高层建筑结构优化设计精选(九篇)

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第1篇：高层建筑结构优化设计范文

关键词：高层建筑；结构优化；设计；分析

中图分类号：TU208文献标识码： A

引言

随着国民经济的快速发展，加上科学技术的不断进步，我国高层建筑行业取得了重大的突破。越来越多的高层建筑对我们的设计提出了新的课题，节约成本降低造价成为开发商必谈的话题，因此结构优化成为我们设计师面临的新课题，高层建筑结构设计是否合理，不仅仅影响到高层建筑安全性，而且还直接影响到高层建筑的工程造价。本文主要研究高层建筑结构设计原则，探讨高层建筑结构设计问题与策略，为设计单位在高层建筑结构设计方面的进一步开展提供借鉴。

1、高层建筑的结构设计原则

1.1、确定合理基础方案

针对高层建筑而言，基础设计，主要根据高层建筑的地质条件决定，确定合理、科学的基础设计，结构设计人员必须掌握高层建筑的荷载分布、选择正确的结构类型，确定具体施工方案，对建筑工程的各类条件进行综合分析后，方可确定合理基础方案。

1.2、确定合理计算模型

针对高层建筑结构而言，计算模型应传力明确，抗震体系合理，若计算模型不合理，极易导致结构设计不合理，进而导致一些不必要的安全问题。所以，高层建筑结构设计必须在满足安全基础上，确定合理计算模型。

1.3、确定合理计算工具

随着信息化技术的不断发展，计算机技术在建筑结构设计中被广泛运用，信息技术为高层建筑设计提供越来越多不可估量的作用，各种计算软件层出不穷。所以，建筑结构设计人员，必须全面掌握计算软件优缺点，熟悉使用条件、使用范围，确定合理的计算工具。

1.4、确定合理的构造措施

针对高层建筑结构而言，结构设计满足符合“强柱弱梁、强剪弱弯、强压弱拉”的设计原则，确保薄弱部位的强硬，合理确定钢筋锚固长度，提高构建延性性能。

2、高层建筑结构设计的控制因素

2.1、风荷载

高层建筑和超高层建筑的设计中，对风荷载的严格控制是至关重要的，特别是对于超高层建筑。例如：高度超过百米的高层建筑，风荷载的设计除了按照当地有关规定外，还必须由专业的风洞试验室进行风荷载的试验研究，以探求该高层建筑准确的受力状况。

2.2、地震力

目前，地震区的建筑设计与施工都必须考虑地震力的影响，正确选择高层建筑的抗震等级，合理的采用构造措施，对于高层和超高层建筑来说非常重要。

2.3、地基基础

地基是高层建筑设计首先要解决的问题，地基的天然条件决定了高层建筑运用何种方式进行地基处理。例如，山东菏泽属于中软弱地基，地基条件较差，在小高层建筑中多数采用复合地基，高层建筑多数采用桩基；而新加坡来福士城的高楼群，则由于地下地质条件好，在进行地基设计时采用了筏性基础。以上实例都是地基单一设计型的案例，但是在很多时候，需要根据当地的地基条件采用不同的基础方案，把这些基础方案进行比较和结合，选择一个安全可靠、经济合理的组合方案运用到地基建设中。

3、高层建筑结构优化探讨

3.1、将概念设计和细部结构设计进行优化

所谓概念设计实际上也就是指一些没有具体的数值来进行量化的指标，包括地震裂度以及其本身的不确定性等，因此在进行设计计算的时候难免会和现实产生较大的差别，正是在这样一种背景下我们才需要在对这样一种指标进行设计和确定时选择使用概念设计的方法，将数值仅仅只是作为辅助或者是参考的依据来进行。在这样一种设计的过程当中更为强调的就是设计人员本身的灵活性以及应用结构设计优化方法的能力，这样良好的结合才能够真正实现效果上的最优化。因为细节是构成整体的单位，所以对各种设计细节的严格管理，也就可以实现整体的功能的有效发挥，因此，在建筑结构设计的施工过程中，应该重视对建筑细节的处理。

3.2、将抗震构造以及框架梁设计进行优化

为了进一步提高城市高层建筑结构设计的安全性以及稳定性，建筑结构设计单位在高层建筑结构设计方面做出了重大的努力，取得了重大的突破，高层建筑结构安全性以及稳定性水平得到进一步提升。但是由于我国的建筑物抗震标准较低，在抗震与构造方面，很难处理好结构设计与抗震烈度之间的关系。为此，在实际的高层建筑抗震与构造设计中，抗震与构造设计需要有一定的弹性，这样才可以满足高层建筑结构设计安全性以及稳定性要求。举例来讲，中震烈度的重现期是475年，被超越率是10%;大震的重现期约为2000年，被超越率是2%。我国建筑构造规定的安全度及抗震计算方法也相对较低，且在轴压比、配筋率以及梁柱承载力匹配程度等抗震延性的相关规定也不够严格。结构设计造价在建筑整体投资之中比例的减少也应给予重视，尤其是在高烈度区域应有严格的抗震方法以及构造措施来保证建筑物结构的稳定性与安全性。另一方面，在实际的高层建筑结构设计过程中还需要进一步解决与框架柱和剪力墙相连的框架梁设计问题。就高层建筑结构的截面设计而言，竖向变形差过大通常会导致与框架柱和剪力墙相连的框架梁出现超筋现象，进而影响到框架梁截面设计。

框架梁端部竖向变形差所引起的剪力和固端弯矩的计算函数式如下:

其中，MAB/MBA为框架梁固端弯矩;QAB/QBA为框架梁端剪力;Δ为框架梁端部竖向变形差;Ib为框架梁截面惯性矩;I为框架梁计算长度。

3.3、对建筑结构中抗侧力体系进行优化

现代高层以及超高层建筑的安全性可靠性保证通常会受到结构的抗侧力体系影响，合理的抗侧力体系能够保证其安全性。因此在对建筑结构的抗侧力系统选择时应当注意：

3.3.1、建筑的高度是结构体系选择的主要影响因素，通过结合实践可以总结如下规律：对于建筑高度同结构的抗侧力体系选择，当建筑物高度小于100米时，通常采用框架结构、框架-剪力墙结构、剪力墙结构作为抗侧力体系；当建筑物高于100米低于200米时，通常采用剪力墙结构、框架-核心筒结构作为抗侧力体系；而当建筑物高度在200-300米之间时，通常采用框架-核心筒结构、框架-核心筒-伸臂结构作为建筑物的抗侧力体系；建筑物高度在300米-400米之间时，框架-核心筒-伸臂结构以及筒中筒结构是常见的抗侧力体系；而建筑高度高于400米低于600米时常用的结构抗侧力系统为，筒中筒-伸臂结构，巨型框架/桁架/斜撑结构、组合体结构。

3.3.2、在建筑的设计上，应尽可能地确保结构抗侧力构件相互联结、组合为一个整体。

3.3.3、对于建筑中采用了多重抗侧力结构体系的具体实际情况时，应综合分析每种结构体系在建筑设计中的效用，对各自的贡献度有合理的估计和评判。

4、结语

建筑是凝固的艺术，建筑师总是希望通过建筑物表达自己的设计意图，力求艺术性和实用性的完美结合。结构师在保证安全性的前提下，当然应该敢于挑战新的结构形式，使建筑师的意图得以实现。在建筑结构设计的过程中，在基本满足建筑师设计意图的基础上，平面布置应尽量规则，对称，尽量缩小质量中心和刚度中心的差异；使建筑物在水平荷载作用下不致产生太大的扭转效应。竖向布置上，在满足功能要求的前提下，尽量使竖向承重构件上下贯通；能不使用转换层的就应避免使用，以减小结构分析和设计上的困难，另外也不经济，还容易造成应力集中；竖向刚度最好不要突变，而要渐变，否则突变处在水平荷载作用下会出现严重的应力集中现象，这对结构抵抗水平动力荷载是十分不利的。

参考文献：

[1]陈耀.高层建筑剪力墙结构优化设计分析探讨[J].福建建材,2011,04:36-37+39.

[2]邵永玻.高层建筑混凝土结构优化设计的探讨[J].门窗,2012,07:151+160.

