高层建筑结构优化设计精品(七篇)

序论：写作是一种深度的自我表达。它要求我们深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隐藏在内心深处的真相，好投稿为您带来了七篇高层建筑结构优化设计范文，愿它们成为您写作过程中的灵感催化剂，助力您的创作。

篇(1)

关键词：高层建筑 结构 特点 设计 原则 要求

中图分类号： TU97 文献标识码： A

正文：

一、高层建筑结构类型

高层建筑结构体系按照结构形式可以分为框架、剪力墙结构，框架结构，剪力墙结构。框架结构因为是利用柱、梁等结构来承重的，所以这种结构体系的侧向位移相对较大，一般适用于低于50m的建筑。剪力墙结构因为是靠高层建筑的墙体来承重的，所以这种结构的整体性能相对较好，不易产生水平方向的变形，一般多应用于高层建筑，但是因为其在平面上的布置不够灵活，所以很少在公共建筑设计中使用。而框架、剪力墙组合结构则是结合了两者的优点、改善了其中的缺点，所以被广泛应用于高层建筑的结构设计中。

二、高层建筑结构设计原则

2.1 选择合适的基础方案

现在的设计一大特色就是不能因工程而破坏周边的环境，而改变的周边的生态环境。一切的工程围绕环境进行设计施工，使工程与自然很好的融入到一起，使得两者和谐共存。在基础方案的设计中，要把所有的相关因素全部的包括在内，综合各方面的因素，再考虑经济性对工程进行整体的评估，然后对方案进行正式的审核，最后施工，一切立足由可持续发展的观念进行施工，工程的质量一定会得以保障。

2.2 选择合理的结构方案

高层建筑作为近几年刚刚兴起的一门学科，具有很复杂的结构特点，在施工的过程中要考虑的方面很多，像是供水问题、线路等各方面都是我们要考虑的。结构设计方案中重要的有以下几点：材料的要求、施工的环境、还要充分的考虑抗击自然灾害的能力。我们要严格的遵循平面和竖直的设计原则。结构方案不仅仅是施工单位一方的事情，施工单位与使用方要达成一致，在设计方面以及今后的发展方向要进行详细的展望，为了所选取得结构方案更加的合理，最大限度的达到预期的目的。

三、工程设计案例分析

某高层建筑设计使用功能为餐饮、办公一体属综合性公共建筑。地下 2 层，裙楼 4 层，裙楼上南、北两塔楼分别高 19 层(72.5m)、25 层(90.5m)。两塔楼于 17、18、19 层连体（结构上为两塔楼分别悬挑梁处理）。

1. 结构承重体系设计

根据国家抗震区划图, 待设计建筑地区的基本烈度为七度,相应地主楼结构部分的抗震等级为二级, 裙楼部分的抗震等级为三级。结构设计中裙房部分主要考虑由恒载及使用活荷载等竖向荷载引起的荷载效应, 主楼部分结构设计不仅考虑竖向荷载效应, 还要考虑水平地震作用及风荷载作用下产生的荷载效应的组合。综合考虑裙楼部分大空间的设计使用要求以及主楼部分的抗侧移设计要求, 裙房结构承重体系采用钢筋混凝土框架结构形式,主楼采用框架- 剪力墙承重结构体系。本建筑结构在主楼抗侧力构件设计中, 剪力墙主要承担水平作用,框架承担少部分水平荷载作用和大部分竖向荷载作用。主楼平面形状基本上为正方形,因楼梯、电梯间均设置在核心筒内,为提高主楼结构的抗扭能力,剪力墙结合楼电梯间在主楼范围内采取了加强处理, 具体厚度根据高层建筑结构设计的变形限值,由刚度、承载力和延性三者间的最佳匹配决定。

2 结构优化设计策略

钢筋混凝土框架- 剪力墙结构是高层建筑结构中最常采用的承载体系之一,它同时具有框架结构建筑平面布置灵活,能获得大空间,建筑立面易于处理,以及剪力墙结构抗侧移刚度大、整体性好、抗震能力强的优点。在水平荷载作用下,具有较纯框架和纯剪力墙结构更为有利的水平变形曲线。但钢筋混凝土框- 剪结构是一个具有双重承载体系的非常复杂的空间受力体系,力学分析难度较大,其优化设计就更为复杂和难以实现。所以,笔者以下谨通过已有的工程设计经验提出步骤性的建议，不作深入的学术探讨。

