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我國科學技術不斷進步，高層建筑結構優化設計是我國高層建筑設計與管理中較為重要的一個環節，其主要的目標就是在于提升高層建筑的結構合理性和經濟性。但是，在我國高層建筑結構設計的優化過程中還存在很多的問題，無論是管理體制方面還是在具體的實施過程中，都存在很多的不足之處，所以我們需要加強高層建筑結構設計的優化工作，保證各個環節都能夠做到科學嚴謹、合理，從而使得高層建筑結構設計的優化能夠得到最大程度的保障，為我國的經濟發展做出應有的貢獻。
1 高層建筑結構設計的重要意義
目前，我國高層建筑結構設計大多數是運用鋼筋混凝土作為最基本的材料。鋼筋混凝土具有造價低、來源豐富、形狀多樣等特點，可以實現結構設計師的各種創意設計，還能有效地節省鋼材。鋼筋混凝土結構在耐久性、耐火性以及承載能力方面有著明顯的優勢，并且通過建筑設計師的巧妙設計，還能實現非常理想的抗震性。鋼筋混凝土結構也有一些缺點，例如：斷面大、自重大，而且費模費工。
伴隨著社會的進步與發展，人們生活水平不斷提高，高層建筑也正在飛速發展，并形成更具有商業化、城市化以及工業化的結果?？茖W技術的不斷進步，出現的輕質高強的材料，為高層的建筑發展提供了有利的條件。近些年以來，高層建筑在世界各地不斷涌現，因此，對高層建筑的結構設計特點與結構進行全面的了解成了首要的問題，唯有如此，才能達到先進的，安全的并且能保證質量的設計產品，才能真正提高高層建筑結構設計的品質，進而滿足人們居住的條件。社會經濟的快速發展，對高層建筑的結構設計來講起到很大的促進作用，同時，對設計的質量也提出更高的要求，要把高層建筑結構設計的質量提高到更高的檔次，就必須提高建筑設計師的設計水平，并且要把握結構設計中的獨特的特點，把這些重要的要素結合在一起并進行有效的運用，才能實現高層建筑結構設計的完美品質。
2 高層建筑結構計算中要點和優化策略
2.1 優化高層建筑結構計算中的計算軟件選用
在進行高層建筑結構設計時，應該按照實際情況選擇適當的計算軟件進行處理，在選擇三維空間分析軟件時不能選取力學模型相同的，特別是在遇到受力比較復雜的情況下，譬如在對框支剪力墻進行分析的過程中，因為其產生了多次的變換，所以選擇軟件的過程中需要特別注意。同時在分析局部受力比較繁瑣的構件時，還需要根據分析的結果對配筋設計進行改動。
2.2 優化高層建筑結構計算中的計算參數取值
首先，將建筑物的抗震功能考慮到建筑結構設計中時，需要考慮結構的平扭轉耦聯，將其加到結構計算的過程中，要保證振型數等于或者大于十五，多塔結構的振型數需要大于或者等于九倍的原振型數，同時還需要保證振型參與質量大于等于結構總質量的90%，如果達不到這個要求，就會在后面的計算過程中出現較大的誤差，計算結果也不再具有參考意義。
其次，計算高層建筑結構的內力位位移時，如果只考慮梁、柱等關鍵部位結構構件的剛度，而不計算非承重結構構件的剛度，那么最終測量計算出來的自振周期就會比實際測量的值大，這樣最終設計出來的結構受到地震的作用也會相對較小。特別是在設計框架結構過程時建筑的剛度很大，過多的實心墻體運用會使得整個周期實測值變??；運用剪力墻結構時，較少的磚塊使用量能夠保證墻體的剛度較小，這樣就能夠保證測量值和實際計算值之間的差距較小。因此在對建筑結構進行設計過程中，在考慮建筑結構的抗震性能時需要將非承重結構的剛度等因素考慮進去，使用數據時也需要結合非承重墻相關方面的數據，通過一定的計算進行相應的改動，但是現在很多建筑設計師在對結構設計進行改進時，通常都是利用軟件的默認值1.0，這樣就會導致很多有其他結構的建筑都會存在很大的安全隱患，抗壓抗震能力十分微弱。
3 高層建筑結構設計中的要點與優化策略
3.1 優化高層建筑結構設計中梁柱構造
如果梁的腹板高度hW≥450mm，就應該在梁的兩側分別依照高度來配置縱向安排鋼筋，每側縱向鋼筋的截面面積不應該比腹板截面積（bhW）的0.1%還要小，同時間距不應該比200mm大。在實行抗震設計的過程中，框架柱應該達到剪壓比的需要，它的截面關鍵應該讓軸壓比來掌控。不過在結構設計里面常常會產生軸壓比μN達上限甚至超限的現象，但箍筋的體積配箍率ρV卻無法達到規程需要的狀況。這就違背了框架柱的強剪弱彎準則，同時對柱的延性產生了一定的作用。
3.2 優化高層建筑結構設計中過渡層設計
假使剪力墻結構在轉換層或者是過渡層中，例如：底層框架剪力墻結構，這種結構在應對地震時能夠展現出最大的抗剪切力合抗傾覆力矩，而且這種結構不利于它在地震中的受力。而且，因為受到了垂直均勻荷載的作用，轉換層或者過渡層在受到剪力墻壓剪以及拉剪作用，結構的橫向荷載發生作用，會導致轉換層或者過渡層剪力墻結構受到的很像承載力減少，同時結構的抗裂性也會降低。通過實驗不難發現，一旦結構中的反復橫向荷載和垂直同時作用時，轉換層或者過渡層所受到的橫向荷載以及承載力就會減少很多?？墒侨绻凑掌匠５臋z驗和計算對其進行檢驗時，如果結構的垂直荷載或者結構高跨比較小時，那么最后估算出來的剪力墻承載力就會比較大，這樣會導致整個建筑的安全系數較低，抗震能力較弱。因此，在設計建筑結構轉換層或者過渡層時應該在每個結構部分里加入構造柱和圈梁，這樣就能夠形成一個類框架系統，整個系統的抗震能力就得到了顯著提升，結構過渡層或者轉換層傳送剪切力更加靈敏，延展性等各方面的性能會大大增強，整個建筑會更加趨于安全。
4 結語
綜上所述，我國高層建筑正在不斷發展，高層建筑的結構設計正在不斷優化，其在高層建筑工程發展中慢慢體現出了極其重要的作用。在當前國內外經濟形勢的一片大好的發展背景下，加強高層建筑結構設計的優化管理，有著非同尋常的作用。與此同時，通過對高層建筑結構設計的科學優化，能夠促進投資成本在工程項目的質量安全和環保節能等方面進行合理而均衡的分配，從而使高層建筑項目獲得更高的增值，并進一步推動我國經濟建設以及城市化步伐的加快。而負責高層建筑結構設計優化的相關人員，要對這些工作有充足的把握。在這種情況下，才會完成好高層建筑結構設計的優化等一系列工作，進而保證高層建筑工程項目設計管理的順利進行。
參考文獻：
[1]李源新.高層建筑結構概念設計與高層剪力墻結構的優化[J].科技創新導報，2012（15）.