第2篇：高层建筑结构优化设计范文

关键词:高层建筑；框架―剪力墙；剪力墙；结构设计

随着我国国民经济不断发展,对高层建筑的需求愈来愈大,且高层建筑体型日趋复杂。城市高层建筑的结构设计大多采用框架―剪力墙结构体系,这种体系由钢筋混凝土框架和钢筋混凝土剪力墙两部分组成,框架的梁柱为刚接,框架与剪力墙可为刚接,也可为铰接。高层建筑体型日趋复杂,各种不同功能的用房综合在一起,组成形态各异摩肩接踵的高层建筑,给结构设计增加了一定的难度,而框架―剪力墙结构体系具有灵活组成使用空间的优点,比较容易满足建筑物的使用要求,而且框架―剪力墙结构体系有较高的承载力,较好的延性和整体性,并且有很强的吸收地震力的能力,从而大大减小了结构本身的侧移,因此在实际工程中得到广泛的应用。本文将着重探讨影响剪力墙用量的因素,提出了如何确定剪力墙合理用量的建议,可供设计中参考采用。同时,讨论了在竖向荷载作用下框架―剪力墙结构的水平作用效应问题。

1框架―剪力墙结构的受力特性

框架结构的变形特性具有剪切型的特点,位移越往上增大越慢,呈内收形开口曲线,其变形曲线为剪切型(见图1),在纯框架结构中,所有框架的变形曲线都是类似的,所以,水平力按各框架的抗推刚度D比例分配。剪力墙结构的位移曲线具有悬臂弯曲梁的特征,位移越往上增大越快,呈外弯形开口曲线(见图2)。在平面内有很大的抗弯曲刚度,在一般剪力墙结构中,所有抗侧力构件剪力墙的侧移曲线都是类似的,水平力在各片剪力墙之间按其等效刚度EI比例分配。而在框架―剪力墙结构中,框架和剪力墙之间通过平面内刚度无限大的楼盖连接在一起共同抵抗水平力,以至于它们不能单独按各自的弯曲变形或剪切变形而自由变形,它们在同一楼层的位移必须相等(在不考虑扭转的情况下)。因此,框―剪结构水平位移特征处于框架和剪力墙之间,为反S形曲线,是弯剪型(见图3)。

因此,在框―剪结构中,剪力墙在下部楼层变形小,承担了近80%以上的水平剪力,而在上部楼层,框架变形小,可以协助剪力墙工作,抵挡剪力墙的外拉变形,从而承受很大的水平剪力。所以,框―剪结构是框架和剪力墙两种结构水平变形的有机协调从而达到减少结构变形,增强结构侧向刚度,提高结构抗震能力的目的,在结构设计中具有很强的适用性。

框―剪结构中框架、剪力墙的受力特性可以用结构刚度特性值λ,即框架刚度与剪力墙刚度的比值来表达。若忽略连梁约束和轴向变形的影响,有:

其中,H为建筑总高度;Cf为框架平均总刚度;EIw为剪力墙折算总抗侧刚度。

工程实践表明:

1)λ过小,即框架的总剪力刚度与剪力墙弯曲刚度的比值很小,结构变形曲线呈弯剪型,也就是说剪力墙用量过多,此时,结构刚度增大,自振周期缩短,地震力相应增加,结构延性降低,尤其对框架顶部几层极为不利。一般来说,剪力墙数量增多对抗震有利,但超过必要限度也是不合理和不经济的,为了使框架充分发挥作用,剪力墙刚度不宜过大,应使λ≥1.15。

2)λ过大,即框架的总剪力刚度与剪力墙弯曲刚度的比值很大,结构变形曲线呈剪弯型,也就是说剪力墙用量过少,结构刚度较差,常不满足变形要求,同时,框架受力过大,梁柱截面尺寸加大,导致不经济,因此,剪力墙刚度不能过小,应使λ≤2.4。

2影响剪力墙数量的因素

1)剪力墙的用量与框―剪结构的平面布置有关。剪力墙是框―剪结构中主要抗侧力构件,一般按照“均匀、对称、分散、周边”的原则布置。

2)剪力墙的用量与结构自振周期密切相关,结构自振周期随剪力墙刚度增大而变短,对于比较正常的框―剪结构,结构自振周期大致为:

其中,T1,T2T3别为结构第1,2,3自振周期;n为建筑物总层数。

3)剪力墙用量与结构地震力大小直接相关。结构总水平地震作用随剪力墙刚度的增大而加大,对于截面尺寸、结构布置都比较正常的结构,其底部剪力大约在下述范围内:

7度Ⅱ类场地土:Fek≈(0.015-0.03)G(5)

8度Ⅱ类场地土:Fek≈(0.03-0.06)G(6)

其中,Fek为结构底部地震剪力标准值;G为结构总重量。

当结构底部剪力小于上述数值时,宜适当增加剪力墙用量,提高结构刚度,适当增大地震力以保证安全;反之,地震力过大,宜适当减少剪力墙用量,以求得合适的经济技术指标。

4)在确定剪力墙用量时,必须考虑框架刚度。框―剪结构中,框架和剪力墙是通过平面内刚度无限大的楼盖来共同作用的,由于楼盖在水平力作用下会有一定的变形,使刚度较小的框架承受的实际水平力较计算值大。此外,框架是框―剪结构抵抗地震力的第二道防线,有必要提高其设计地震力,结构设计时,应有必要的强度储备。因此,在地震力作用下,要求框架剪力:

其中,为全部框架柱的总剪力;为结构的底部剪力;

为框架柱的最大楼层剪力。

当 时,说明框架抗剪刚度不足,应加大框架梁柱截面。当 时,说明框架抗剪刚度过大,宜减少框架梁柱截面。

3剪力墙合理数量的确定

根据框―剪结构刚度特征值有:

其中,为剪力墙总刚度;为框架柱总刚度;n为建筑物总层数;h为建筑物层高;α为框架节点转动系数,底层柱α=(0.5+i)/(2+i),i为框架节点梁柱线刚度比。

建筑平面确定后,根据构件刚度、强度和柱最大轴压比限值要求,通过预估楼面荷载从而确定梁柱截面尺寸。因此,框架柱总刚度 、框架节点转动系数α便可算得。根据框―剪结构的受力特性,要求1.15≤λ≤2.4。这样,把上述数据代入公式,便可求得所需剪力墙的总刚度 ,从而求得剪力墙的合理用量。

4框架―剪力墙结构的水平作用效应问题

在高层建筑结构设计中,随着建筑物高度的增加,竖向荷载的作用逐渐退居次要地位,而水平荷载作用则上升为主要的控制地位。工程实践发现,框架在竖向荷载作用下产生的最大层剪力数值较大,水平位移值也较大。因此,在框―剪结构设计中,竖向荷载作用下的水平作用效应也应予综合考虑。

1)应尽量减少竖向荷载的偏心作用对结构产生的不利影响。由于框架的轴向变形引起的水平位移与剪力墙弯曲变形引起的水平位移不一致,使框架和剪力墙之间存在着相互作用的水平力,从受力的角度分析,若忽略了竖向荷载所引起的框架与剪力墙间的水平力变化,对剪力墙来说是偏于安全的,而对于框架来说是偏于不安全的。

2)结构计算时,不同的加载模式对结构内力有一定的影响。因此,设计时应根据加载情况对构件截面及内力予以调整。

5结论

1)在框架―剪力墙结构设计中,剪力墙刚度的确定除了必须满足强度条件外,还必须使结构具有一定的侧向刚度。因此,剪力墙刚度的大小将直接影响到结构的安全性及工程造价。在框―剪结构初步设计阶段,简捷、正确地确定框剪结构中剪力墙最优数量,不但可避免重复、繁琐的结构刚度调整计算,还可以达到经济的目标。

第3篇：高层建筑结构优化设计范文

【关键词】高层建筑；混凝土结构；优化设计

随着国内社会经济的高速发展，以及人们物质生活水平的不断提高，越来越多的高层建筑被建设于各地。我国在上世纪90年代开始大规模建设高层建筑，随着工程数量的不断增多，已经积累了较多设计和施工工艺、技术、管理方面的经验，但是与建筑行业先进国家相比，国内在高层建筑混凝土结构设计方面尚存在一定的差距。针对各种现实问题，必须加强对于高层建筑混凝土结构设计的深入研究，以促进设计方案的不断优化，满足工程项目建设的实际需求。

1 高层建筑混凝土结构设计的基本要求

在高层建筑混凝土结构的设计中，必须注重其规则性，尽量避免选用不规则的建筑结构体系，以保障建筑的安全性、稳定性与抗震性。高层建筑混凝土结构的规则性必须符合以下基本要求：1)必须具有较强的承载能力与变形能力；2)避免因内部结构或构件的破坏，而导致建筑结构整体的风荷载、重力荷载、抗震等作用能力丧失；3)对于结构中较为薄弱的部分，应采取有效的加固措施。可能出现的薄弱的部位，应该采取有效措施给予加强。