2.1 框架结构的分部优化设计技术

钢筋混凝土框架结构属于具有多个多余约束的超静定结构,其荷载效应不仅与外荷载大小有关, 还与结构构件的材料特征、几何构造特征有关。钢筋混凝土框架结构的分部优化设计,即是在结构整体内力分析完成后,根据梁柱各构件的控制内力进行截面优化设计,确定满足荷载效应水平要求的各结构构件的几何特征和配筋量的优化结果,由此导致原结构的几何特征和荷载特征发生变化, 优化结构在现荷载作用下内力分布特征发生变化,各构件控制截面上的控制内力也发生相应变化,据此再进行新一轮的优化设计。因此框架结构的分部优化设计实际上是一个迭代、渐进的寻优过程, 计算结果虽不总能等价于整体优化设计结果,但通常能给出工程实用的满意结果。钢筋混凝土框架结构的分部优化设计方法的具体步骤为:

（1）初始选型:根据结构平面、立面布置及建筑物设计使用功能,分析结构所受的竖向荷载和水平荷载及其传力路线,并考虑施工因素,归并框架梁、柱的类型,初选梁柱的几何尺寸;

（2）结构分析:按照结构的实际几何构造特征,计算结构所受竖向荷载及水平荷载,对钢筋混凝土结构进行空间内力分析。根据结构分析结果,将截面尺寸相同的构件的控制截面内力,根据其大小进行分类,并确定每一类构件的设计控制内力;

（3）截面优化设计:针对每一种梁柱构件的控制内力进行优化设计, 得出优化约束条件下的结构几何构造特征和配筋特征的优化设计结果,从而构成新的优化意义上的设计结构;

（4）收敛性判断:在工程精度意义上选取一个较小的数值,作为检验结构收敛性的条件,进行收敛性判断。若优化结构与原结构基本一致,则认为优化结构是收敛的,可以转入下一步的可行性判断,否则转回第②步重新进行结构分析、优化设计;

2.2 框- 剪结构的三阶段优化设计策略

框- 剪结构的设计主要涉及 3 个方面的优化问题:①结构最优设防水平的决策,②框架与剪力墙结构协同工作,以及承载力、刚度与延性变形能力间的最佳匹配设计,③框架- 剪力墙结构构件的优化设计问题。

高层框- 剪结构在水平荷载作用下的协同工作问题,主要是水平荷载在框架和剪力墙结构之间的分配设计, 因此剪力墙数量和位置的设计是关键问题。这里,我们将框- 剪结构的优化设计过程分为三个阶段进行,对不同阶段的不同问题,采取不同的优化准则进行优化设计。

2.2.1 第一阶段:最优设防水平 Id的优化决策

根据地震危险性分析结果或地震区划规定, 在预测地震烈度概率分析基础上, 用模糊综合评判法计算结构的模糊延性向量和模糊抗震强度、损伤等级概率和震害损失的预估期望值 E(Id),在满足最大投资约束和最大损失约束条件下,使 k1C(Id)+k2k3E(Id)达到最小,求出最优抗震设防烈度 Id。

2.2.2 第二阶段:剪力墙构件的优化设计

剪力墙结构构件的优化设计主要是结构刚度与延性指标的最佳组合,可用力学准则进行优化。结构刚度对结构的影响主要为结构的自振周期和侧向位移, 结构延性对结构的影响主要为保持承载力前提下的变形能力。因此,可用结构整体的侧向位移量来协调结构的刚度和延性。我们根据高层结构设计规范对结构层间位移和顶点总侧移的限值来控制结构的刚度设计和延性设计。

2.2.3 第三阶段:框架结构的优化设计

框架结构的优化设计准则是一个结构准则, 在一次整体分析完成之后,可按照前述方法对框- 剪结构中的框架部分进行优化设计。

四、结语

总而言之，高层建筑混凝土结构的优化设计方法多种多样，但是不论使用哪一种方法都要建立在施工的可行性的基础之上，施工技术必须严格依照设计标准，如果出现施工不可行的情况下，重新审视设计规范。高层建筑混凝土施工技术是科学元素和技术元素的融合和应用，它的实现过程必然需要建筑施工各环节基础技术的支持和管理理论的强化。所以，设计与施工的相辅相成才是实现合理、科学节约成本的有效措施。

参考文献

[1] 孙 凯.高层建筑结构设计的问题及对策探讨[J].价值工程，2011（06）.