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某高層建筑設計使用功能要求集展銷、外貿、餐飲、辦公、居住和旅游于一體．屬綜合性公共建筑。主樓占地面積9483m2,總建筑面積19737m2，主樓高73．6m，地面以上19層、地下1層，主樓建筑面積為12091m2；裙樓高3層。建筑面積為7646m2。建筑平面如圖l所示。
1.1 結構承重體系設計
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 樓梯均設置在角部位置，為提高主樓結構的抗扭能力，剪力墻結合樓電梯間設在主樓結構的兩個對角位置，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。
1.2 建筑縫的處理設計
本建筑由主樓和裙房兩部分組成。在二者的連接部位需設置建筑縫?？紤]到主樓部分高度較大、結構有效重量大，裙房部分高度較低．因此二者問需設置防震縫和沉降縫。對于防震縫。為避免書樓和裙房間連接部位留出較大的寬縫，給裙房屋頂防水處理帶來困難．本建筑采用“抗”的方法 在結構分析時．將主樓和裙房視為一個整體進行抗側力設計計算：對于沉降縫，結合主樓需設一層地下室的建筑要求，設計中將主樓基礎設計成樁基礎。而將裙房基礎設計成柱下條形基礎，通過兩類基礎的沉降變形計算，相應調整和消除主樓和裙房兩部分的不均勻沉降差。施工時，在主樓和裙房連接部位預留1.5m寬后澆帶。通過施工手段局部調整高低兩部分間的沉降差。
1.3 基礎設計
根據《工程地質勘察報告》提供的場地工程地質條件。并考慮主樓和裙房間荷載分布的不均勻性特點,主樓部分結合地下室的設計采用深樁筏板基礎．以提高主樓結構的整體穩定性。降低主樓部分的沉降變形。
裙房部分采用柱下條形基礎 通過修工條形基礎的寬度來調整基底反力．進一步控制裙房部分的基礎沉降變形。使主樓結構和裙房結構在各自使用荷載作用下,能產生基本上一致的基礎沉降變形量。
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人、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，盡管國內外學者對此做過許多有益的嘗試．但框―剪結構的優化設計還存在很多具有重大工程意義和科學意義的課題。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。因此框架結構的分郜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?？梢赞D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；
(5)可行性判斷：對優化設計結果進行一次內力分析，檢驗其可用性。若整體分析能夠滿足工程設計要求，則可按此方案進行配筋和構造處理，作為最終的優化設計結果。否則需根據工程經驗和結構內力分析結果進行局部調整，直到方案可用為止。
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三個方面的優化問題：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。
2.2.1第一階段：最優設防水平I 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問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。
2.2.4 框―剪結構的優化設計步驟
(1)分析結構平面、立面布置特點，根據工程經驗選定剪力墻抗側力構件的布置位置及幾何厚度；
(2)根據結構使用荷載特點，根據經驗歸并框架結構類型，并初步選定每一類型框架結構梁柱構件的幾何尺寸；
(3)進行整體結構的空間內力分析；
(4)根據結構分析計算結果。檢查結構的層間位移及頂點總位移是否滿足規范要求。若滿足規范要求，則轉入第5步進行判斷：若不滿足規范要求．則直接返回第1步，進行剪力墻水平截面面積的修正；
(5)剛度最優化判斷：比較結構實際側移值和規范限值，若｜且，則轉入第6步進行計算；否則轉入第1步，并用原剪力墻厚度乘以修正系數，來修正剪力墻幾何尺寸，重新進行結構分析；
(6)分別進行剪力墻和框架結構構件的截面優化設計；
(7)收斂性判斷：比較優化結構與原結構的接近程度，若優化結構與原結構基本一致，則認為優化結構是收斂的，可以轉入下一步進行可行性判斷。否則將優化結構作為原結構轉回第3步重新進行結構分析、優化設計；
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1.1高層建筑結構類型分析
高層建筑結構選型決定高層建筑的整體安全性和可靠性。常見的幾種結構可類型為分為框架結構、框架-剪力墻結構、剪力墻結構、筒體結構等。①框架結構主要是由梁柱、樓板等部分組成，根據建筑功能的需求，完成對平面框架的布置。框架結構造價低，但在水平荷載影響下變形較大，抗震效果不佳；②框架-剪力墻結構，高層建筑中，剪力墻主要布置在電梯間，通過核心筒承擔水平荷載，抵抗地震力，整體穩定性高。但是框架剪力墻結構容易受到平面布局限制，出現質心和鋼心不重合的現象，結構扭轉過大，可能會出現的安全隱患；③剪力墻結構，具有較好強豎向和水平向的承載能力，對高層建筑的整體剛到和穩定性具有顯著的提升效果，重點在于剪力墻的布置及自重的控制；④筒體結構，在電梯間及建筑布置剪力墻，形成筒體，該結構具有更高的剛度。
1.2高層建筑結構選型的影響因素
高層建筑結構選型，除了受建筑需求影響外，其主要因素可歸納為：①環境條件。主要包括設防烈度、場地條件、基本風壓等；②建筑方案特征。主要包括方案建筑的高度、高寬比、長寬比以及建筑體型,其中建筑體型包括平面體型和立體體型。平面體型是由平面規則性、平面對稱性、平面質量和剛度偏心等組成,立體體型是由結構高寬比、立面收進體型、塔樓和層間剛度等組成；③建筑使用功能要求。高層建筑的使用功能大體上可分為住宅、辦公樓、旅館和綜合樓等。某種功能的建筑可能只有某幾種結構型式和它相匹配。比如高層住宅,由于其使用空間較小,分隔墻體較多,且各層的平面布置基本相同,因此這種功能的建筑就比較適合采用剪力墻或框架剪力墻結構；④結構抗災水平及現場施工、后期使用、運營維護等。
1.3結構選型實施案例
本章節以某工程為例，該工程中主要包含的高層住宅和多層商務辦公兩部分，建筑的總占地面積95388.440m2，其中工程中主要以1號樓、2號樓、3號樓為高層建筑，且樓層均為36F，其中且高度分別為117.390m、119.400m、119.400m。本工程主要采用鋼材、混凝土等材料。本章節以1號樓為研究對象，1號樓擬建樓層36層，設防烈度7度，基本風壓0.75KN/m2，場地Ⅱ類。建筑對稱布置，平面規則，其空間分隔小，隔墻多，且各層平面布置基本相同。通過考慮其豎向、水平向荷載、造價施工方面等因素，本工程采用剪力墻結構，通過合理布置剪力墻，控制結構的整體剛度及側向位移等，使結構更安全、更穩定、更經濟。
2建筑結構的優化設計
2.1結合建筑類型進行優化
汶川地震震害結果表明，對于教育類項目，如中小學，由于使用功能要求，相比其它建筑，教學樓豎向結構體系相對較弱，強度和剛度不足，并且建筑體型不對稱，致使建筑在地震中易傾倒。因此教育類項目，應在建筑側邊及樓梯間布置剪力墻，以增強建筑結構的整體性與穩定性，使其具有良好的工作性能。針對文化體育類項目，例如圖書館、博物館，根據其典藏書籍及文物的特點，其荷載大，使用空間大，平面不規則，在結構進行豎向布置時不必按照傳統9m模數布置，某項目案列按12m模數優化柱網后，結構截面變化不大，但能更好滿足建筑使用功能需求。
2.2結合建筑總高度進行優化
在某超高層中，通過對比分析鋼骨砼柱—砼梁與鋼管砼柱—鋼梁，鋼梁組合樓蓋可有效降低梁柱截面，滿足建筑使用凈高要求，且中庭洞口各層交錯布置，采用鋼梁組合樓蓋解決了傳統支模難題；可有效控制塔樓標準層室內梁高，內部凈高高出150～200mm；絕大部分構件都在工廠加工完成，最大化地提高建筑產品工業化水平，大大減少施工現場建筑垃圾；施工工期大大縮短。
2.3結合建筑荷載進行優化
越來越多的企業在項目建設過程中承受著巨額成本的壓力,地下室優化的必要性不容忽視。在滿足安全和建筑功能、效果的前提下，充分考慮覆土、消防車、人防等荷載，再進行平面布置，并進行多方案比選，項目實例表明，在常規8.5m×8.5m柱網情況下，荷載越大，采用大板結構，建筑物含鋼量最低，最經濟。在結構優化過程中應多方面考慮，對建筑安全、美觀、經濟等全面比較，以實現項目效益最大化。
2.4剪力墻結構優化理論在實際工程中運用
（1）在進行結構計算時，應通過軟件分析，滿足最大層間位移、周期比、位移比、軸壓比等各項指標確要求。（2）通過適當的縮減剪力墻的長度，減輕自重，增加高層建筑內部使用空間。（3）剪力墻的肢截面控制，在具體的控制中，需要保障肢截面以簡單、規則為基準，具體的門窗洞口，同樣需要設計整齊成列，并形成明確的墻肢與連梁，進而使得應力可以的合理的分布，提升高層建筑的整體安全性和穩定性。（4）剪力墻過長的部分，采用的開設洞口的方式，完成對剪力墻的均分，再由的弱連梁對他們進行連接，避免剪力墻出現的脆性剪切破壞，影響高層建筑的整體質量和安全。（5）剪力墻應自上而下的連續性布置，減少高層建筑出現剛度突變的情況，保障剪力墻的連續性。設計過程中適當對剪力墻的厚度和混凝土強度進行調整，滿足軸壓比的要求。（6）對窗口梁和陽臺梁等截面進行調整，完成對結構剛度及位移的微整，是結構布置更合理。針對高層建筑的結構選型設計的基本情況，可完成高層建筑的結構優化，從而使得高層建筑的空間效果、結構性能和高層建筑的整體綜合效益等均可得到改善，在保障高層建筑基本功能的基礎上，提升高層建筑的穩定性和安全性。
