響，如何提高軟件系統(tǒng)應(yīng)用能力是需要注意的。在實際計算機技術(shù)應(yīng)用中，需要根據(jù)現(xiàn)場狀況進行參數(shù)的調(diào)整和改變，也要對計算機設(shè)計人員的專業(yè)水平和建筑知識水平要求極高。同時，在面對每個建筑自身獨特要求中要根據(jù)實際情況進行再設(shè)計和在調(diào)整調(diào)整階段，豐富的計算機軟件系統(tǒng)實操經(jīng)驗和應(yīng)急處理經(jīng)驗是減少失誤和降低設(shè)計細節(jié)錯誤的有效辦法。

2.2細節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計瑕疵程度大

高層建筑需要具有抗側(cè)力性能的嚴格要求，剪力墻具有此方面良好的效果，但在抵震性能上剪力墻需要提高配置性能，但整體會發(fā)生一定的彎曲變形的物理特征。因而如何兩方面都兼顧，保障設(shè)計瑕疵細節(jié)降到最低，需要在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計別注意。

3.高層建筑剪力墻優(yōu)化設(shè)計方案

3.1 墻體整體結(jié)構(gòu)設(shè)計方案

在對與高層建筑而言，不同的高度對剪力墻的使用效果有不同的保障要求，對與在21層以上的建筑，剪力墻不能按照傳統(tǒng)的斷肢結(jié)構(gòu)設(shè)計為主要方案。要對整體墻體進行結(jié)構(gòu)再設(shè)計階段，探索如何通過現(xiàn)有施工條件基礎(chǔ)上進行墻體合理科學化的改進構(gòu)建。進而在傳統(tǒng)斷肢剪力墻不能更穩(wěn)定應(yīng)用在更高層進行調(diào)整，在對超高層建筑上要進行力學稱重的準確核對和嚴格判定，不能按照多層建筑的要求和設(shè)計標準進行。要考慮整個墻體在面對超高層承載壓力增大，穩(wěn)定要求增高的程度中合理對需要的墻體厚度和位置布局設(shè)計和相應(yīng)的架空格局設(shè)計都要進行設(shè)計方案的確立。對需要進行的施工費用的追加和局部的再調(diào)整都要依照降低成本費用的考慮中提高質(zhì)量系數(shù)。

3.2剪力墻承載面結(jié)構(gòu)優(yōu)化

在剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中，承載面一定喲啊進行優(yōu)化設(shè)計，對剛硬度系數(shù)要布置均勻以及受力承載是否穩(wěn)定進行考慮。在局部門窗設(shè)計是要保持對齊和對稱狀態(tài)，盡量在同一面保持橫列。剪力墻結(jié)構(gòu)的強肢和相應(yīng)的構(gòu)成單元才可以明確和清晰，布局和應(yīng)力也更趨于合理。同時，在設(shè)計中的計算圖數(shù)要一致，每個洞口的開設(shè)要考慮涉及墻體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。避免隨意開洞和破壞架構(gòu)的情況發(fā)生。出現(xiàn)不合理的開洞處要及時進行修補和支撐體的再次構(gòu)建，才能保證整體剪力墻設(shè)計的合理。

3.3 剪力墻之間要看成獨立體

剪力墻是需要極強的設(shè)計方案周期才能確立施工的，不能按照統(tǒng)一的整體進行設(shè)計考量，要看做每個單獨體進行設(shè)計考量。對每個節(jié)段要在相應(yīng)的截面和整體高度進行控制和布局，避免比值數(shù)值的增大，一旦出現(xiàn)高度和截面的比值增大會出現(xiàn)剪力墻的實際效果降低，硬性降低的危險。同時在出現(xiàn)抗震方案設(shè)計中要對每個墻肢體機和洞體進行合理布局調(diào)整，每個局部細節(jié)的墻肢體和洞體都會對整個剪力墻構(gòu)成一定影響，需要在方案設(shè)計別注意。

3.4 控制剪力墻墻體的數(shù)量和提高其配置鋼筋數(shù)

剪力墻在高層建筑中相應(yīng)數(shù)量的大小對于整個施工的成本和工程質(zhì)量等多方面具有直接影響，大數(shù)量的剪力墻會造成空間體的減少并且整體建筑的重量增大。各結(jié)構(gòu)的支撐壓力會增高，高層建筑面臨倒塌的風險，小數(shù)量的剪力墻造成支撐力不足，墻體裂縫的產(chǎn)生。如何在設(shè)計中正確把控剪力墻墻體的數(shù)量是關(guān)鍵。同時，大多數(shù)剪力墻都是需要配鋼筋進行的，鋼筋的結(jié)構(gòu)延伸性能高低對與強體結(jié)構(gòu)是否合理和質(zhì)量穩(wěn)固具有直接影響，在設(shè)計方案中要對配置鋼筋數(shù)進行估算，不能出于成本考慮隨意降低鋼筋配置數(shù)。

3.5 墻體結(jié)構(gòu)的指標數(shù)嚴格分析

剪力墻需要對結(jié)構(gòu)中各項系數(shù)進行準確判定，需要對各項指標進行真實判定才能指導施工。要考慮相應(yīng)的指標的軸壓比和設(shè)計中墻體厚度和硬度要求。同時，

要保障每個墻體厚度是符合具體施工中要求的，保證性能發(fā)揮到最大程度，其中相應(yīng)的厚度比值可以做參考（表1）

剪力墻抗震等級 相應(yīng)部位單元 最小厚度（兩者總最大值）

有端柱或者翼墻 無端柱或者翼墻

一、二等級 底部加強部位 H/16：200MM H/16：200MM

其它部位 H/20：160MM H/15：180MM

三、四等級 底部加強部位 H/20：160MM H/20：160MM

其他部位 H/25：160MM H/15：160MM

非抗震程度 ― H/25：160MM H/15：160MM

表1

3.6剪力墻設(shè)計方案需要準則相應(yīng)的建筑規(guī)范要求

剪力墻在結(jié)構(gòu)設(shè)計中對水平移動和垂直移動和抗震系數(shù)都要保障嚴格規(guī)范符合設(shè)計要求，不能憑主觀意識對設(shè)計方案任意規(guī)劃和制定。要對工程實踐經(jīng)驗和豐富的建筑理論知識結(jié)合進行，符合國家對各指標系數(shù)的要求和合理規(guī)范范圍內(nèi)進行，符合高層建筑整體國家系數(shù)要求才是施工的關(guān)鍵。

結(jié) 語

高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計是整個建筑施工過程中重要的前提保障，通過合理的建筑施工是可以保障問題率和誤差程度降低的，同時對每個設(shè)計細節(jié)進行準確的實施，使得剪力墻的優(yōu)勢發(fā)揮到最大。

參考文獻

[1]潘帥. 高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計實例探討[J]. 科技致富向?qū)В?013，06：326.