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关键词：建筑结构；优化设计；分析；研究

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

Keywords: building structure; Optimization design; Analysis; research

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

一般而言，在建筑结构的设计方案产生之初，建筑的结构从各个方面就存在一定的优劣问题，然后再利用建筑的后续设计以及相关工序的计算研究设计等等，选择合适的材料可以对设计的结构进行一定的优化。本文重点谈论了对于建筑结构优化的相关措施，指出平常设计中存在的一些缺陷，作为专业的结构设计师，应把握结构设计中的原则特点，重视质量，设计出符合规定的建筑。以下种种，仅当各位借鉴参考之用。

一、高层建筑的一般结构体系

1、 框架――剪力墙体系

何谓框架――剪力墙体系，即在有些框架体系的硬度和强度达不到预期的要求，需借助外力来维持其正常形态时，可以在建筑平面的相关地方设计能承受相当力量的剪力墙以替代一部分的框架，这样的建筑体系即为框架――剪力墙体系。一般而言，体系中的剪力墙需要承受建筑的水平方向的剪力，而框架则需承受垂直方向。该墙的设计，在某方面而言大大的加强了结构在侧向方面的刚度，减少建筑水平位移，使得建筑在各个平面上的受力更为均匀，因此在结构设计中来说，这种体系要优于框架体系。

2、 剪力墙体系

剪力墙体系的主要特点是建筑的受力主体基本上全部为剪力墙构成，其中，单片剪力墙需要承受建筑的所有垂直方向的负载。该体系在结构的刚度等方面要优于框架体系和框架――剪力墙体系，它的位移曲线一般是弯曲的，这使得它具有很好的延伸能力，建筑各面受力更为均匀直接。同时也具有很好的整体性，能够抵抗相当的倒塌力，是一项相当不错的结构体系。

3、筒体体系

筒体体系是指建筑的筒体的结构体系为抗测力构件组成的体系。其中包含了很多建筑型式，主要是单筒体、多束筒或是筒中筒等等。筒体属于空间构件之一，一般分为实腹筒和空腹筒。其中前一种一般是用相关的结构单体在建筑的平面或者曲面方向围成三维竖向结构体，而后一种则是指一定的空间受力构件，这些构件主要由密排柱或开孔的钢筋等组成。这种体系的构件受力合理，建筑的抗风、震能力突出，结构刚度强度较大，一般用于高层建筑。

二、现代高层建筑结构设计存在的缺陷

其实对于大部分建筑来说，基本在横向和侧向方面的设计原理没有什么差别的，不管该建筑是高层低层或是多层。但是，高度越高，侧向方面需要考虑的设计因素要求更多，究其原因有二，一是因为楼层越高，建筑在竖向需要承受的压力越大，这就要求设计更大的柱、筒、墙等等。二是在建筑中一般的侧向力比横向力产生的倾覆与变形压力要大很多，对于竖向负载而言，压力的变化不是线型增加而是急剧增加，这使得建筑在抗压抗震等方面的效果更为明显。而在现代具有较高楼层建筑，存在的问题绝不仅仅只体现在结构的抗剪中，更为重要明显的问题出在建筑整体的抗弯曲和变形上。在低层建筑与高层建筑的结构受力方面一直存在很大的差异，设计中尤其需要注意这一问题，其中的共振、水平侧向位移或是剪重等等也是不可忽视的问题之一，设计师在设计时应综合考虑并研究其受力分析。