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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）?？偨ㄖ娣e55018m2，其中基底面積為3525m2。
1.1 結構承重體系設計
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。
1.2 建筑縫的處理設計
本建筑由主樓和裙房兩部分組成，在二者的連接部位需設置建筑縫。考慮到主樓部分高度較大、結構有效重量大，裙房部分高度較低，因此二者間需設置防震縫和沉降縫。對于防震縫，為避免主樓和裙房間連接部位留出較大的寬縫，給裙房屋頂防水處理帶來困難，本建筑采用“抗”的方法，在結構分析時，將主樓和裙房視為一個整體進行抗側力設計計算；對于沉降縫，結合主樓需設二層地下室的建筑要求，設計中將主樓基礎設計成樁基礎，而將裙房基礎設計成柱下條形基礎，通過兩類基礎的沉降變形計算，相應調整和消除主樓和裙房兩部分的不均勻沉降差。施工時，在主樓和裙房連接部位預留1.5m寬后澆帶，通過施工手段局部調整高低兩部分間的沉降差。
1.3 基礎設計
根據《工程地質勘察報告》提供的場地工程地質條件，并考慮主樓和裙房間荷載分布的不均勻性特點，主樓部分結合地下室的設計采用深樁筏板基礎，以提高主樓結構的整體穩定性，降低主樓部分的沉降變形。
裙房部分采用柱下條形基礎，通過修正條形基礎的寬度來調整基底反力，進一步控制裙房部分的基礎沉降變形，使主樓結構和裙房結構在各自使用荷載作用下，能產生基本上一致的基礎沉降變形量。
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。希望國內外學者和工程設計人員今后對此能有更多有益的嘗試，探討更多有關框-剪結構的優化設計方面的課題，以推動我國節能事業的發展。
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；
（5）可行性判斷：對優化設計結果進行一次內力分析，檢驗其可用性。若整體分析能夠滿足工程設計要求，則可按此方案進行配筋和構造處理，作為最終的優化設計結果。否則需根據工程經驗和結構內力分析結果進行局部調整，直到方案可用為止。
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。
2.2.4 框-剪結構的優化設計步驟
（1）分析結構平面、立面布置特點，根據工程經驗選定剪力墻抗側力構件的布置位置及幾何厚度；
（2）根據結構使用荷載特點，根據經驗歸并框架結構類型，并初步選定每一類型框架結構梁柱構件的幾何尺寸；
（3）進行整體結構的空間內力分析；
（4）根據結構分析計算結果，檢查結構的層間位移及頂點總位移是否滿足規范要求。若滿足規范要求，則轉入第5步進行判斷；若不滿足規范要求，則直接返回第1步，進行剪力墻水平截面面積的修正；
（5）剛度最優化判斷：比較結構實際側移值和規范限值，若│max(δ/h)-［δ/h］│/［δ/h］≤ε1且│max(Δ/H)-［Δ/H］│/［Δ/H］≤ε2，則轉入第6步進行計算；否則轉入第1步，并用原剪力墻厚度乘以修正系數ζ=max{ζ1，ζ2}(ζ1=［δ/h］/max(δ/h)，ζ2=［Δ/H］│/max(Δ/H))，來修正剪力墻幾何尺寸，重新進行結構分析；
（6）分別進行剪力墻和框架結構構件的截面優化設計；
（7）收斂性判斷：比較優化結構與原結構的接近程度，若優化結構與原結構基本一致，則認為優化結構是收斂的，可以轉入下一步進行可行性判斷，否則將優化結構作為原結構轉回第3步重新進行結構分析、優化設計；
（8）可行性判斷：對優化設計結果進行一次內力分析，檢驗其可用性。若整體分析能夠滿足工程設計要求，則可按此方案進行配筋和構造處理，作為最終的優化設計結果。否則需根據工程經驗和結構內力分析結果進行局部調整，直到方案可用為止。
3 工程實例
篇5
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，4~30 層為住宅，頂部設有出屋面電梯機房及水箱間，采用框架—剪力墻結構?？拐鹪O防烈度8度，設計基本地震加速度為 0.20g，設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型式為樁和承合基礎。采用中國建筑科學研究院 PKPM 系列軟件進行上部結構和基礎的計算。
2 結構體系選型
建筑物結構形式的選擇對建筑的使用功能、結構可靠性、建筑的抗震性能、工程造價等具有很大影響。 因而在結構設計中體系選型顯得十分重要。
剪力墻結構是一種由鋼筋混凝土墻體作為抗側力單元，同時承擔豎向荷載和地震作用的一種結構體系；它剛度大，空間整體性好，用鋼量較?。豢梢院芎玫剡m應墻體較多、房間面積不大的特點，故在高層住宅中應用極為普遍。但剪力墻結構墻體較多，不能布置商店和
公共設施等面積較大的房間。
框支剪力墻結構是一種將部分底層或部分層的剪力墻取消，代之以框架的結構體系；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施的要求。但框支剪力墻結構，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生很大內力及塑性變形，對結構抗震性能極為不利；并且其轉換層的混凝土和鋼筋用量一般都很大，其工程造價很不經濟。因此，在地震區不宜采用框支剪力墻結構。
框架—剪力墻結構是在框架結構中布置一定數量的剪力墻，可以組成框架—剪力墻結構的一種結構體系，這種結構既有框架結構布置靈活、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—剪力墻結構體系；既能滿足了上部住宅樓、底部商業用房的建筑使用功能要求，又能滿足建筑物在高烈度區的安全可靠性，同時這種結構形式也是較為經濟合理的，可有效的控制工程造價。
3 基礎及地基處理的設計
高層建筑基礎的合理選型與設計是整個結構設計中的一個極其重要和非常關鍵的部分。 基礎的工程造價在高層建筑整個工程造價中所占的比例較高，尤其在地質條件比較復雜的情況下更是如此。所以選用合理的基礎形式或地基處理方式，對降低工程造價起著至關重要的作用。
該工程地基承載力特征值為200kPa，天然地基不能滿足設計要求，根據工程地質勘察報告，可采取鉆孔灌注樁或預應力管樁。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，經過多方經濟比較，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。根據西安當地經驗，旋挖成孔技術可提高灌注樁的承載力約 20%~50%，這就大大節約了施工時間，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備管線埋設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 結構設計
本工程通過抗側力構件的合理布置，在地震作用下，使結構的各項目標參數均符合規范要求的前提下，不斷優化，盡量減少剪力墻的數量和厚度， 使結構在 X、Y兩個方向剛度基本接近，兩個方向水平位移均接近規范限值，結構布置更加經濟合理。從承載力方面來看，使框架、剪力墻的作用得到充分的發揮；從地震作用來看，減小了結構的側向剛度，并因此減輕了建筑的自重，從而減小了結構的地震作用；也相應減少了基礎工程的投資。
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；滿足了抗震規范與高規規定的剪力墻結構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
在滿足結構設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。大多數設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構強度和建筑物安全儲備的同時,還節省了用鋼量。另外，鋼筋的連接宜優先采用閃光對焊,且普通焊接或電渣壓力焊接比搭接經濟。
本工程基礎和梁、柱及板配筋等大部分均采用 HRB400 級鋼筋，HRB400 級鋼筋強度 設計值與HRB335級鋼筋強度設計值之比360/300 = 1.2 ; 據資料統計，用強度高的 HRB400 級鋼筋取代強度低的HRB335級鋼筋可節約鋼材約14%，這是降低鋼筋用量最直接的措施。
5.2采用輕質隔墻
本工程為減輕荷載，內隔墻采用輕質石膏板內隔墻體系，與輕質砌塊隔墻相比，輕質石膏板內隔墻體系具有自重輕、干法作業，安裝效率高，易于拆改、施工快捷，縮短工期的優點，近年來在高層住宅建筑中得以廣泛應用。以99mm厚的輕質石膏板隔墻為例，其重量為23kg/m2，是相同厚度砌塊隔墻重量的28%，可顯著節省建筑承重結構和基礎費用，降低土建結構造價。
6結束語
本文討論的該工程通過以上幾個方面的優化設計，在符合現行國家規范前提下，做到安全性能可靠，減少了建筑的混凝土用量和鋼筋用量，取得了較好的經濟指標，達到了較佳的設計效果。
參考文獻：
[1]建筑抗震設計規范（GB50011-2010）[S]．北京 ：中國建筑工業出版社 ，2010.
篇6
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：
[1] 劉利峰. 鋼筋混凝土建筑結構設計優化研究[J]. 科技資訊, 2010,(20) .
[2] 陳穎. 高層建筑結構優化設計分析[J]. 工程建設與設計, 2010,(08) .