在高层建筑混凝土结构的平面布置中，要注重首立面与竖向剖面的规则性，尤其是结构的侧向刚度必须保持均匀变化，竖向抗侧力构件截面的尺寸、材料强度应“自下而上”逐渐的减小，以避免抗侧力结构出现侧向刚度、承载力突变的现象。在高层建筑混凝土结构的平面布置中，必须满足以下要求：1)受力明确、传力直接，有利于抵抗建筑内外部的水平与竖向荷载，平面布置应尽量均匀对称，以减少扭转造成的不理影响；2)在地震作用下，建筑结构的平面布置要力求简单、规则，在风力作用下，则可适当放宽平面布置的要求；3)对于防震性能要求较高的高层建筑，应注重平面形状的简单、对称与规则，以减少地震灾害造成的影响；4)在高层建筑的独立结构单元中，必须保证结构平面形状的简单与规则，刚度、承载力要分布均匀；5)尽量避免严重不规则的平面布置形式。

2 高层建筑混凝土结构优化的具体方法

2.1 高强砼与高强钢筋的合理使用

在高层建筑混凝土结构的优化设计中，高强砼与高强钢筋的合理使用是关键的设计项目之一，直接关系到工程项目的总体造价、施工费用，以及建筑的整体性能与使用年限等。如果高层建筑工程的地基荷载较大，在设计中要合理优化高强砼、高强钢筋等构件的截面尺寸，以达到减轻结构自重的目的，并且降低基础施工的技术难度。对于抗震性能要求较高的高层建筑，建筑自重与地震作用的大小基本成正比，减轻建筑的自重可以有效减小结构的地震荷载，有利于提高建筑结构的整体安全度。另外，在高层建筑混凝土结构的设计中，高强砼和高强钢筋的合理使用，还可以有效、快速的减少柱、墙、板、梁等构件的截面尺寸，减少用钢量，在满足建筑设计要求的前提下，有效降低了工程项目的总体造价。

2.2 剪力墙的平面布置

在高层建筑混凝土结构的优化设计中，剪力墙的平面布置需要注意以下问题：1)在满足建筑使用功能的前提下，在建筑结构的平面布置中，剪力墙因尽量沿结构周边均匀，且相对集中的布置。在建筑中的电梯间、楼梯间，以及平面形状变化、恒载较大的位置比较适合布置剪力墙，但是要注意剪力墙的间距不宜过大；2)在剪力墙的平面布置中，尽量沿主轴或其他方向进行双向布置，具有抗震作用的剪力墙结构要尽量避免单向有墙的布置形式；3)剪力墙的墙肢截面要尽量简单与规则，侧向刚度也要经过周密的计算，严格进行控制；4)在混凝土结构设计中，要尽量减少短肢剪力墙的平面布置数量，避免全部采用短肢剪力墙的结构形式。

2.3 混凝土结构的干缩变形控制

在国家颁布相关高层建筑结构设计标准中明确指出：建筑室内现浇框架结构的伸缩缝间距，必须控制在55mm以下，而现浇剪力墙结构的伸缩缝间距则要控制在45mm以下。在室外环境中，混凝土结构的伸缩缝更加要注意严格控制，其具体设计要求如下：1）干缩裂缝：在现浇混凝土的凝固硬化过程中，经常会出现不同程度的收缩应力，而建筑结构中则会出现规则或不规则的干缩裂缝，建筑结构形式越长，干缩裂缝也越大，所以，在混凝土结构的设计中，必须严格控制结构形式的长度；2）结构控制：为了有效解决高层建筑混凝土结构的干缩变形问题，可以采取合理分布混凝土后浇带的设计方案，即将大楼板的面积划分为若干小区格，按照顺序进行小区格的混凝土浇筑，待小区格内的混凝土干缩变形完全结束后，对于区格之间的预留区域进行混凝土浇筑，以有效解决混凝土结构的干缩变形问题。

2.4 女儿墙的优化设计

在高层建筑中，屋面女儿墙的作用是不容忽视的，其对于浇筑整体效果的影响也较大。尤其是在屋面高大女儿墙的设计中，由于难以直接参与高层建筑主体结构的研究，所以，必须进行严格、周密的计算，以得出准确的女儿墙自重。如果女儿墙的高度较低即可达到相关要求，对于建筑结构安全的影响较小。如果在女儿墙高度上升的过程中，地震荷载、风荷载效应的变化较为明显，则有可能不同程度的影响到建筑结构的安全。在女儿墙较高的情况下，必须从采用科学的方法和专业的软件计算出女儿墙承受的水平荷载，而对于配筋的计算则要借鉴支承于屋顶的悬臂板，并且运用双层钢筋。屋面女儿墙与高层建筑主体结构之间的关联较大，与屋面女儿墙相连接的框架梁或墙必须满足相应的强度要求

3 高层建筑混凝土结构优化设计中应注意的问题

3.1 在高层建筑混凝土结构的优化设计中，必须在注重各种先进工艺、技术、材料的合理应用，在满足建筑美观与实用的前提下，应尽量保证建筑结构与平面布置的简单、规则与均匀。为了保证高层建筑结构体系的刚度与承载力分布合理，应避免在结构设计中出现局部削弱、变薄等现象，以免造成因局部压力过大，而造成建筑结构的应力集中、塑性变形集中等问题。

3.2 在高层建筑混凝土结构的优化设计中，进行结构内力重分布与延性设计时，延性结构的构件必须相应的转动能力，进而满足塑性内力的重分布要求。利用塑性铰区域的合理变形，可以有效吸收和耗散地震中产生的荷载能量，对于提高高层建筑的抗震性十分有利。如果高层建筑混凝结构中采用梁型侧移机构，在梁中塑性铰将首先出现，在建筑部分或全部梁端出现塑性铰时，其整体结构仍然可以继续承受较大的外界荷载。

总之，随着国内高层建筑混凝土结构设计经验的不断丰富，在其优化设计过程中可以借鉴的经验不断增多，而各项设计工作的有序开展提供了便利条件。另外，为了满足高层建筑混凝土结构在形式、材料与力学等方面的设计要求，必须加强设计方法与手段的不断优化，以提高建筑的整体品质。

参考文献：

[1]陈阳显.浅析高层建筑中混凝土结构的优化设计[J].价值工程，2010，（27）.

[2]林和.高层建筑中混凝土结构裂缝成因与控制措施的探讨[J].经营管理者，2010，(13).

[3]董良凤.浅谈高层建筑混凝土结构的优化设计[J].福建建筑，2010，（01）.

第4篇：高层建筑结构优化设计范文

关键词:高层住宅，结构优化设计，耐久性，舒适性，经济性

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

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

目前，从现在建筑发展形势上来看，高层建筑在所占建筑类型中的比例是越来越大。理论上来讲，当土地的面积基本都固定，而当今社会人口的增长速度也过快，这样就必然要求人类的居住位置纵向发展。从现在的建筑水平来讲，建筑高层或超高层住宅是今后整个建筑行业的重点。而近年来，随着中国经济的发展，高层建筑如雨后春笋般遍布全国各地。所以，高层建筑结构优化设计的重要性就显得越来越重要。所谓结构优化设计，就是指工程结构在满足约束条件下按预定目标求出最优方案的设计方法。如何做好结构优化: 首先，要选择合理的结构方案，其决定了整个设计的好坏成败。因为对同一个建筑设计方案而言，结构设计不是唯一的，不同方案会使工程质量和工程造价产生很大差别。其次，进行正确的结构计算，一体化计算机结构设计程序的应用和完善，帮助结构工程师能越来越轻松的进行计算分析，使得结构设计更加经济和合理。再次，要提高材料的利用率，因为结构设计的目的就是花尽可能少的钱，做最安全适用建筑，这就要求结构设计时对材料选用要合理，利用要充分。还有，要正确合理的运用和理解《规范》，其是我们设计中必须遵循的标准，是国家技术经济政策，科技水平以及工程实践经验的总结。

1 高层住宅结构设计的基本要求

1) 满足耐久性和安全性要求。住宅实行商品化后，应为住户的耐用消费品，使用寿命长是区别其他消费品的最大特点。因此，结构耐久性和安全性是住宅结构设计最基本的要求。结构体系的选择以及材料的选用，都应有利于抗风抗震，以及使用寿命期间改造维修的可能性。

2) 满足舒适性的要求。住宅建筑设计应为住户起居舒适性的要求提供条件，例如，多种户型要灵活分隔室内的空间，人居的热光声的环境等要求，给居住的人创造一个舒适的环境。结构方案还应该考虑到住户在日后改变分隔的空间的可能性，当采用剪力墙结构的时候，宜采用大开间的布置。

3) 满足经济性的要求。结构设计时应根据房屋的建造地点、层数多少、平立面体形，在满足耐久性、安全性和舒适性要求的前提下采用经济又合理的结构体系，在构件设计中应该精打细算，要严格执行规范构造要求，注意避免不必要的铺张浪费。尤其是在地基基础设计中更要注意此方案的经济比较，因为地基基础的设计方案是否合理对房屋造价非常重要。