三、优化建筑结构设计的措施

1、重视建筑的概念设计

概念形成是人们从感性到理性的升华，反映了人们对事物的客观认识。而结构设计师在必须掌握基本的概念设计，因为只有正确的概念设计才能设计出结构合理、构件平衡、安全经济的建筑，这一概念是工程设计的基本思想并被贯穿于设计的整个过程。设计师运用自己深厚的设计理论及自身积累的经验，形成自己的设计概念，并运用这一概念完成高水平的设计工程。是以概念设计是设计师应具备的水平之一。

2、加强抗震设计的理念

总所周知，对于高层建筑而言，除了需要承受建筑物本身的垂直负荷之外，还需要承受相当的侧向风负载以及地震的冲击，显然后一种更为重要。而在高层建筑中不同高度在抗侧力方面的强度也不尽相同，这就导致了薄弱层面的出现，这在设计中应要尽量避免或是减弱。目前，在我国的建筑抗震设计规范中，对于抗震有着两个阶段的设计方式，以求提高建筑的抗震能力。在第一个阶段中，设计师在设计时要充分运用地震参数对建筑结构在弹性的状况下产生的地震效应等进行相应的计算。而在第二个设计阶段中，则采用相应的地震参数计算建筑的薄弱楼层，然后对薄弱环节进行侧向位移或者是转角处理，但得使设计要小于规定的限值，这样才能在不影响建筑本身的情况下尽量减弱薄弱层的影响。

3、综合考虑优化结构设计

设计师在设计建筑时要考虑结构设计中的几种优化方案，并同时综合考虑各方面的外界和内部因素。内部因素包括各个构件的可能承受的受力负载，特别是高层建筑需要重点考虑其竖向方面的受力承受，采取那种结构体系更为合理，但也要遵循经济的原则，而水平受力方面则要考虑建筑的抗倒塌等能力，外界因素则要考虑建筑所在地方的平常风力，抗震以及温度应力等等，综合各个方面进行设计。在设计地基时，应理论结合自己的实践经验综合设计，同时预测可能出现的各种问题，并分析提出一定的解决措施。在对建筑的受力等进行计算时要记住“强柱弱粱、强剪弱弯、强压弱拉”的这一原则,切不能凭自己的想象随意增加建筑的配筋量，而要仔细考虑构件本身的各项性能，对于建筑的薄弱环节重点关注，尽量减少危害发生的可能。同时也要对建筑的组成材料考虑温度应力的问题，对于钢筋等材料而言，温度具有一定的影响。总而言之，在设计过程中，从建筑结构选型、设计布置以及相关的计算过程，都要综合考虑每个可能出现的因素及问题，最好进行一下建筑受力极限验算，这样才能保证该设计方案的可行性与安全性。

总而言之，高层建筑的结构设计是一项相当繁重的任务，设计师在设计时在设计时应考虑的问题很多，需充分应用自己的理论知识，结合自己多年丰富的经验，按照需求，科学的计算设计出符合的建筑，并对其进行一定优化完善，保证建筑的安全与经济。

参考文献：

[1]李志；高层建筑抗震设计分析[J]；中外建筑；2010年

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关键词: 结构优化设计；基本要求；设计方案；高层建筑

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

引言

根据现在建筑发展形势上来看，高层建筑在所占于建筑类型中的比例是会越来越多。理论上来讲，当土地的面积基本固定，而随着现在社会人口的不断增长速度过快，这样就必然要求人类居住位置的发展。从现在的建筑水平上来讲，建筑高层和超高层住宅都是以后整个建筑行业的重点。随着我国经济的不断发展，高层建筑如雨后春笋般建立在全国各地。所以，高层建筑结构优化设计的关键性要就显得更加的重要。所谓结构优化设计，也就是指工程结构在满足约束的条件下应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，就要选择合理的结构方案，才能决定整个设计的好坏成败。因此对于建筑设计方案而言，结构设计并不是唯一的，不同的方案都是会导致工程质量和工程造价的差别很大。其次，在进行正确的结构计算，一体化计算机结构设计的程序应用与完善，帮助结构工程师可以更轻松的进行计算分析，才能使结构设计更加的经济以及合理。