篇7
在現代建筑中，混凝土結構以其強度高、耐久性好、堅固抗震等優點獲得了廣泛的應用，并且近年來一些新材料、新技術的逐步應用，在很大程度上提高了混凝土結構的施工效率，減少了施工成本，但是在建筑設計中依然存在一些不合理的現象，因此必須進行優化，才能促進建筑行業的可持續發展。
一、高層建筑混凝土結構的基本要求和類型。
建筑因其高低的不同，它承受力的大小和方向也是不同的。對高層建筑來說，建筑結構承受力的方向同時有水平和豎向兩種力的作用。這與低層建筑是不同的，低層建筑結構承受的力方向主要是豎向的荷載，水平力的作用對結構的影響不大。[1]水平荷載不僅僅在高層建筑中是一種主要的荷載，而且它和豎向荷載相互影響，相互作用，共同對建筑施加影響，成為混凝土就夠設計中主要考慮的因素。
考慮到高層建筑的這些特點，在混凝土的選用上就需要提高混凝土的質量和數量。首先，我們要對混凝土出廠前進行相關的技術處理，目的是減少水泥的水化熱作用，這樣可以降低混凝土自身的溫度，保證其質量。其次，施工前必不可少的要進行一些必要的應急準備措施，以防在施工時出現意想不到的情況，以確保精心組織、精心施工，萬無一失地完成任務。最后，在施工當中，最好采用預拌泵送混凝土，加大對混凝土施工細節的注意，比如混凝土施工縫等。我們討論的混凝土結構優化設計以及節約建筑成本，都應該在達到高層建筑混凝土結構的基本要求的基礎之上進行。
目前我國采用的高層建筑混凝土結構按照時間的發展順序主要以下幾種[2]：
1、鋼筋混凝土結構：
與鋼結構相比，鋼筋混凝土結構的優點在于整體性好、耐高溫性強、舒適度較好、抗腐蝕強、成本低、剛度大、維護方便等?，F在，隨著我國混凝土技術的發展和混凝土理論（高強混凝土、鋼管混凝土、鋼混凝土、輕混凝土）的發展，我國的鋼筋混凝土的發展已經達到了成熟階段。在我國鋼筋混凝土材料受到了很高的重視，應用在很大一部分高層建筑中。
2、組合結構：
相對于鋼筋混凝土來說，組合結構更具優點。這些優點主要在于節約鋼材、減少污染、提高科技含量、加快施工進程等。所以，對于高層建筑來說，組合結構可以在一定程度上取代鋼筋混凝土結構，這就較少了高層建筑的橫向和縱向的壓力。不僅如此，組合結構在冶金、造船、電力、交通等方面也逐步開始得到應用。
3、新型結構：
相對于鋼筋混凝土結構和組合結構，新型結構體系的區分標準是筒體的組成方式。新型結構體系主要有三種類型：框筒體系、筒中筒體系、多束筒體系。之所以稱之為新型結構主要是因為與傳統的單片平面結構相比，筒體結構可以承受更多的荷載力。在我國，筒體結構的應用并不少見，主要應用的高層建筑的特點是功能多、用途多、樓層高、層數多等。
二、高層建筑混凝土結構設計特點
與多層建筑的結構設計不同，高層建筑的結構設計需要考慮的因素更多，設計中所涉及到的問題更為復雜，設計難度更大。這是因為高層建筑不但增大了對地基基礎的荷載與強度要求，同時其自身的結構構件柱、墻、梁、板的承載能力、抗震能力也都需要得到保證，只有這樣才能確保建筑自身的穩定性與安全性[3]。
1、水平側向力是影響高層建筑結構設計中關于變形設計的主要影響因素。高層建筑受到的水平力主要為日常的風荷載及地震荷載作用下產生的水平地震力。與普通多層建筑相比，高層建筑的結構中更需要考慮到側向力對建筑結構的影響，這是因為高層建筑受到水平荷載會產生較大的水平位移，影響到建筑結構的整體穩定性和舒適性。因此在結構設計中要尤其注意考慮到這一點。
2、結構的剛度布置需適宜。有人認為在建筑結構的設計中，結構的剛度越大則其承載能力越強，抗震性能就越好。其實不然，高層建筑的結構并非是剛度越大越好，剛度及質量越大，吸引的地震力也越大，同時造價也會提高，所以高層建筑結構需同時具備一定的柔性，這樣才能增大其抗震性能，保證其在外力作用下，不會因剛度和脆性過大而發生倒塌。因此在設計中應該將建筑的剛度控制在適宜的范圍內，不可過大，也不可過小。這也就要求高層建筑應當具備一定的延性，同時滿足建筑的承載能力和抗震能力。
三、鋼筋混凝土結構優化設計應用分析
1、工程概況
某鋼筋混凝土框架——剪力墻結構建筑由四層裙樓和A、B兩棟高層建筑組成，地下兩層為停車庫和設備用房?？偨ㄖ娣e約2萬m2，房屋平面布置為不規則形狀[4]。
2、結構設計要求
本工程采用鋼筋混凝土框架——剪力墻結構，建筑結構的安全等級為二級。地震基本烈度為7度（0.1g，第二組，特征周期0.4s），抗震設防類別為丙類，抗震設防烈度為7度（0.1g，第二組）。地基基礎設計等級為乙級。上部結構和負一層的框架抗震等級為二級，剪力墻為二級結構，負二層的框架抗震等級為三級?；撅L壓：Wo=0.35kN/m2，地面粗糙度為B類。
3、設計優化的原則
在滿足結構設計現行規范和相關規定的前提下，通過大量計算和經驗分析進行優化，遵循以下原則：保證結構的安全性和正常使用；保證結構具有合理的剛度，特殊部位應有局部加強；可以減小的結構構件，應進行有效的核減。
4、結構優化設計
高層框架剪力墻結構體系中，主要是水平荷載作用下，框架和剪力墻內力分配設計，其中剪力墻的設計位置和數量就是關鍵。
1）結構最優設防的選擇
在預測地震烈度概率分析的基礎下，使用專業地震安全評價報告的數據，采用模糊綜合評定分析法計算結構的模糊延性向量和模糊抗震強度，損失等級概率和震害損失的概率預估期望值，在滿足最大投資期望和最大損失約束條件下，求出最優地震設防烈度值。
2）框架與剪力墻協同工作，承載力、剛度、延性能力的最佳匹配設計
框架——剪力墻結構的設計主要是結構剛度和結構延性的最佳組合。結構剛度對結構的主要影響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能力的前提下的變形能力，因此可以采用結構整體的側向位移量來協調結構的剛度和延性，按規范對層間位移量和頂點位移總側移的限值來控制結構的剛度和延性設計。
3）框架——剪力墻結構的優化設計
框架——剪力墻結構優化設計的原則就是優化結構的各個桿件，結構模型計算時，通過一次性完成的結構構件的輸入，然后逐步優化各個桿件，以達到結構桿件合適、配筋合理，節約工程造價。
4）基礎優化設計
在地下室基礎的初步設計工作中，原初步設計地下室基礎擬全部采用筏板基礎，經審核計算后，提出純地下室基礎部分采用獨立基礎加抗浮底板及抗浮錨桿的做法能做到節約鋼筋、混凝土。同時保證結構安全，施工簡便，能達到更加節省工程造價目的。
5）強化“強柱弱梁、強剪弱彎”設計理念
框架結構的柱、剪力墻設計要引起重視，要加強設計；而梁和板的配筋不宜調大，梁的設計變量主要是截面高、寬及縱向受拉鋼筋的截面積和架立鋼筋的截面積，優化設計主要針對以上設計變量進行優化，因此梁的截面盡量按正常值取定，少做寬扁梁，配筋率也應控制在 1.5%左右，次梁的箍筋宜分為加密區和非加密區。
四、結束語：
通過優化設計后，本工程的最終優化的結果為：節約鋼筋65t，節約資金約32萬元。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。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：
篇8
一、高層建筑結構的發展
(1)新型結構形式的應用不斷增加?？蚣荏w系、剪力墻體系和框架一剪力墻(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，分為框簡體系、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。
(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。
(3)智能建筑的發展異軍突起。現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
二、設計中存在的問題
(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，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)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。而目．，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)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，無論是時間，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