2 高层建筑中的优化设计方案

1) 房屋结构周期性折减系数。房屋框架结构和顶盖等结构设计中，因为填充墙体存在使结构实际表现刚度大于设计计算刚度，计算周期也会大于实际周期，所以当算出结构剪力偏小时，会使房屋的某些结构不安全，而应该对房屋结构计算周期适当的进行折减，这样能达到很好的效果，但是对于房屋框架结构，计算的周期不宜折减或折减系数取小。

2) 耐久性的优化设计。在之前大部分混凝土结构设计方案中，很多没有充分考虑到建筑结构设计耐久性，也就是保证高层建成之后，在合理使用期限内，要能满足用户正常使用要求。但是很多的设计未能达到，造成此现象的根本原因是没有充分考虑到建筑结构在使用的过程中，由于遭受条件和使用环境变化最终造成房屋结构损伤，引起房屋可靠度指数下降。对一般高层混凝土结构设计来说，低造价和省材料设计都应为满意的结构设计，但随着人们生活水平的提高和在实际工程中，有时在其他使用要求或技术指标上升为设计主要矛盾时，设计者们就要放弃对经济的单纯追求。所以当选以高层混凝土结构优化为设计的主要目的时，就应依据设计所要面对的关键性问题，分清主次，选多目标或单目标来实施优化，达到满意效果。

3) 房屋结构抗震性设计。在工程图纸设计过程中，房屋结构按抗震设防分类，房屋抗震等级可根据房屋高度、烈度以及结构类型按国家《抗震规范》确定。地震震力振型组合数据对建筑应当不考虑耦联扭转计算; 当振型数大于3 的时候，应取3 的整数倍计算，但数据不能大于建筑物层数; 当房屋层数不大于2 时，振型数则可取房屋层数。对于不规则房屋的结构，应考虑扭耦联转，对高层房屋建筑来说，振型数应取不小于9; 房屋结构层数多或房屋结构刚度突变系数大的话，振型数则应多取，例如结构中含多塔结构或顶部有小塔楼和转换层等，振型数应取不小于12 的数，但其大小仍不能大于房屋总层数3 倍，除非其含有弹性定义的楼板，而且采取总刚性分析的时候，振型数才能够取的更大。

4) 地下室的层数处理。多层房屋框架结构房屋一般都设置地下室结构。由于隔墙较少，故常采用的是板筏基础。设计计算时将上部结构与地下层数结合在一起，并在图纸中按实际的地下室的层数计算。如此一来，计算基础底板以及地基纵向荷载可一次设计完成。同时通过侧层移刚度性系数比较，可以调整和判断房屋相应嵌固位置，适当加固构造措施，保证楼板最小配筋率和厚度。当房屋结构纵向不规则时，要验算其最薄弱层。

5) 合理使用高强钢筋与高强混凝土。高层建筑的总造价一般都包括框架结构材料、施工和基础的物料费用等，其中用钢量以及构筑件截面积对房屋造价影响较大，故在建筑设计中合理使用高强混凝土与高强度钢筋可有效降低用钢量，节约建筑成本。若高层建筑设计位于厚软的地基上，那么由于坐落在地基上的荷载大，合理使用高强钢筋和高强混凝土来优化构件的截面积，减轻结构重量，将会显著降低工程造价及基础设施施工难度，取得较好经济效果。对于震区的高层楼房来说，地震力作用的大小与建筑物的自重相关，人为地减轻建筑物的自重，降低结构在地震的荷载，可提高建筑物的安全性。在设计中高效地使用高强钢筋及高强混凝土，能快速有效的缩小梁墙板柱等构件截面积，达到建筑造价目的。

6) 框架梁以及柱箍筋间距。房屋柱箍筋和框架梁等加密区的最大箍筋以及最小箍筋直径间距应该符合规定。依据规定，工程上取柱箍筋与梁的加密区最大间距为100 mm 左右，非加密区箍筋最大的间距为200 mm 左右。通常在柱箍筋和内定梁加密区间距为100 mm 左右，以此为计算依据算出加密区箍筋面积，工程师要依据规范确定肢数与箍筋直径。而在程序内定的条件下，当房屋的框架梁跨中有较大的其他荷载或次梁存在而又只有两肢箍筋情况下，非加密区箍筋间距应采取200 mm 左右，使房屋梁非加密区的配箍充足，故建议内定梁箍筋改为梁非加密区取200 mm。既可保证梁箍筋加密区抗剪切能力，同时又增加梁非加密区抗剪的承载能力，使梁强抗剪性能更加充分体现出来。总之，高层住宅建筑的最终目的是在节约成本的同时，保证建筑的安全性，适用性以及舒适性，而优化设计也是长远的话题。

参考文献:

［1］ 陈阳显． 浅析高层建筑中混凝土结构的优化设计［J］． 价值工程，2010( 27) : 89-92．

第5篇：高层建筑结构优化设计范文

关键词：高层建筑；剪力墙结构；

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;

中图分类号：[TU208.3]文献标识码：A 文章编号：

1、引言

剪力墙结构由于其自身的特点而在高层建筑中获得了非常广泛的应用，但是，随着2010年新的规范颁布，在高层建筑中剪力墙设计遇到了很多的新问题，这些问题困扰了我们工作的开展。那么如何适应新的标准、要求？这就需要我们做好高层建筑中剪力墙结构的优化设计，通过这一优化过程，我们不仅能够解决以往的问题，还能够使其获得更为广泛的应用。

2、剪力墙的概念、种类及设计原则概述

2.1剪力墙的概念

通常为了使框架结构更好的承受因荷载导致的内力以及更好的控制结构水平力，我们会将框架结构之中的梁柱使用钢筋混凝土墙板来代替，在这一过程中所采用的钢筋混凝土墙板结构就是剪力墙结构。在高层建筑中，剪力墙结构受到了广泛的应用。

2.2剪力墙种类

认识剪力墙的种类对于帮助我们优化设计意义重大，剪力墙的种类可以分为：整截面墙、整体小开洞墙、联肢墙。其中整截面墙指的是其墙面上没有洞或者有洞但是洞口相较与墙面积而言较小。一般来说，后者的洞口面积与总面积的比值要小于16%，此外，洞口长边尺寸均小于洞口净距及洞口至墙边的净距。这种整截面墙的受力性能与整体悬臂构件比较相似，它的向应力一般是按照线性分布的，所以在进行设计的过程中我们要注意把竖向的钢筋分置于墙肢的两端部位。

整体小开洞墙的洞口相对整截面墙要大些，而且其洞口是上下对齐并按照列来进行布置的，这就产生了较为清晰的墙肢与连梁，而且这种墙肢与连梁的刚度相对是比较均匀的。此外，我们可以将整体悬臂构件作为参考来认识这种剪力墙的受力性能。

联肢墙的洞口较大，超过了总面积的16%，且这些洞口按照竖向排列。它的各个墙体之间的连接是有连梁来完成的，其墙肢单独作用比较明显，在连梁的中间部位会有反弯点。

2.3、剪力墙在设计过程中应遵循的原则

剪力墙在设计过程中应遵循的原则有：首先其必须要满足位移限值与性能的双重要求，并保证安全与性价比并重；其次，在满足上一点的情况下，我们要尽可能的减少剪力墙的数量，不过要注意的是，数量上依然要满载在基本振型地震作用下，其承受的地震倾覆力矩不小于结构总地震倾覆力矩的50%；最后，其所承担的剪力要大于总剪力的20%。

3、高层建筑剪力墙的特点

高层建筑中，由于高层建筑好比一个放置在嵌固在某个开孔的巨型悬臂梁，这就使得其不仅要保持稳定，还要做好风载的承受工作，这样才能保证建筑内的稳定。所以高层建筑中剪力墙截面墙肢的长度要比其厚度大很多；平面内的刚度以及承载力非常大；平面外的刚度以及承载力相较于平面内却小很多；墙肢是偏心受压构件或者偏心受拉构件；剪力墙结构中，墙作为平面构件不仅要承担者弯矩以及水平剪力，同时好会受到竖向的压力；针对地震以及风载的刚度要求以外，建立架结构还应满足在非弹性的变形反复循环下的延性以及能量耗散等要求。

此外，高层建筑中随着高度的增加，位移增加最快，弯矩次之。因此剪力墙还需要很大的康侧刚度，避免高层建筑因水平荷载导致变形过大。

4、在高层建筑中剪力墙结构设计优化的具体措施

剪力墙的设计优化可以从结构设计和结构计算两个方面进行。

其中针对高层建筑剪力墙设计方面的优化有剪力墙要沿主轴方向进行双向的设置；截肢面不宜过于复杂；针对比较长的剪力墙要进行合理的开洞口设计；控制好剪力墙平面外的弯矩；剪力墙在从上到下不过程中要避免刚性突变；做好结构分析的工作，对各种因素进行综合的分析。