1 高层结构设计的基本要求

1) 为了耐久性和安全性要求。住宅是实行商品化后，就为住户的耐用消费品，才能使用的寿命长是区别其他消费品的最大特点。所以结构耐久性与安全性是住宅结构设计中的基本要求。结构体系的选择以及材料的选用，都是有利于抗风与抗震，以及使用寿命期间改造维修的可能性。

2) 为了更加舒适性的要求。建筑设计要为住户的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，人居的热光声环境等各种要求，给居住的人创造一个舒适的环境。结构方案还要考虑到住户在日后改变分隔空间的可能性，当使用剪力墙结构时候，应使用大开间的布置。

3)经济上的要求。结构设计时要按照房屋的建造地点、层数多少、平立面体形，在耐久性与安全性以及舒适性要求下应使用经济又合理的结构体系，在构件设计中必须要精打细算，要严格执行规范构造要求，注意避免那些没必要的铺张浪费。尤其是在地基基础设计中要加的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) 高层建筑结构时间性折减系数。房屋的框架结构与顶盖等结构设计中，因为填充墙体存在使结构实际所表现刚度大于设计的计算刚度，计算周期也就会大于实际周期，所以当算出结构剪力偏小时，会使房屋的出现结构不安全，而应该对房屋结构计算周期适当的进行折减，这样就可以达到更好的效果，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) 高层结构的优化设计。在以前很多混凝土结构设计中，大部分都没有充分考虑到建筑结构设计耐久性，也就是确保高层建成之后，在合理使用期限内，可以满足用户正常使用要求。但是很多的设计都无法达到，所以就造成此现象的根本原因就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。对于那些建筑混凝土结构设计来说，低造价与省材料设计都是没有满意的结构设计，但随着现代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，设计者们就会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，就要根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，达到满意的效果。

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．

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[关键词]:高层建筑;结构设计;优化设计

0前言

高层建筑是随着社会生产的发展和人们生活的需要而发展起来的,是城市和工商业发展的结果,而建筑技术的进步,轻质高强材料的出现以及机械化、电气化、计算机在建筑中的应用,又为高层建筑的发展提供了物质和技术基础。

1高层建筑结构的发展

1．1钢筋混凝土材料重新得到重视。与钢结构相比,钢筋混凝土结构具有整体性好、刚度大、位移小、舒适度佳、耐腐蚀、耐高温、耐火、维护方便等优点。此外,即使是在美、日等钢铁工业发达的国家,钢筋混凝土造价还是低于钢结构。我国的高层建筑中,绝大部分为钢筋混凝土现浇结构,只有少数采用了钢结构。轻混凝土、高强混凝土、钢管混凝土、型钢混凝土等理论技术已经成熟,而非金属配筋、新型预应力钢棒等混凝土增强材料技术的不断发展,也为钢筋混凝土材料的重新崛起提供了条件。

1．2组合结构的高层建筑发展迅速。采用组合结构可建造比混凝土结构更高的建筑,不但具有优异的静、动力工作性能,而且能大量节约钢材、降低工程造价和加快施工进度。在不同的情况下,可以取代钢筋混凝土结构和钢结构,科技含量也较高,对环境污染也较少,已广泛应用于冶金、造船、电力、交通等部门的建筑中,并以迅猛的势头进入了桥梁工程和高层与超高层建筑中。在强震国家日本,组合结构高层建筑发展迅速,钢筋混凝土组合柱应用广泛。由于钢管内混凝土处于三轴受压状态,能提高承载力,从而可节约钢材。而香港的中国银行采用巨形组合柱的建筑设计方法,获得了十分可观的经济效益。随着混凝土强度的提高以及构造和施工技术上的改进,组合结构在高层建筑中的应用可望进一步扩大。

1．3新型结构形式的应用不断增加。框架体系、剪力墙体系和框架―剪力墙(支撑)体系是高层建筑的传统结构体系。根据筒体的不同组成方式,分为框筒体系、筒中筒体系和多束筒体系3种类型。筒体最主要的受力特点是它的空间受力性能。无论哪一种筒体,在水平力作用下都可以看成固定于基础上的箱形悬臂构件,它比单片平面结构具有更大的抗侧刚度和承载力,并具有很好的抗扭刚度。因此,该种体系广泛应用于多功能、多用途、层数较多的高层建筑中。而20世纪80年展起来的巨形结构(巨形桁架、巨形框架) 、应力蒙皮结构、隔震结构等也都已经开始了广泛的应用。