三、高層建筑結構優化設計
(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。
(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。
篇9
現階段，設計人員在設計高層建筑混凝土結構設計時，必須遵循其設計原則，以保障混凝土結構的穩定性和安全性。
1、適用性。主要是指混凝土結構設計必須以高層建筑計劃使用年限為前提，保證高層建筑在計劃的使用年限中的穩定性和安全性。
2、安全性。主要是指混凝土結構設計必須保障高層建筑在使用年限中的安全性，避免出現較大范圍的混凝土裂縫等。
3、耐久性。主要是指高層建筑在是使用年限內，必須保障混凝土結構的耐久性，保障高層建筑工程的質量安全和正常使用。
4、可靠性。主要是指高層建筑在使用年限內，必須達到相關規定的穩定性、安全性和耐久性，有利于延長高層建筑的使用年限。
（二）設計要求
1、延展性。高層建筑混凝土結構的延展性主要作用是在遇到一些地質災害時，能夠有效的避免高層建筑出現較大幅的變形或是坍塌等問題。
2、側向力。隨著層數的不斷增加，其高層建筑的水平作用力會不斷的增加，其側向力會發生變化。在高層建筑的結構設計中，需要重視其結構內力、變形等問題，將地震作用、外部環境等因素的影響予以考慮。
3、剛度要求。由于高層建筑容易受到水平作用力的影響，比較容易出現側向位移的變化。在混凝土結構的設計中，在保證混凝土結構強度的同時，還需要保障混凝土的剛度、自振頻率，最大程度的將水平位移的變化控制在允許范圍內。
二、高層建筑結構中混凝土結構的具體設計方法
（一）單元結構布局設計的完善
高層建筑的結構設計的主要內容是對各個單元結構進行獨立設計。單元結構設計通常應用于一些建筑結構比較簡單、規則的平面設計，在設計過程中，需要注意適當的控制平面結構中的整體、突出部分的長度，確保各個部分的承載力和結構強度均勻。在豎向結構的設計中，通常采用一些比較均勻、規則的設計，能夠有效的控制建筑外觀與內部結構之間的問題。
在其設計過程中，設計人員需要制定結構設計方案，以現有的設計理念和設計專業知識作為依據，以高層建筑實用性、安全性和美觀作為前提保障，對混凝土結構進行優化設計，保障其各個單位結構在水平方向和豎直方向的結構強度、承載力等均勻合理的分布。
（二）高強混凝土與鋼筋使用的優化
混凝土和鋼筋是高層建筑的主要施工原料，在具體的設計過程中，需要保障在高層建筑質量的前提下，對高強度的混凝土和鋼筋的使用進行相關的優化，減少混凝土和鋼筋的使用量，提高資源的配置效率。
例如，在地殼運動較活躍的地區進行高層建筑設計時，設計人員應該明確高層建筑的重量越大，地震的作用程度就越劇烈，在保障高層建筑的質量的前提下，對其進行優化設計，盡量的減少混凝土和鋼筋的使用量，降低振動作用程度，提高其建筑結構的穩定性和安全性，延長其使用年限。
（三）對剪力墻平面結構設計的合理化
設計人員在對高層建筑混凝土結構進行優化設計時，還需要重視剪力墻平面結構布局對高層整體建筑結構承載力均勻程度的影響。在進行剪力墻平面結構的優化設計時，主要是通過以下幾點：一是將高層建筑的基本結構功能作為其設計的依據，最大程度的將剪力墻進行集中化和均勻化設計;二是將找準高層建筑的設計基準，對剪力墻進行雙向布置，盡可能的減少使用一些短肢剪力墻。
三、高層建筑中混凝土結構優化設計策略
（一）結構安全性
高層建筑的人群密度較高，在災難發生時，不方便逃生，其災難后果比一般的建筑要嚴重很多。在具體的設計過程中，設計人員必須重視混凝土結構的設計，并采取相關的優化策略，最大程度的降低災難程度。其結構安全性優化策略：一是在保證高層建筑的整體功能和質量的前提下，將能夠影響高層建筑結構穩定性、結構自振性和環境因素予以考慮，盡可能的減少混凝土和鋼筋的使用量;二是需要綜合的考慮高層建筑的承載力，應該將建筑結構承載標準與施工材料的最大承載力進行相關的計算，最大程度的減少高層建筑的自身重量，提高其自身的結構安全性。
（二）抗震性
地震對高層建筑的穩定性具有很大的威脅，在設計過程中，設計人員需要重視高層建筑的抗震性。在具體的設計過程中，設計人員盡可能的選擇平面布局比較簡單規則的，減少一些不對稱或是過長延伸翼的使用，多使用一些對稱的結構，對高層建筑的整體結構進行科學合理的規劃設計，確保高層建筑的自身重量和結構強度能夠均勻的分布，提高其抗震性。
（三）耐久性
耐久性主要體現在其混凝土結構的耐久性，其優化策略主要表現在以下幾個方面：
1、混凝土材料的選擇。設計人員需要在保障混凝土質量和基本性能的前提下，盡可能的選用一些在穩定性、抗入侵性等方面強的混凝土進行高層建筑的施工，在具體的施工過程中，可以添加一些外加劑增強混凝土自身結構的穩定性。
2、優化結構設計。在具體的設計過程中，需要充分的考慮不同構件所處的環境差異，將其混凝土結構的設計進行差異化的設計和材料的選用，保障其結構的穩定性，延長建筑的使用年限。
3、結構構造設計合理化。設計人員需要結合建筑的使用年限和環境特點，設計并使用45毫米厚的混凝土保護層，減少對高層建筑混凝土、鋼筋的腐蝕程度，提高其整體結構的穩定性，延長使用年限。
四、結論
混凝土結構設計對高層建筑的質量具有至關重要的影響。本文從高層建筑中混凝土結構設計的原則和要求出發，對具體的設計方法進行相關的分析，提出了幾點優化策略，提高高層建筑的穩定性、安全性和抗震性，延長其使用年限。
篇10
摘要： 結構設計是確保建筑質量的首要步驟，特別是對于高層建筑來說，由于建筑層數較多而且結構容易出現復雜情況，因此在進行設計時需要注意的問題尤其多。本文將結合結合筆者結構設計實踐經驗，探討進行高層建筑結構設計時應考慮的問題，以及提出有效提高高層建筑結構水平的相應處理措施。
Abstract: The structure design is the first step to ensure the quality of building, especially for high-rise building, because there are many layers of the building and the structure is complex, many design problems should be paid attention to especially. Combined with the practical experience of structure design, This paper discusses the problems should be considered in the design of tall building structures, and puts forward corresponding treatment measures that can effectively improve the level of tall building structures.
關鍵詞 ： 高層建筑；結構設計；措施；設計參數
Key words: high-rise building；structure design；measures；design parameter
中圖分類號：TU972 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）34-0119-02
作者簡介：郭文起（1984-），男，河北館陶人，工程師，研究方向為高層建筑結構。
0 引言
隨著高層建筑的不斷發展以及建筑內部的復雜性，給高層建筑結構設計帶來更大難度。如何設計出經濟合理可靠的高層建筑結構，是設計人員要面對的問題。而掌握高層建筑結構設計要點，正確合理地處理結構設計時所出現的問題，是結構設計人員必須具備的一項基本素質。
1 概述
房屋結構設計優化理念注重以實際為準則，根據工程建設的基本狀況，以計劃成本控制為中心來進行結構優化設計，其內容就是利用對建筑基礎的結構、屋蓋系統的結構方案以及圍護系統結構方案等環節，建立起一種關于結構優化設計的模型，通過對各種不同的影響變量參數中的若干關鍵參數的科學的計算，確立最終的建筑工程結構設計的優化結果方案。