而针对高层建筑剪力墙结构计算方面的优化要基于以下几点：满足露出最小剪力系数的调整原则；满足楼层间最大层间的最大位移和高比值的调整原则；满足以结构扭转为主的第一自振周期Tt和平动为主的自振周期T1之比的调整原则等。

以下是在高层建筑设计中关于剪力墙设计优化的一些具体实现。

（1）针对刚度、独立小墙肢的优化

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》的规定要求，我们要严格做好墙肢轴压比以及配筋等的限制工作。在具体的设计中，我们可以通过合并洞口等方式来减少独立小墙肢，或者可以通过对剪力墙的合理布置使其变为墙体的翼缘，这样可以有效地改善其受力状态。

（2）高层建筑中转换层结构的设计的优化

建筑物某楼层的上部与下部因平面使用功能不同，该楼层上部与下部采用不同结构（设备）类型，并通过该楼层进行结构（设备）转换，则该楼层称为结构（设备）转换层。目前的高层建筑多为低层商用，上部住宿的多功能要求,在低层商用要求的大空间与上部住宿要求的多墙多柱的小空间之间，往往需要加设转换层进行转换处理。

由于高层建筑转换层的特点导致了我们在对其进行上下衔接的时候务必要处理好内力的传递，这就使得其结构较为复杂，需要我们在剪力墙结构优化设计的时候认真对待。

（3）对于剪力墙连梁设计的优化

在高层建筑中，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》规定，针对连梁高跨比的不同，其截面受剪承受力也会有所不同。因此，我们设计中要对连梁做出塑性的调幅，达到减小低剪力设计值的目的。在设计中我们可以使用两种方法来实现：在计算内力之前先折减连梁的刚度；在计算以后把连梁弯矩与剪力的组合值和折减系数进行相乘。不论哪种方法，我们都要保证剪力值不小于使用值，否则在地震时容易出现裂缝。

（4）对底部加强部位设计的优化

在高层建筑的剪力墙结构中，底部加强部位的高度可以选取嵌固部位以上墙肢总高度的1/10和底部两层高度二者的较大值；底部带转换层的高层建筑结构，其剪力墙底部加强部位的高度可取框支层加上框支层以上2层的高度及墙肢总高度的1/10二者的较大值。

5、结语

剪力墙结构的优化设计在高层建筑中起着非常重要的作用，我们在施工设计中应根据具体的要求，选择最合适的优化，这样才能有效地保证我们工作的开展。不过高层建筑中剪力墙结构的要求相比传统建筑要高的多，加之新的规范与标准，这些都会给我们的设计工作提出新的问题与挑战。所以，我们在剪力墙结构的优化设计中要多思考、多总结，不断学习先进的经验来充实自身，通过这些手段，我相信在不远的将来我们的设计水平必将上升到一个新的档次。

参考文献

[1]郭猛;姚谦峰;;地震作用下框架-复合墙结构弹塑性内力计算[J];北京交通大学学报;2010年04期.

[2]李建红;;钢筋混凝土结构的弹塑性动力时程分析研究[J];河南城建学院学报;2010年05期.

[3]陈小英;陈明政;黄林青;;《高层建筑结构设计》课程教学内容的探讨[J];重庆科技学院学报(社会科学版);2009年06期

[4]缪志伟;陆新征;王载;黄盛楠;叶列平;;某钢框架偏心核心筒弹塑性分析[J];四川建筑科学研究;2008年03期.

[5]刘喜平;;高层框—筒结构中加强层对上部伸臂内力和下部结构沉降性能的影响[J];四川建筑科学研究;2009年06期.

[6]慕欣;吴秀红;;某框剪结构的弹性时程分析[J];安徽水利水电职业技术学院学报;2010年01期.

第6篇：高层建筑结构优化设计范文

关键词：高层建筑 剪力墙 结构上设计 优化

中图分类号： TU97 文献标识码： A

前言：在经济社会飞速发展的今天，人们越来越关注居住空间，对它的要求也越来越高。60年代出现剪力墙结构，以其刚度大，能有效地减少侧移，且具有较好的抗震性能的有点，受到建筑业内人士的广泛关注。

1. 剪力墙的相关介绍。

1.1剪力墙的概念。剪力墙结构是用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱，能承担各类荷载引起的内力，并能有效控制结构的水平力，这种用钢筋混凝土墙板来承受竖向和水平力的结构称为剪力墙结构。它由空间结构是由一系列纵向、横向剪力墙及梁、板等组成，纵向、横向剪力墙刚度都很大，侧移小，所以它的抗震及抗风性能都较强，比较适合高大的建筑物。因此，在高层剪力墙结构设计中，不仅要发挥这种结构体系的优点，而且要改进其工程费用较高的缺点，降低高层建筑剪力墙结构的造价和材料消耗量。剪力墙的优点有很多，例如：墙肢长度远大于厚度、平面内刚度大，承载力强、平面外刚度小，承载力弱等。另外，室内较框架结构简洁，没有露梁、露柱现象，外形美观，便于室内布置。但它也存在一些缺点：剪力墙结构抗侧刚度大，会引起较大的地震反应，使得上部结构和基础费用增加；混凝土墙体比较重而且应用较多，不仅造成浪费，还容易引起较大的地震反应；剪力墙墙体中轴压低，墙肢承载力发挥不足；剪力墙结构中墙体多为构造配筋，结构延性较差。

1.2剪力墙的分类及设计原则。剪力墙的分类：整截面墙、整体小开洞墙、联肢墙等几类。下面就简单介绍一下这几种剪力墙。整截面墙，就是墙面上不开洞或开很小的洞，受力性能类似整体的悬臂构件，设计时应尽量将竖向钢筋分布在墙肢两端。整体小开洞墙，它的受力性能也可按整体悬臂构件考虑，这种墙体对墙肢的局部弯矩要求很高。联肢墙，这种墙的各墙体由连梁连接墙肢单独作用明显，连梁中部出现反弯点。剪力墙的设计原则：它的设计中要满足位移限值和充分发挥框剪结构中各抗侧力构件的作用，做到安全、经济合理的双重要求。在剪力墙的设计中要考虑数量要求，在满足在基本振型地震作用下，应尽量减少它的数量。还应该按照规范设计剪力墙框架部分的承载剪力。在地震作用或风载作用下，除了要满足非弹性变形反复循环下的延性、能量耗散和控制结构裂而不倒的要求。

2.剪力墙结构设计的优化措施。

2.1结构布置合理化。结构的布置对建筑物的抗震性能有巨大的影响，它既要考虑结构安全性又要考虑经济的条件。在平面布置上，要力求建筑物形状简单、规则、对称，这样可以是刚度和承载力分布均，以减少扭矩的影响。除此之外，还要考虑到风压的作用，尽量减少风压，利于抵抗水平作用和竖向荷载，直接、明确的传接力。在竖直布置上，应该尽量保证体型规则、均匀，不要有较大的外挑和内收，避免产生侧向刚度和承载力突变。剪力墙结构要求底部空间大，底层或底层若干层剪力墙不落地，为此，要增加其他落地墙的截面尺寸，并提高此楼层的混凝土等级，以减少刚度变化。

2.2注重转换层结构设计。现在建筑物的功能要求多样化，一栋大楼很有可能要求它的上部（中部）和下部使用功能不同，这时需要进行多种转换，还要设置转换构件，以传递内力。由于高位转换时刚度和质量较大的转换层升高，调整转换层本身及其上、下的刚度比使之接近是必要的，这要求转换层刚度、质量适中，可通过水平层力作用来检查层间位移角的均匀性。选择转换层形式时，最好选用重量小刚度小的材料。在设计时，还要进行大量的计算，通过计算我们就会知道，哪一部分才是最薄弱的，然后再通过内力分配特点的具体研究，改善薄弱部位的设计性能，最后进行适当的调整，来改善薄弱部位性能。

2.3控制结构参数。在工程设计中主要涉及以下几个主要参数：位移比、侧向刚度比、周期比、刚重比、层间位移角。先说说位移比，它是指楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移与本楼层平均值的比值，是一种扭转效应。按照规范，它应该是针对刚性楼板假定的，需要考虑偶然偏心影响的地震作用。再说说侧向刚度，它是为了控制结构的竖向规则性。主要对某楼层抗侧刚度与其上一层、相邻三层的关联叙述，还有对于结构楼层层间抗侧力结构的承载力的要求。关于周期比，它的作用主要是为控制结构扭转效应，减少扭转对结构产生的不利影响。其关键就是限制结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1的比。刚重比，这项数据是控制结构的稳定性，避免产生滑移和倾覆。最后说说层间位移角，它是指按弹性方法计算的楼层层间最大位移与层高之比。主要控制结构的侧向刚度，适宜的结构刚度不至于使地震力增大，也是考虑到经济性。