1．4智能建筑的发展异军突起。现代建筑技术和高新技术产业的结合促成了智能建筑的产生,在高层建筑中有更广阔的应用前景。智能建筑是建筑、装备、服务和经营四要素各自优化、相互联系、全面综合并达到最佳组合,以获得高效率、高功能与高舒适的建筑物。智能建筑是通过对建筑物的4个基本要素,即结构、系统、服务和管理,以及它们之间的内在联系,以最优化的设计,提供一个投资合理又拥有高效率的幽雅舒适、便利快捷、高度安全的环境空间。智能建筑的构成至少必须具备三大系统:设备管理自动化系统、通讯网络系统、办公自动化系统,并以此应用现代4C技术构成智能建筑结构与系统,结合现代化的服务与管理方式给人们提供一个安全、舒适的生活、学习与工作环境空间。

2工程优化设计理论的发展

2．1工程项目功能优化的发展。在经过可行性论证决定了工程项目的任务、规模、建设地点、建设分期等重大问题之后,就需要考虑工程建设的总体布局及规划,这也是一个重大的决策,直接影响工程的社会和经济效益、运行的功能和对环境的美学效应。在优化整个工程项目的功能时,可以利用价值工程的某些概念和手段来改善现有的方法。

2．2工程设计软科学的发展。实际上,人们在处理事物时都会遇到硬、软两种因素。硬因素就是有实体的物质系统中的一些因素;软因素就是精神意识系统中的一些因素。软科学和硬科学的区分是相对的,不应该也不可能给出截然划分的界限。目前的工程设计主要侧重于力学分析,具有硬科学的性质。力学分析只是荷载决定后计算结构力学反应的一种手段,是工程设计所使用的工具之一。在工程设计中,更重要的是必须进行很多运筹、决策和规划的工作,所以,工程设计应该是硬科学和软科学的结合,这就需要建立全面的、崭新的工程设计理论。在土建工程设计的前期,有许多重大的问题需要进行科学的决策,包括工程项目的可行性论证、工程项目的总体规划及功能优化、结构的造型、结构设防水平的决策等。所有这些前期的决策工作,其影响都远大于目前的以结构计算为主的优化设计工作。

2．3工程结构系统全局优化的发展。各个结构独立优化和拼凑而成的工程系统并不一定优化,只有当工程系统中各个结构之间不存在任何横向约束时,各结构的独立优化才形成工程系统的优化。只有从大系统全局进行优化,才能真正收到优化的效果。

2．4工程项目全寿命优化的发展。以往的优化设计理论针对的都是具体的结构,而在工程实际中,一般都是整个工程大系统的优化设计问题,其由众多子系统或者结构组成,具有高维数、多目标、变量种类多、约束耦合复杂等难点,故其子系统的独立优化并不能带来整个大系统的优化方法。实际的工程系统优化模型往往预先不知道,需要通过子系统或者结构的具体优化模型来构造大系统的全局优化模型。工程的全系统全寿命优化就是考虑了工程系统中的动态可靠度与模糊因素,在各个阶段的优化中都应该以工程项目的全局作为优化对象,而各个单元的优化必须在总体全局优化的指导下进行。

3 设计中存在的问题

3．1只重视结构尺寸的优化,即在给定结构的几何形状、拓扑和材料的情况下,求出满足约束条件的最优构件截面,而忽视结构整体的优化。已有的研究结果表明,形状优化比尺寸优化更有意义。单纯的尺寸优化无法接近最优的结果,因此,也就不能完全令人信服。设计人员较普遍地认为,结构设计只要结构方案和布置合理,部结构又有比较成熟的计算机软件进行分析计算,构件截面只要通过计算结果满足规范即可,认为上部结构相对下部结构,即地基基础部分,特别是软土地基的意义不大,因此对上部结构截面的优化所能达到的经济效益未予以充分的重视。