房屋建筑結構優化設計意義主要有兩點：一是大大提高建筑結構經濟性，房屋建筑進行結構設計優化可節省材料，有利于抗震，減少內外表面裝修，提高了其受力性能，增強了建筑的經濟性能；二是結構優化設計大大降低了建筑工程的總成本造價。節約用地，大量資料表明，房屋建筑進行結構設計優化能夠有效降低工程成本造價25%左右，同時結構優化設計技術能夠對施工材料的性能利用更加合理化，能夠讓建筑工程結構內部各個不同單元之間更加充分互協調，提升了建筑工程結構設計的經濟性。
2 房屋建筑結構設計的基本方法
2.1 結構平面圖 在繪制結構平面布置圖時，是否要輸入結構軟件進行建模，當建筑地處抗震設防烈度為6度區時，根據建筑抗震設計規范，是可以不用進行截面抗震驗算的，但必須符合有關的抗震措施要求。因此對于砌體結構來說可以不用在軟件中建模，直接設計即可。
2.2 屋頂（面）結構圖 當建筑是坡屋面時，結構的處理方式有梁板式及折板式兩種。梁板式適用于建筑平面不規整，板跨度較大，屋面坡度及屋脊線轉折復雜的坡屋面。折板式適用于相反的條件。兩種形式的板均為偏心受拉構件。板配筋時應有部分或全部的板負筋拉通以抵抗拉力。板厚基于構造需要一般不宜小于120厚。此外梁板的折角處鋼筋的布置應有大樣示意圖。至于坡屋面板的平面畫法，通常使用剖面示意圖加大樣詳圖的表示方法。
2.3 大樣詳圖 在建筑詳圖的準確無誤的基礎上，大樣詳圖的繪制可在建筑詳圖的基礎上直接繪制，也可在以前做過的詳圖的基礎上來局部改進繪制。這階段需要注意在保持建筑外形的前提下盡量地使結構受力合理和施工方便。在標高和外形尺寸上一定要和建筑專業協調一致。
2.4 樓梯 樓梯梯板要注意撓度的控制，梯梁要注意的是梁下凈高要滿足建筑的要求，梯梁的位置盡量使上下樓層的位置統一。局部不合適處可以采用折板樓梯。折板樓梯鋼筋在內折角處要斷開分別錨固防止局部的應力集中。注意梁下的凈空要求，并要注意梯板寬度的問題。首段梯板的基礎應注意基礎的沉降問題，必要時應設梯梁。
2.5 基礎 基礎要注意混凝土的標號選擇應符合結構耐久性的要求。（通常情況下可采用C25）基礎的配筋應滿足最小配筋率的要求（施工圖審查中心重點審查部位）。條基交接部位的鋼筋設置應有詳圖或選用標準圖。條基交叉處的基底面積不可重復利用，應注意調整基礎寬度。局部墻體中有局部的較大荷載時也要調整基礎的寬度。基礎圖中的構造柱，當定位不明確時應給予準確定位。
3 建筑結構設計與工程造價的關系
3.1 設計方案直接影響投資據研究分析。設計費一般只相當于建設工程全壽命費用的1％不到。但正是這少于1％的費用對投資的影響最高卻達到75％。在單項工程設計中，建筑和結構方案的選擇及建筑材料的選用對投資都有較大影響。
3.2 設計方案影響經常性費用建筑結構設計不僅影響項目建設的一次性投資，而且還影響使用階段的經常費用，一次性投資與經常性費用有一定的反比關系。但通過建筑結構設計人員努力可找到這兩者的最佳結合，使項目建設的全壽命費用最低。
3.3 設計質量間接影響投資據統計。在工程質量事故的眾多原因中，設計責任占40．1％，很多的工程質量事故都是由于產品設計不合理造成的。
4 建筑結構體系設計和選取
在選取結構體系時必須針對所設計的建筑實際情況進行評估分析，只有正確選取結構體系才能設計出經濟合理的結構。目前高層建筑多采用鋼筋混凝土結構，其結構體系主要有框架結構、剪力墻結構、框架剪力墻結構等。對于高層建筑來說主要以剪力墻結構和框架剪力墻結構為主，對于低層建筑則多采用框架結構。
框架剪力墻結構體系中以剪力墻作為主要抗側力構建，而承受絕大部分水平荷載；而框架部門則主要承受豎向荷載?？蚣芗袅Y構中框架和剪力墻兩者共同受力，合理分工。而剪力墻布置應均勻設置在建筑物的周邊、電梯間等部位。由于該結構以框架結構為主，剪力墻為輔助，這種結構體系適用于25層以下的建筑，最高不宜大于30層。
剪力墻結構是用鋼筋混凝土墻板來代替框架結構中的梁柱的，剪力墻作為豎向承重和抵抗側力的結構，全部承受結構的豎向和水平力。這種結構體系通常采用平面布置形式，由于剪力墻受豎向荷載和水平荷載共同作用，剪力墻應雙向或多向布置。同時由于該結構全部由剪力墻組成，其剛度要比框架剪力墻結構更好，該結構體系常用于40層以下的高層住宅建筑等，而且該結構高寬比不宜大于6，其高度也應考慮抗震要求。
5 計算簡圖的處理
筆者將結合一些工程結構設計探討其計算簡圖的處理。對于無地下室的結構來說，基礎埋深較深時，為了加強底層的整體性，可以在0.00m附近設置基礎連系梁。由于基礎連系梁的設計僅為構造設計，無法平衡底部柱腳的彎矩，其不可作為上部結構的嵌固部分，對于底層計算高度H應是取基礎頂面至連系梁頂面的高度，即把基礎連梁以下的部分作為計算簡圖的底層，而把實際建筑的底層作為計算簡圖第二層，層高取用連梁頂面標高至一層樓面標高距離。值得注意的是，這種情況下底層柱的配筋應取用基礎連系梁頂面和基礎頂面中較大內力設計值進行計算。對于帶有地下室的結構來說，計算簡圖中合理確定上部結構的嵌固位置是非常關鍵的，這需要結合工程實際情況來分析。經設計實踐驗證采用這種方法計算簡圖經整體計算后，地震作用相對保守，結構設計比較安全。
6 結束語
總之，在高層建筑結構設計中，融入概念設計，不僅可以體現工程師設計理念，也能夠對工程結構設計師專業水平和技術水平的標準進行有效衡量。因此分析概念設計在高層建筑結構優化設計中的應用，可以有效優化高層建筑結構設計。
參考文獻：
篇11
Abstract: in recent years, the shear wall structure more and more applied to a high building, especially in large and medium cities. To satisfy the requirements of seismic condition, the new structure form and development, including the shear wall structure is widely used in high-rise residential. The following this paper discusses the present city is more common of the high-rise building structure optimization problems are analyzed and discussed on the personnel and the design of high-rise residential real estate choice of structural system.
Abstract:
Keywords: high building; The shear wall structure; Optimization design; analysis
中圖分類號：[TU208.3]文獻標識碼：A 文章編號：
引言
高層建筑是社會生產發展和人們生活需求的產物，是現代化、商業化、工業化和城市化的必然結果。它反應了一個國家的建筑科技和經濟發展水平。隨著經濟和社會發展的需求，以及城市人口密度的持續增長，高層建筑正逐漸成為城市建筑的發展趨勢，也是城市現代化的象征。為了滿足高層建筑的抗震性和經濟性，對剪力墻結構的優化設計研究具有重要的理論和實踐意義。
1、高層建筑剪力墻結構的概念設計
一幢高層建筑猶如一根豎直放置于嵌固于地基的開孔、帶橫肋的巨型空間構架式的“懸臂梁”。它不僅要承受“梁”內所有重力荷載的作用并保持穩定，而且要承受風荷載、地震等水平荷載的作用并保持一定的剛度，避免過大的水平位移和振動，保證“梁”內各種建筑裝飾、填充墻等不受損壞，以提供“梁”內工作生活的人們有一個舒適的環境。
高層建筑結構同時承受垂直和水平荷載，還要抵抗地震作用，在低層結構中，水平荷載產生的內力和位移很小，通?？梢院雎裕欢诟邔咏ㄖ?，水平荷載和地震作用將成為控制因素。隨著建筑高度增加，位移增加最快，彎矩次之。因此高層建筑設計不僅要有較大的承載能力，而且需要較大的抗側剛度， 以保證水平荷載產生的側向變形控制在一定范圍內。 剪力墻結構在水平力作用下側向變形的特征為彎曲型。
剪力墻結構承受豎向荷載及水平荷載的能力都較大。其特點是整體性好，側向剛度大，水平力作用下側移小，并且由于沒有梁、柱等外露與凸出，便于房間內部布置。缺點是不能提供大空間房屋，結構延性較差。當地下室或下部一層、幾層，需要大空間時（如商場、停車庫等）即形成部分框支剪力墻結構。 在框架-剪力墻結構和剪力墻結構兩種不同結構的過渡層必須設置轉換層。