2.4优化连梁和底部设计。在连梁设计时，要对连梁进行塑性调幅，这样可以有效地降低剪力。塑性调幅的放方法主要有两种：第一种，计算内力前，把连梁刚度进行折减；第二种，内力计算后，将连梁弯矩和剪力组合值乘以折减系数。这两种方法都要求连梁调整后的弯矩、剪力设计值不应低于使用状况的值，最好也不要低于比设防烈度低一度的地震组合所得的弯矩设计值，连梁铰接的地方也要格外留意。剪力墙底部设计尤为关键，一般在设计时，底部加强部位的高度可取嵌固部位以上墙肢总高度的1/8和底部两层高度二者的较大值，加强部位可以取框支层加上框支层以上2层的高度及墙肢总高度的1/8二者的较大值。这样设计比较合理，而且对地震有很好的抵制作用。

2.5结构构件计算与配筋。在整体计算完成后，主要是对结构构件的截面优化、内力和配筋计算。对于剪力墙墙身，其中存在竖向及水平向分布钢筋，需要通过计算来确定用量。还要验算正截面抗弯承载力及斜截面抗剪承载力，在设计时要考虑水平筋与竖向筋，竖向分布筋抵抗弯矩，而水平分布筋抵抗剪力。对于边缘构件，它能有效地提高墙体的延性和抗剪能力。边缘构件分为两类，即约束边缘构件和构造边缘构件，这是因为它的结构形式和受力状况比较复杂。对于连梁，它需要和墙体协同工作，增强剪力墙的刚度和强度，正常载荷作用下，连梁有联系墙肢、且增大剪力墙刚度的作用。连梁跨度较小，梁端容易出现裂缝，为此，可以进行刚度折减，但折减后仍然可能出现正截面受弯承载力和斜截面受剪承载力不够的情况，可采取的办法就是减小连梁的高度或增加剪力墙的厚度及提高混凝土的等级。

结语：在实际进行剪力墙结构设计时，应根据具体工程的特点，进行正确的计算分析，合理设计剪力墙，保证剪力墙的安全性。熟练地掌握规范，并具有良好的结构概念，设计出兼顾安全与经济实用的优秀作品。

参考文献：

[1]严斌.建筑施工剪力墙结构设计优化探析[J].城市建设理论研究，2011（ 5）：37-38.

第7篇：高层建筑结构优化设计范文

关键词：高层建筑 结构设计 优化

中图分类号：TU318文献标识码： A

一、高层建筑结构设计的特点

高层建筑结构设计与低层、多层建筑结构相比较，结构设计占有更重要的位置，结构设计的质量直接关系到建筑平面的布置、立面体形、楼层高度、机电管道的设置、施工技术的要求、施工工期长短和投资造价的高低等。高层建筑结构设计具有以下特点：

1.水平力起着决定性作用。

在以往对低层和多层的结构设计中，通常都是以竖向荷载为代表，而对于高层建筑的结构设计，由其水平荷载发挥着决定性的作用，竖向荷载虽然对结构设计也具有非常重要的意义，但却不是最为关键的设计因素。因为在高层建筑结构设计中，竖向轴力与弯矩的数值与建筑高度的一次方成正比，而水平荷载对结构的倾覆力及轴力，是与建筑的两次方成正比。所以水平荷载具有决定性作用。因此，我们不难得出结论，在高层建筑结构越来越高、体积越来越大的发展趋势下，水平荷载的因素要予以重点考虑，这是维护高层建筑结构稳定性的需要，同时也是设计高层建筑结构的必然要求。

2.侧移。在高层建筑结构设计中，随着高度的不断增加，则会导致水平荷载下结构的侧向变形不断的增大，其与建筑高度的4 次方成正比，在这种情况下，结构侧移则成为高层结构设计中关键的因素。

3.轴向变形

在高层建筑复杂化的趋势下，轴向变形的因素变得越来越重要，特别是在高层建筑高度升高的情况下，竖向的荷载会大幅度增加，进而引起高层建筑结构中柱体会出现轴向形变，从而在高层建筑结构的连续梁上出现弯矩的影响，最终会影响到高层建筑结构的稳定性，因此在高层建筑结构设计中要对轴向变形予以重视。

二、高层建筑结构优化设计案例分析

1 工程概况

某项目建筑面积为33819.0m2，地下2 层为停车库，地上1~3 层为商业，4~30 层为住宅，顶部设有出屋面电梯机房及水箱间，采用框架―剪力墙结构。抗震设防烈度8 度，设计基本地震加速度为0.20g，设计地震分组为第一组，建筑物场地土类别为Ⅱ类，基本风压Wo=0.40kN/m2。该建筑地下室～4 层剪力墙厚度为：350mm；6 层～12 层剪力墙厚度为：300mm；13层～21 层剪力墙厚度为：250mm；22 层～屋顶剪力墙厚度为：200mm；楼、电梯间剪力墙厚均为250mm 和160mm。基础型式为桩和承合基础。采用中国建筑科学研究院PKPM 系列软件进行上部结构和基础的计算。

2 结构体系选型

建筑物结构形式的选择对建筑的使用功能、结构可靠性、建筑的抗震性能、工程造价等具有很大影响。因而在结构设计中体系选型显得十分重要。剪力墙结构是一种由钢筋混凝土墙体作为抗侧力单元，同时承担竖向荷载和地震作用的一种结构体系；它刚度大，空间整体性好，用钢量较省；可以很好地适应墙体较多、房间面积不大的特点，故在高层住宅中应用极为普遍。但剪力墙结构墙体较多，不能布置商店和公共设施等面积较大的房间。框支剪力墙结构是一种将部分底层或部分层的剪力墙取消，代之以框架的结构体系；其主要是为了满足在底层布置门厅、餐厅、会议室等大面积公共用房的要求，以及在住宅楼底层布置商店和公共设施的要求。但框支剪力墙结构，底层柱的刚度小，上部剪力墙刚度大，形成上下刚度突变，在地震作用下底层柱会产生很大内力及塑性变形，对结构抗震性能极为不利；并且其转换层的混凝土和钢筋用量一般都很大，其工程造价很不经济。因此，在地震区不宜采用框支剪力墙结构。框架-剪力墙结构是在框架结构中布置一定数量的剪力墙，可以组成框架-剪力墙结构的一种结构体系，这种结构既有框架结构布置灵活、使用方便的特点，又有较大的刚度和较强的抗震能力，因而广泛地应用于高层建筑中的办公楼和旅馆等。本工程针对其具体情况，做多方案比较，最终确定了框架-剪力墙结构体系；既能满足了上部住宅楼、底部商业用房的建筑使用功能要求，又能满足建筑物在高烈度区的安全可靠性，同时这种结构形式也是较为经济合理的，可有效的控制工程造价。

3 基础及地基处理的设计

高层建筑基础的合理选型与设计是整个结构设计中的一个极其重要和非常关键的部分。基础的工程造价在高层建筑整个工程造价中所占的比例较高，尤其在地质条件比较复杂的情况下更是如此。所以选用合理的基础形式或地基处理方式，对降低工程造价起着至关重要的作用。该工程地基承载力特征值为200kPa，天然地基不能满足设计要求，根据工程地质勘察报告，可采取钻孔灌注桩或预应力管桩。由于场地为自重湿陷性场地，湿陷等级为Ⅱ级（中等），建议首先采用素土挤密桩对湿陷性土层进行处理。考虑甲方施工工期紧的情况，经过多方经济比较，最终取消了素土挤密桩处理，而是直接采用机械旋挖成孔的钢筋混凝土灌注桩穿越湿陷性土层。根据西安当地经验，旋挖成孔技术可提高灌注桩的承载力约20~50%，这就大大节约了施工时间，并减少了素土桩施工费用，而灌注桩所增加的桩长却很小。本工程桩基承台此次采用底平，主要是为了使位于地下室的设备管线埋设在各个承台之间的空隙，而不占用建筑面层。这样可大大减小基坑的开挖深度，减小工程量，从而降低工程造价。

4 结构设计

本工程通过抗侧力构件的合理布置，在地震作用下，使结构的各项目标参数均符合规范要求的前提下，不断优化，尽量减少剪力墙的数量和厚度，使结构在X、Y 两个方向刚度基本接近，两个方向水平位移均接近规范限值，结构布置更加经济合理。从承载力方面来看，使框架、剪力墙的作用得到充分的发挥；从地震作用来看，减小了结构的侧向刚度，并因此减轻了建筑的自重，从而减小了结构的地震作用；也相应减少了基础工程的投资。本工程楼层最大位移（楼层最大值层间位移角）：X 方向地震力作用下的楼层最大值层间位移角：1/1084；Y 方向地震力作用下的楼层最大值层间位移角：1/859；满足了抗震规范与高规规定的剪力墙结构楼层最大值层间位移角限值均为：1/800 的要求。