3．2离散变量优化问题。建筑物尺寸以及钢筋、型钢规格型号等都不是连续变化的,因此,传统的优化方法,如各种梯度算法、对偶算法等解析算法均无法胜任。而且,由于问题的规模较大,随之带来的计算量急剧增加的“组合爆炸”问题也会使计算量急剧增加。

3．3优化的目标还不能完全符合工程的需要。由于实际结构问题往往十分复杂,存在设计变量多、约束条件多、受建筑功能限制较大等难点,多种因素甚至不确定性因素使得目标函数在建立后只能得到相对最优解。而且,目前尚没有实用的高层建筑优化分析软件,而应用现有的各种计算机分析软件进行截面优化并不是简单的几次尝试就能达到效果的,因此,无论是机时,还是设计进度,都较难允许实施这种优化方法。很多高层建筑设计项目,结构方案和布置还是比较合理的,其构件截面也是同类型结构中常用的尺寸,但是计算分析后还存在某些薄弱环节,为了改善这种受力状况,增大构件截面却未能得到明显改善,反而增加了材料耗量。

4高层建筑结构优化设计

4．1对高层建筑结构方案进行优化采用何种方法,首先应分析这一问题的目标函数、目标函数中的各种变量,这些变量之间的各种数学解析关系以及与各种变量有关的约束条件,在分析的基础上是采用间接优化还是直接优化方法来确定。高层建筑结构方案优化的目标就是材料耗量,材料耗量决定于构件的截面尺寸大小,截面尺寸必须满足通过力学分析得到各构件内力后的强度计算及位移变形等条件。因此,目标函数很难用明确的数学解析式来表达,不能用数学上求极小值的方法,也就是一般所说的间接优化方法来优化。高层建筑结构方案的优化只能采用直接优化法来解决,即给目标函数中变量以已知值,经过试算使其满足一定的约束条件,求得其目标值,并找出使目标值逐步变小而趋向最佳值的路线或方向,以达到目标函数的最优值。因此,可以采用满应力法进行高层建筑结构优化设计。

4．2满应力设计法是在桁架等杆系结构的设计中发展起来的,是结构优化中最简单、最易为工程人员理解的一种准则法。所谓满应力是指结构构件在荷载作用下的最大应力达到所用材料的容许应力,此时材料的强度得到充分利用,构件截面面积将是最小,故可作为桁架最轻设计或体积最小设计的一个准则。满应力设计法是结构在规定材料和几何形状的条件下,按照满应力准则的要求,修改构件的截面尺寸,使每一构件至少在一种工况下达到或接近其容许应力限值的优化算法。如果结构除了应力约束外还有界限约束,则要求每一构件应力约束和界限约束中至少有一个达到临界值。

4．3利用满应力设计法进行高层建筑的结构优化设计要遵循以下步骤:首先,要根据常规做法和经验确定结构构件的初始截面尺寸,并按构件分类分别建立柱、墙、梁可供选择截面尺寸的数据库;其次,要对结构构件进行力学分析,算出各工况下结构的位移及内力,并对结构构件进行承载力计算;再次,要根据计算结果,对构件截面尺寸进行调整,在满足位移条件的前提下,尽量充分发挥构件材料的性能,即按规范计算使其接近满应力状态,但截面选择应在指定的数据库中进行,并统计截面需修改的个数; 然后,根据修改截面的数量、性质,由人工干预决定或指定一个限值自动决定是否重新计算,即返回到第二步计算,如此循环反复,直到满足要求为止;最后,输出最后优化的构件截面尺寸及计算结果。

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关键词：高层住宅建筑结构设计

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

Keywords: high-rise residential building design

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

当前，高层建筑随着城市的发展和科学技术的进步而发展起来的, 在土地资源日益趋紧的今天, 高层建筑有利于节约用地、解决住房紧张、减少市政基础设施和美化城市空间环境。为了在日益激烈的设计市场竞争中求得生存与发展, 为业主提供优质的设计产品, 提高设计产品的经济性, 已成为每一个设计单位努力追求的目标。