剪力墻結構由于承受豎向力、水平力的能力均較大，橫向剛度大，因此可以建造比框架結構更高、更多層數的建筑。但是只能以小房間為主的房屋，如住宅、賓館、單身公寓。而賓館中需要大空間的門廳、餐廳、商場等往往設置在另外的建筑單元中。 為了適用任何方向的水平力（或地震作用），因此對于矩形平面，剪力墻在縱橫雙向均應設置；對于圓形平面，剪力墻應沿徑向及環向設置；三角形平面，宜沿三個主軸方向設置剪力墻。
2、剪力墻結構優化的原則
一般來說，建筑結構的剛度越大，抵抗地震作用力就越大，結構也就越穩定，但是如果無限制增大結構的剛度勢必會增加結構的工程造價；如果剛度過大，不僅對結構不利，還會對結構產生不利的影響，如：周期太短、層間位移過小等。剪力墻的特點是平面內剛度和承載能力較大，而平面外剛度和承載能力相對很小，在做結構優化的時候應該使結構層間位移角保持在合理的范圍內，不能偏差規范限制太多；保證結構抵抗地震的作用力在規范要求范圍內，并考慮個因素相互制約的影響。剪力墻結構優化是個十分復雜的問題，影響剪力墻的因素眾多，而各因素又相互制約，因此在對高層建筑優化時應考慮定量和定型的分析研究。針對工程常見特點，在保證原結構建筑使用功能和規范要求下對結構作如下優化：
（1）盡量避免出現“一字型”剪力墻，避免樓面梁一側或兩側擱置在“一字型”剪力墻或其連梁上。
（2）使得結構受力更加合理，能在滿足規范要求的前提下，使剪力墻的結構性能達到最優，經濟性更加合理。
（3）通過改變剪力墻的數量及其布置使得結構的樓層剛度、周期、層間位移角更加合理。
3、房地產企業結構成本控制的方法分析
隨著房地產業的迅猛發展，地價猛漲，如何降低工程成本，并取得效益最大化是每個房地產企業不斷的追求。在考慮建筑結構布置方案時就要考慮對結構進行選型優化，這就要不僅考慮到結構的合理性、實用性，還要考慮到結構的經濟性。因為如何降低成本、增加利潤是每一個房地產企業關注的問題。建設項目前期的設計階段（方案設計、初步設計、施工圖設計）影響整個項目投資的可能性在80%以上。其中，結構成本占到建安成本的40%—60%。很多建筑結構設計做的并不精細。通過降低成本以求提高經濟效益是房地產行業共同追求和努力的目標之一，而結構成本的控制是房地產項目成本控制的關鍵。
為了與工程實際情況相符，假設混凝土的成本與混凝土的體積成正比。鋼筋的成本與鋼筋的體積成正比。在總造價上，暫不考慮模板及樓板等工程的造價影響。電算分析指數表明，豎向結構體系的截面面積雖然較小，但仍可保證滿足承載力、剛度、位移的要求。顯而易見，優化后的方案不僅節約了業主的投資費用，更重要的是節約了資源。
4、結構經濟性優化措施
4.1 盡量合理的減小剪力墻厚度
增加剪力墻厚度，雖然能提高結構抗測力的能力，同時也增大了結構的地震力，但是由于影響剪力墻結構的因素眾多，結構抗側移能力與結構所承受的地震力兩者不一定成正比變
化。剪力墻厚度的取值不僅影響到結構的自重、結構的質量和結構剛度，而且直接影響到工程造價的高低。因此，設計者在進行剪力墻優化布置時應盡量合理的減少墻厚。
一般情況下影響剪力墻墻厚取值的因素如下：①通過結構分析，依據結構的最大層間位移、最大層間位移比、周期比以及樓層剛度等控制因素，選取合理的剪力墻厚度；②根據規范對結構軸壓比的規定；③穩定性及構造性要求?！案咭帯币幎ò捶€定性要求確定剪力墻的高厚比，當不能滿足時應按“高規”附錄算墻體的穩定性。
4.2 嚴格控制剪力墻的配筋率
《混凝土規范》規定，抗震等級為一、二、三級的剪力墻的水平和豎向分布鋼筋配筋率均不應小于0.25%；四級抗震等級剪力墻不應小于0.2%，分布鋼筋間距不應大于300mm；其直徑不應小于8mm。這在高層或者剪力墻墻肢較長的剪力墻結構中應該是合理的，但對于短小、低矮的剪力墻，應適當減小其水平筋的配筋率；墻的豎向最小配筋率應包括邊緣構件中的鋼筋，同時應注意避免豎筋過多使墻的抗剪強度小于抗彎強度，對抗震不利。
4.3 減輕結構自重
通過結構優化減少混凝土用量，減輕結構自重，可以減小結構內力、豎向荷載和水平地震作用力，特別是轉換層和基礎的鋼材和混凝土。①樓板：樓板在整個建筑中占據著相當大的比率，減小樓板厚度即減少了單位建筑面積混凝土用量。將樓板厚度控制在滿足板的厚度與計算跨度要求的比值，并滿足防火和預埋管線要求的較小值，可使得混凝土的消耗量最低。②剪力墻：在考慮樓板的同時也應考慮剪力墻的混凝土消耗量最少。擴大剪力墻開間的間距，用輕質隔墻替代部分開間的墻體，能有效地降低混凝土用量。如果開間過大，可以在隔墻處
設置梁來保證減少樓板厚度的實現。由于住宅的開間和進深一般不大，梁寬可取隔墻墻厚，以免露梁。為減輕自重，剪力墻厚度可沿高度分次變化。
5、結束語
高層建筑投資大,建設周期長,對其進行優化設計以期獲得最優結構方案并節約投資,一直是結構工程師所努力追求的。剪力墻的數量及其布置是影響到結構安全和經濟合理的關鍵因素，因此對剪力墻結構進行優化研究具有一定的實際應用價值。剪力墻的數量和布置極大地影響著剪力墻的力學特性,也決定著剪力墻結構是否經濟。
參考文獻：
[1] GB50011-2010，建筑抗震設計規范．中國建筑工業出版社，2010．
[2]趙健生.高層住宅剪力墻結構優化研究[D].青島理工大學.2009.
篇12
Key words: high-rise building; shear wall; optimization design
中圖分類號：[TU208.3]文獻標識碼：A文章編號：
一、引言
剪力墻的優點主要在于整體性強、用鋼量較小而且剛度大等，所以在高層建筑施工中得到了廣泛的運用。特別是像旅館這一類房間多的建筑結構當中，墻體所采用的一般都為剪力墻結構，這樣可以讓承重墻與分隔墻連為一體，從而使得其經濟適用。另外，使用剪力墻結構，不會有露柱與露梁的現象出現，保持了外形的美觀性，也拓寬了室內空間。雖然從上面幾點來看，剪力墻具備較多的優點，但是從其他方面考慮，也存在較多的問題:
1) 由于高層建筑的剪力墻本身具有較大的抗側剛度，也就使得發生地震時，剪力墻會出現較大的反應，所以在剪力墻的上部結構以及下部結構當中投入的資金都會相應的增加;
2) 墻體的澆筑主要是混凝土，使得其具有較大的重量，不僅會浪費材料，地震反應也較大;
3) 在剪力墻的結構當中，各個墻肢不具備較大的軸壓，使得各個墻肢雖然具有一定的承載能力，但是因為軸壓的問題，不能夠正常的發揮出應有的性能。因此，在設計當中對于高層建筑的剪力墻，如果將缺點規避，發揮出剪力墻的優點，最終達到降低工程施工造價，提高施工質量，就成為設計者應當首先考慮的問題。隨著近幾年的一些成績，我們可以看出，高層建筑剪力墻的研究已經引起了有關設計人員的足夠重視。
二、在剪力墻結構構件當中對于含鋼量的控制
隨著社會大眾越來越高的建筑要求，在高層建筑當中，剪力墻結構已經占據了相當重要的地位。想要高層建筑結構的設計具有較大的經濟性，就需要從含鋼量入手，對于剪力墻結構進行控制。所以，在對高層建筑的剪力墻結構進行設計時，要從實際出發，根據設計要求詳細的進行結構的分析，從而確保在任何種情況下，能夠控制好最經濟的含鋼量，并且也能夠滿足結構的安全要求。從筆者多年的施工經驗、結構設計的累積來看，對于高層建筑物的剪力墻最為合適的含鋼量都有了一定的標準，對于設計也就起到了一定的建設性和指導性的意見。合適含鋼量統計表如表1所示。
三、選擇效率較高的剪力墻結構方案
只有當建筑結構的施工安全得到了保障之后，才能夠在諸多的方案中進行對比選擇，并且還應考慮工程造價能夠在最低限度的情況下，選取適合此高層建筑的結構形式。
在框支剪力墻的結構當中，短肢剪力墻結構也是一個很好的選擇。在框支剪力墻的結構中，為了盡量將上下層的剛度變化適度，可以采用短肢剪力墻結構這一減少了剪力墻剛度的方式。例如使用加大下一層的剛度，其經濟效益就較為明顯。如果高層建筑物的層數大于18，最好還是選取普通剪力墻結構。如果將短肢剪力墻結構運用到層數過大的建筑結構當中，會導致其剛度不達標，從而導致結構的安全性能也受到其影響。
四、在剪力墻結構優化設計中的有效措施
1.需要對轉換層結構設計尤為注重