5 材料选用

5.1 采用高强度钢筋

在满足结构设计承载力要求的前提下，选择相对造价低的钢筋方案，可以达到降低工程造价的目的。大多数设计人员一般把重点放在配筋的计算上，往往忽视钢筋种类的选择。新Ⅲ级钢筋是近年来推广使用的新型钢筋，它比普通Ⅱ级钢筋提高强度近20%，每吨价格增加不超过10%。因此新Ⅲ级钢筋的选用，在增加钢筋混凝土结构强度和建筑物安全储备的同时，还节省了用钢量。另外，钢筋的连接宜优先采用闪光对焊，且普通焊接或电渣压力焊接比搭接经济。本工程基础和梁、柱及板配筋等大部分均采用HRB400 级钢筋，HRB400 级钢筋强度设计值与HRB335 级钢筋强度设计值之比360/300=1.2；据资料统计，用强度高的HRB400 级钢筋取代强度低的HRB335 级钢筋可节约钢材约14%，这是降低钢筋用量最直接的措施。

5.2 采用轻质隔墙

本工程为减轻荷载，内隔墙采用轻质石膏板内隔墙体系，与轻质砌块隔墙相比，轻质石膏板内隔墙体系具有自重轻、干法作业，安装效率高，易于拆改、施工快捷，缩短工期的优点，近年来在高层住宅建筑中得以广泛应用。以99mm 厚的轻质石膏板隔墙为例，其重量为23kg/m2，是相同厚度砌块隔墙重量的28%，可显著节省建筑承重结构和基础费用，降低土建结构造价。

三、结语

本文讨论的该工程通过以上几个方面的优化设计，在符合现行国家规范前提下，做到安全性能可靠，减少了建筑的混凝土用量和钢筋用量，取得了较好的经济指标，达到了较佳的设计效果。

参考文献

[1]建筑抗震设计规范（GB50011-2010）[S]．北京：中国建筑工业出版社，2010.

[2]建筑结构荷载规范（GB50009-2001）[S]．北京：中国建筑工业出版社，2001.

第8篇：高层建筑结构优化设计范文

关键词：高层住宅；结构类型；剪力墙；结构优化；

随着经济的快速发展，越来越多的人定居城市，城市高层建筑的建设越来越受到重视。为了充分利用建筑空间，高层住宅的建设高度不断增加，并且对高层住宅兼顾舒适性和安全性的要求也越来越高，因此寻找提高高层住宅的安全性的方法非常重要。高层住宅剪力墙结构的设计越来越被广泛应用到高层建筑的建设中。为了符合现代建筑理念即提高高层住宅的安全性、经济性和合理性的要求，高层住宅剪力墙的结构优化设计显得非常重要。

1 高层建筑结构的类型

按照使用的材料区分，高层建筑可采用砌体结构、混凝土结构、钢结构和钢-混凝土混合结构等类型。

砌体结构虽然具有取材容易、施工简便、造价低廉等优点，但由于砌体是一种脆性材料，其抗拉、抗弯、抗剪强度均较低，抗震性能较差，现代高层建筑很少采用无筋砌体结构建造。在砌体内配置钢筋后，可大大的改善砌体的受力性能，使之用于建造地震区和非地震区的中高层建筑成为可能。

混凝土结构具有取材容易、良好的耐久性和耐火性、承载能力大，刚度好、节约钢材、降低造价、可模性好以及能浇制成各种复杂 的截面和形状等优点，现浇整体式混凝土结构还具有整体性好，经过合理设计，可获得较好的抗震性能。混凝土结构布置灵活方便，可组成各种结构受力体系，在高层建筑中得到了广泛的应用，特别是在我国和其他一些发展中国家，高层建筑主要以混凝土结构为主。钢结构具有材料强度高、截面小、自重轻、塑性和韧性好、制造简便、施工周期短、抗震性能好等优点，在高层建筑中也有着较广泛的应用。但由于高层建筑钢结构用钢量大，造价高，再加之因钢结构防火性能差，需要采取防火保护措施，增加了工程造价。钢结构的应用还受钢铁产量和造价的限制，在发达国家，高层建筑的结构类型主要以钢结构为主。近年来，随着我国国民经济的增强和钢产量的大幅度提高以及高层建筑建造高度的增加，采用钢结构的高层建筑也不断地增多。特别是对地基条件差或抗震要求高，而高度又较大的高层建筑，更适合采用钢结构。

钢-混凝土组合结构或混合结构不仅具有钢结构自重轻、截面尺寸小、施工进度快、抗震性能好等特点，同时还兼有混凝土结构刚度大、防火性能好、造价低的优点，因而被认为是一种较好的高层建筑结构形式，近年来在我国发展迅速。组合结构是将钢材放在构件内部，外部由钢筋混凝土做成（称为钢骨混凝土），或在钢管内部填 充混凝土，做成外包钢构件（称为钢管混凝土）。如北京的香格里拉饭店（24 层，高83m）采用钢骨混凝土柱，正在建设的上海环球金融中心大厦（95 层，460m）和陕西信息大厦（52层，高 189m）均采用钢骨混凝土框筒结构，深圳的赛格广场大厦（76层，高292m）采用圆钢管混凝土柱，香港中心大厦（70层，高292m）和台北国际金融中心大厦均采用方钢管混凝土柱。混合结构一般是指由钢筋混凝土或 钢骨混凝土剪力墙（或筒体）以及钢框架组成的抗侧力体系。

2 高层住宅结构设计的重要性

经济快速发展使得城市的现代化程度越来越高，城市人口的不断增加导致城市的高层住宅建筑也越来越多，居民对高层住宅的安全性要求也越来越高。高层住宅的设计需要考虑的因素包括建筑的高度、安全性、舒适性和经济性等等，并且在施工结束后的工程验收过程中的检测标准也是非常严格，高层住宅必须经过严密的检查才能投入居住。因此，建筑的结构对高层住宅的建设非常重要，而近年来，由于剪力墙能够增加高层住宅建筑的可靠性的特点，使得剪力墙结构的应用范围变得越来越广泛。

3 高层住宅剪力墙结构设计中优化措施

3.1剪力墙抗震优化设计

现代社会，人们对建筑的抗震性能意识不断提高。对于高层住宅建筑，地震所带来的危害将会更大。因此，在对高层住宅进行结构设计时，一定要考虑建筑的抗震指数。对于高层住宅剪力墙结构，可能由于本身刚度比较差，所以在发生地震时变形就会非常严重，对于地震的防御力就很低。因此，对于高层住宅剪力墙的刚度问题要进行优化设计，符合抗震的要求，保证结构合理和经济性。

3.2剪力墙结构设计优化

高层住宅建筑的设计不仅仅要求是能够达到最基本的建筑使用标准，更要注意的注重结构合理性问题。高层建筑的设计过程中需要考虑建筑层数比较多，并且在施工时要保证地基足够坚固，支撑之后将要建造的上面的楼层的重量。在设计时，既要保证剪力墙能够保证较好的抗震性，又要保证足够的刚度。对于现有的剪力墙结构中的一些缺点，比如建筑成本比较高，而且在施工时难度比较大，对于钢材的使用量也非常大，也需要被考虑在优化设计中。可能这些缺点就是因现有剪力墙的结构不合理性造成，所以在进行优化设计的过程中就要考虑到这些问题。优化设计者要充分考虑到各方面可能影响到剪力墙结构的因素，在优化设计时能够改进这些问题，争取使得优化后的剪力墙在使用过程中尽量避免出现原有的不足。优化过后的剪力墙结构需要表现出抗震性好、建造成本低、施工时比较简单、对钢材的使用量降低等优点，因此对高层住宅的剪力墙优化设计的探索具有重要意义。

3.3剪力墙位置优化

剪力墙在其设计的过程中通常为双向布置，一般沿着主轴方向或者其他的方向，此种做法可有效的提高空间工作性能，且极易实现两个方面手里的抗侧刚度接近。剪力墙的位置、数量均要得当适宜，若是剪力墙的数量太少，那么结构抗侧刚度则无法满足设计要求，但是数量过多，那么墙体的利用率则会大大降低，从而导致结构抗侧刚度过大，加大地震力和自重，无法充分满足设计要求。在设计剪力墙肢截面的时候，尽量达到规则、简单、竖直刚度均匀等要求。在对建筑进行抗震设计时，剪力墙底部则需加强部位不应采用错洞墙和叠合错洞墙，有效的避免设计过程中墙肢刚度相差悬殊的洞口。同时剪力墙必须应用从上到下的连续布置方式，避免强敌刚度突变，且对剪力墙平面外地弯矩进行控制，保证剪力墙平面外地稳定性。