從高層建筑的要求來看，現代居民希望建筑物所擁有的功能多種多樣，考慮到現在大樓具有較強的綜合性能，尤其是在使用方面，上部與下部的機構不同。因此，在選擇高層建筑物自身的結構布置時，就需要考慮相應的變化，在設計布置當中，需要將轉換層的結構設置好。我們需要重視剪力墻結構的設計，考慮到在高位轉換的底部大空間當中，其結構相對復雜。因為在進行高位轉換時，剛度和質量較大的轉換層升高，有效的將其本身與上下的剛度調整到接近的地步是非常必要的，而對于轉換層自身而言，其質量與剛度都不適宜較大，在最終時，是否能夠確保轉換層附近的層間位移角基本達到均勻的情況，就需要在水平作用力的作用之下，進行空間精確分析，檢查其均勻情況。采用轉換層結構形式時，在選擇上，偏向于重量與剛度皆偏小的材料，在實際的計算中，對于參與到了組合的振型數需要多多的進行選擇。通過計算，我們能夠計算出在結構當中，哪一部分才是最薄弱的，然后再通過內力分配特點的具體研究，改善薄弱部位的設計性能，適當的對于構件的配筋進行相應的調整，從而達到改善薄弱部位性能的目的。
2.對于連梁設計的有效優化
在設計連梁的抗震與非抗震的時候，在高跨比的分類之上，主要是有小于2． 5 和大于2.5兩種，并且對于截面配筋以及受剪承載力兩個方面都有了相應的規范。而可以使用以下兩種方式針對塑性調幅:1) 在進行內力計算之前，就需要拆減連梁的剛度;2) 在進行內力計算之后，連梁的剪力與彎矩的組合值還需要
乘上一個折減系數。
但是，我們應當明確的是，無論是選取了哪一種，都需要確定在實際使用階段當中的剪力與彎矩的設計值，都要小于調整后的值。此外，在設計彎矩時，也必須大于設防烈度低一度的地震組合所得。從而對于正常使用情況之下，亦或是在小型的地震發生之后，對于裂縫進行有效防止，最終達到確保高層建筑物的安全性能。
3．轉換層上下部結構優化設計
1) 在轉換層的上下剛度的傳遞放縱，剪力墻布置存在的影響。如果要能夠準確的傳遞上下兩種不同結構形式的內力，首先需要考慮到剛度突變，而對于轉換層上下的結構可以通過兩種方式將剛度突變的問題加以解決:
a． 將上部的剛度減少，也就是在上部當中，能不設置剪力墻就盡量的避免設置，當滿足了軸壓比時，確保墻肢盡可能的短;
b． 將下部的剛度進一步的加大，在建筑滿足了功能之下，再恰當的布置若干的落地剪力墻在大空間層之內，此外需要避免集中，將剪力墻均勻的分布于其中。
篇13
1.剪力墻結構的優缺點
1.1剪力墻結構的優勢
剪力墻結構這種構造的剛度一般都很大，整體的性能較好，還能實現鋼量的節省，尤其是在高層建筑住宅之中，以及一些旅館和居住性的建筑之中，居室和客房的建設面積一般都很小，并且分隔墻還比較多，一般都是采用現澆剪力墻結構，這樣就能實現把承重墻合二為一，這種結構相對而言還是比較經濟和實惠的。
除此之外，也能實現室內的框架結構的簡介，不會出現露梁和露柱的情況，外形上還是比較美觀的，便于室內的裝飾裝潢設計?；诖?，在許多的高層建筑和一些民居之中，一般都會采用現澆剪力墻的結構。
1.2剪力墻結構的缺點
當然，把剪力墻結構運用到高層建筑以及旅館的建設之中，也必然存在一定的缺點和不足。因為剪力墻的結構抗側剛度比較大，很顯然的引起較大的地震反應，這就必然導致上部結構的基礎費用的增加；因為混凝土的墻體較多，這就會相應的增加建筑物的重量，同樣會導致建筑物的地震反應很強烈，同時造成很大的浪費；還有剪力墻的各個墻肢軸壓比一般都很低，這就讓個墻肢的承載能力得不到充分的發揮；還有剪力墻之中的墻體大多是構造的配筋，這個配筋率一般很低，這就導致結構的延展性能很差。
在高層建筑剪力墻的結構設計之中，怎樣去發揮它的長處和優點，避免其費用過高是一個很關鍵的問題，需要我們在實際的建設施工只能不斷的總結和改善。
2.高層建筑剪力墻結構優化設計分析
2.1高層剪力墻住宅結構設計的經濟分析
因為剪力墻的剛度大，整體的性能較好，而且用鋼量比較節省，在高層建筑之中，得到廣泛的使用。高層建筑的住宅之中，開間一般較小，而且分割的很多，運用現澆剪力墻就可以實現承重墻的減少，是一種很經濟的選擇，還有這種結構能夠實現墻的外觀的美觀和整齊，不會出現一些不必要的梁柱，方便對室內進行合理的布置和裝飾。
在進行剪力墻的結構的設計中還需要注意幾個問題，因為剪力墻的坑側剛度很大，結構的周期很小，就會導致地震的響應大，如果剪力墻的墻體越多，建筑物的重量就會相應的增加，這就會導致資源的浪費，還有剪力墻的墻體飛結構一般的配筋率都很低，就會導致建筑的結構延性不好。
高層建筑的剪力墻結構中，剛度較大的結構一般受到震害都會相應的降低，但是建筑的剛度越大，需要的建筑材料就要增加，必然出現建筑的工程成本的增加，因此，對建筑物的剪力墻的設計和施工，需要滿足規范之中的結構水平的位移和地震的要求相合。要想建設的安全和經濟，就要根據實際的情況有所判斷，把建筑的水平位移和地震力控制在一個適當的范圍之內，做好對結構的內里和配筋的檢查。
2.2剪力墻結構構建合適的含鋼量
社會的發展要求建造越來越多的高層建筑，在現今的高層建筑建設之中，剪力墻的結構占據著重要的位置。想要實現建筑的經濟性，就需要做好對鋼含量的控制。因此在對高層建筑的剪力墻結構進行設計時，就需要依據實際的情況，一切從實際出發，依據設計的要求進行詳細的結構的分析和設計，保障在任何的情況下，都能實現對鋼含量的良好控制。在滿足安全的前提下，控制好鋼的含量。對于高層建筑的施工和設計，剪力墻最為合適的鋼含量一般都有個標準，這對設計也就有了很好的指導。合適的鋼含量如下：
表1 合適含鋼量統計表
高層建筑適合的鋼含量詳見下表：
2.3優化結構設計，降低工程造價
2.3.1優化結構設計
實現優化結構設計，讓解雇的受力均衡以及技術運用得當，實現建設整體的安全和可靠，只有任一結構都能同時發揮出最大的功效，這樣的設計方式才能實現結構合理和造價合理。
我們從建筑結構設計和整體的布局情況來看，在受到水平荷載的作用下，剪力墻的的暗柱的配筋一般都是結構性的配筋，對于暗柱的斷面的確定和剪力墻的布置之間有著密切的關系。而這里的構造配筋又和暗柱斷面有著密切的一對一的對應關系。因為剪力墻布置的差異，一般的一片剪力墻的兩邊的暗柱的斷面可能有著6倍到10倍的差異，配筋也就相應的出現相差6倍到十倍。但是剪力墻在不同的方向的水平的荷載作用是具有對稱性的，這樣的設計就會導致極大的浪費。這就需要先對建立墻的布置進行調整，要做到既能實現建筑建設的節約成本，由能實現結構安全性能的保障。
2.3.2結構設計與經濟性的關系
建筑層數對單位建筑面積造價有直接影響,但影響程度對各分部結構卻是不同的。屋蓋部分,不管層數多少,都共用一個屋蓋,并不因層數增加而使屋蓋的投資增加。因此,屋蓋部分的單位面積造價隨層數增加而明顯下降。基礎部分,各層共用基礎,隨著層數增加,基礎結構的荷載加大,必須加大基礎的承載力,雖然基礎部分的單位面積造價隨層數增加而有所降低,但不如屋蓋那樣顯著。承重結構,如墻、柱、梁等,隨層數增加而要增強承載能力和抗震能力,這些分部結構的單位建筑造價將有所提高。
3.剪力墻結構優化設計中的有效措施
3.1對轉換層結構設計的重視
從高層建筑的設計和施工的要求來看。現在的民居建設都希望實現建筑功能的多樣化，這就需要建設者，對建筑的自身的結構進行布置時，需要考慮到相應的變化，在進行設計布置時，能夠把轉換層的結構布置好。需要重視對剪力墻的結構的設計，考慮在進行高位換裝的底部大部分空間時，這個結構是相對較復雜的。在進行實際的計算中，對于那些參與到組合的振型數需要多多進行選擇。我們通過計算，能夠知道哪一部分是薄弱環節，再運用能力分配的特點，進行具體的研究。改善薄弱環節的性能狀態。
3.2對轉換層上下部機構的優化設計
在對轉換層的上下剛度的傳遞和放縱，會對剪力墻存在影響。如果要實現不同結構形式的內里，首先需要考慮的是剛度的突變。還需要合理選擇轉換層上下部結構的剛度。如果剪力墻的轉換剛度太大，不僅不能增大對地震的反應以及豎向的剛度，還會增加材料的使用。這從經濟層面來考慮是極其不合理的。
4 結束語
在進行高層建筑的剪力墻的設計和使用時，需要考慮架構的抗側剛度以及外觀的狀況，還要實現造價的降低，這都是高層建筑設計相關人員需要重視的。我們對高層建筑剪力墻的結構進行分析。提出優化的具體的解決策略，希望能夠對高層建筑有以一定的指導意義。
參考文獻：
[1]裴亞亞.劉偉.張景坤.地震方向對角部開洞高層剪力墻結構的影響[J].山西建筑,2011(7)
[2]郭兆偉.高層框架剪力墻結構抗震設計的技術要點分析[J].建材技術與應用 ,2011(1)
[3]徐煌彪.婁克勇.南昌"玉河明珠"22#樓工程上部結構優化設計[J].有色冶金設計與研究,2005(2)