3.4剪力墙厚度优化

在对剪力墙进行厚度优化设计时可完全依靠pansy软件进行设计，剪力墙结构模型利用梁单元BEAM4和壳单元SHELL63建立剪力墙结构模型，如图1，并充分的发挥ansys软件强大模态分析功能采用30阶莫泰，得到模型的30阶自振频率，从而对剪力墙的固有频率与振型进行了优化设计，优化后的各阶频率均小于优化前，这就使得整个结构变的“更柔”而且降低了工程的成本。在墙体厚度的优化设计中，设计变量为剪力墙厚度，约束条件为最大层间位移角，目标函数为混凝土用量。优化后的墙体厚度从0.25m减小到0.214m，混凝土的用量也从2544？降到了2181？。

4 结语

从现实情况来看，在我国的高层建筑住宅中，剪力墙结构已被广泛应用，其数量会根据不同的高层住宅而有所不同，所以对于高层住宅剪力墙结构优化势在必行。而在对剪力墙的优化设计中要注意，优化的目的不仅仅是为了能够降低工程造价，更要在保证安全的前提下，做到建筑的合理性，要更好的保证建筑的使用功能。因此，对于高层住宅剪力墙结构的优化要妥善考虑到建筑各方面的特点，兼顾合理性，才能发挥出结构优化的意义。

参考文献

第9篇：高层建筑结构优化设计范文

【关键字】剪力墙；优化；策略

前 言

剪力墙结构作为高层建筑中受到广泛应用的实用性极强设计结构，具有在刚度系数和承载压力上极强的优势。同时对平面内外两者的协调作用力都是具有优势的，应在施工时间和建筑材料节省中具有成本控制特点。

1.高层建筑剪力墙结构设计概述和特征

高层建筑需要有效合理科学的建筑结构设计才能满足高层建筑发展速度加快的施工复杂难度加大的特点。剪力墙是通过结合传统的钢筋混凝土为主体材料，按照一定架体结构和工程施工技术进行建造的稳定墙体结构，在对外界环境的抗震系数和建筑美观都合乎现代建筑高标准要求。剪力墙主体结构是利用上层楼板和相互上下结构的压力作用并在和相互配合墙体间进行复式重组结构进行承重搭建的，对空间合理运用是符合高层建筑用户对空间更大的需求的。

剪力墙结构的特征分析，首先在是依靠建立在传统钢筋混凝土结构中进行结构设计的，因而其具有稳定系数高和整体协调性好的优势。在对传统建筑物梁以及支撑柱体进行了代替，空间布局性相对的进行了符合现代化审美角度和建筑质量结构的改进。同时，在剪力墙的成本费用也是最低廉的，是因为大量钢筋混凝土的使用，对其他施工材料减少实用量，不需要在其他相应加大其他施工材料追加成本考虑。因而，剪力墙的特征优势明显，但缺点问题也很突出，首先剪力墙对垂直结构的支撑和抵抗性高，对水平左右拉动的抵抗性低，同时钢筋配率也少，其需要的混凝土相对大。在遇到巨大外界作用力时，其整理固态结构会产生反震作用力，引起危险系数的攀升，相对的维护成本就需要提高。其次，自身的重量系数大和钢筋配率低的客观结构属性会在工程质量监控中，相对要求就会提高，出现施工监管工作不到位就会发生重要的隐患问题，对整体高层建筑都是一个直接的威胁。

2.高层建筑剪力墙设计的问题

2.1设计方法需要改进和提高

高层建筑剪力墙结构设计需要在前提设计中应用复杂的计算机软件系统进行整体和局部的严格设计，在中后其也需要工作人员对工程进行相应的修缮和补充设计。因而，计算机软件系统对最终结构设计有重要的影响，如何提高软件系统应用能力是需要注意的。在实际计算机技术应用中，需要根据现场状况进行参数的调整和改变，也要对计算机设计人员的专业水平和建筑知识水平要求极高。同时，在面对每个建筑自身独特要求中要根据实际情况进行再设计和在调整调整阶段，丰富的计算机软件系统实操经验和应急处理经验是减少失误和降低设计细节错误的有效办法。

2.2细节结构设计瑕疵程度大

高层建筑需要具有抗侧力性能的严格要求，剪力墙具有此方面良好的效果，但在抵震性能上剪力墙需要提高配置性能，但整体会发生一定的弯曲变形的物理特征。因而如何两方面都兼顾，保障设计瑕疵细节降到最低，需要在剪力墙结构设计别注意。

3.高层建筑剪力墙优化设计方案

3.1 墙体整体结构设计方案

在对与高层建筑而言，不同的高度对剪力墙的使用效果有不同的保障要求，对与在21层以上的建筑，剪力墙不能按照传统的断肢结构设计为主要方案。要对整体墙体进行结构再设计阶段，探索如何通过现有施工条件基础上进行墙体合理科学化的改进构建。进而在传统断肢剪力墙不能更稳定应用在更高层进行调整，在对超高层建筑上要进行力学称重的准确核对和严格判定，不能按照多层建筑的要求和设计标准进行。要考虑整个墙体在面对超高层承载压力增大，稳定要求增高的程度中合理对需要的墙体厚度和位置布局设计和相应的架空格局设计都要进行设计方案的确立。对需要进行的施工费用的追加和局部的再调整都要依照降低成本费用的考虑中提高质量系数。

3.2剪力墙承载面结构优化

在剪力墙结构优化设计中，承载面一定哟啊进行优化设计，对刚硬度系数要布置均匀以及受力承载是否稳定进行考虑。在局部门窗设计是要保持对齐和对称状态，尽量在同一面保持横列。剪力墙结构的强肢和相应的构成单元才可以明确和清晰，布局和应力也更趋于合理。同时，在设计中的计算图数要一致，每个洞口的开设要考虑涉及墙体结构的稳定。避免随意开洞和破坏架构的情况发生。出现不合理的开洞处要及时进行修补和支撑体的再次构建，才能保证整体剪力墙设计的合理。

3.3 剪力墙之间要看成独立体

剪力墙是需要极强的设计方案周期才能确立施工的，不能按照统一的整体进行设计考量，要看做每个单独体进行设计考量。对每个节段要在相应的截面和整体高度进行控制和布局，避免比值数值的增大，一旦出现高度和截面的比值增大会出现剪力墙的实际效果降低，硬性降低的危险。同时在出现抗震方案设计中要对每个墙肢体机和洞体进行合理布局调整，每个局部细节的墙肢体和洞体都会对整个剪力墙构成一定影响，需要在方案设计别注意。

3.4 控制剪力墙墙体的数量和提高其配置钢筋数

剪力墙在高层建筑中相应数量的大小对于整个施工的成本和工程质量等多方面具有直接影响，大数量的剪力墙会造成空间体的减少并且整体建筑的重量增大。各结构的支撑压力会增高，高层建筑面临倒塌的风险，小数量的剪力墙造成支撑力不足，墙体裂缝的产生。如何在设计中正确把控剪力墙墙体的数量是关键。同时，大多数剪力墙都是需要配钢筋进行的，钢筋的结构延伸性能高低对与强体结构是否合理和质量稳固具有直接影响，在设计方案中要对配置钢筋数进行估算，不能出于成本考虑随意降低钢筋配置数。

3.5 墙体结构的指标数严格分析

剪力墙需要对结构中各项系数进行准确判定，需要对各项指标进行真实判定才能指导施工。要考虑相应的指标的轴压比和设计中墙体厚度和硬度要求。同时，

要保障每个墙体厚度是符合具体施工中要求的，保证性能发挥到最大程度，其中相应的厚度比值可以做参考（表1）

剪力墙抗震等级 相应部位单元 最小厚度（两者总最大值）

有端柱或者翼墙 无端柱或者翼墙

一、二等级 底部加强部位 H/16：200MM H/16：200MM

其它部位 H/20：160MM H/15：180MM

三、四等级 底部加强部位 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剪力墙设计方案需要准则相应的建筑规范要求

剪力墙在结构设计中对水平移动和垂直移动和抗震系数都要保障严格规范符合设计要求，不能凭主观意识对设计方案任意规划和制定。要对工程实践经验和丰富的建筑理论知识结合进行，符合国家对各指标系数的要求和合理规范范围内进行，符合高层建筑整体国家系数要求才是施工的关键。

结 语

高层建筑的剪力墙结构设计是整个建筑施工过程中重要的前提保障，通过合理的建筑施工是可以保障问题率和误差程度降低的，同时对每个设计细节进行准确的实施，使得剪力墙的优势发挥到最大。

参考文献

[1]潘帅. 高层建筑剪力墙结构设计实例探讨[J]. 科技致富向导，2013，06：326.