一、高层住宅建筑结构设计的原则

1、 满足经济性要求。住宅作为商品, 开发商为有利可图, 要求投入少, 经济效益好,购房者则要求房屋设计布局好, 外观美, 房价适中, 质量上乘。因此, 结构设计应根据房屋的建造地点、平立面体形、层数多少, 在满足安全性、耐久性和舒适性要求的前提下采用经济合理的结构体系, 在构件设计中应精打细算, 严格执行规范构造要求, 注意避免不必要的浪费。尤其在地基基础设计中更应该注意方案的经济比较,因为地基基础设计方案合理与否对房屋造价至关重要。

2、 满足安全性和耐久性要求。住宅实行商品化后, 应成为广大住户的耐用消费品, 使用寿命长是区别于其他消费品的最大特点。因此, 结构安全性和耐久性是住宅结构设计的最基本的要求。在结构体系的选择, 材料的选用,都应该有利于抗风抗震, 以及在使用寿命期间维修改造的可能性。

3、满足舒适性要求。住宅建筑设计应该为住户起居的舒适性要求提供条件, 例如, 多种户型, 灵活分隔室内空间, 人居的热、光、声的环境等要求, 为此结构设计应较好地配合建筑和机电专业, 尽可能在居住空间中避免露柱露梁的压抑感和采用隔音较差的分隔墙材料, 使室内简洁明快, 隔声较好,给居住者创造一个幽静舒适的环境。结构方案中还应考虑住户日后改变分隔空间的可能性, 当采用剪力墙结构时, 宜采用大开间布置。

二、 高层建筑结构优化设计现状分析

1、只重视结构尺寸的优化,即在给定结构的几何形状、 拓扑和材料的情况下,求出满足约束条件的最优构件截面,而忽视结构整体的优化。已有的研究结果表明,形状优化比尺寸优化更有意义。 单纯的尺寸优化无法接近最优的结果,因此,也就不能完全令人信服。设计人员较普遍地认为,结构设计只要结构方案和布置合理, 上部结构又有比较成熟的计算机软件进行分析计算,构件截面只要通过计算结果满足规范即可, 认为上部结构相对下部结构,即地基基础部分,特别是软土地基的意义不大,因此对上部结构截面的优化所能达到的经济效益未予以充分的重视。

2、优化的目标还不能完全符合工程的需要。 由于实际结构问题往往十分复杂,存在设计变量多、 约束条件多、 受建筑功能限制较大等难点, 多种因素甚至不确定性因素使得目函数在建立后只能得到相对最优解。,目前尚没有实用的高层建筑优化分析软件, 而应用现有的各种计算机分析软件进行截面优化并不是简单的几次尝试就能达到效果的,因此,无论是机时,还是设计进度,都较难允许实施这种优化方法。 很多高层建筑设计项目,结构方案和布置还是比较合理的, 其构件截面也是同类型结构中常用的尺寸,但是计算分析后还存在某些薄弱环节,为了改善这种受力状况,增大构件截面却未能得到明显改善,反而增加了材料耗量。

三、高层住宅建筑结构优化设计方法

1、限制结构平面布置的不规则性避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应。高层建筑混凝土结构技术规程435条规定: 在考虑偶然偏心影响的地震作用下, 楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移, A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的 1、2倍, 不应大于该楼层平均值的 1、5倍。抗震设计的 A级高度钢筋混凝土高层建筑其平面布置宜简单、规则、对称、减少偏心。结构平面布置必须考虑有利于抵抗水平和竖向荷载,受力明确, 传力直接, 力争均匀对称, 减少扭转影响。结构刚度不对称也会产生扭转。所以在布置剪力墙时, 应使结构均匀分布, 令荷载合力作用线通过结构刚度中心, 以减少扭转影响。结构刚度不对称产生扭转时, 通过增加墙厚来调整扭转效应效果不佳。高层剪力墙结构住宅中剪力墙影响刚度, 而剪力墙为矩形截面, 惯性矩为 I Z = bh3 /12 , b为墙厚,h为墙长。剪力墙的长度对其刚度影响很大。首先分析哪部分结构刚度大, 哪部分结构刚度小, 增大刚度对结构有利, 还是减小刚度对结构有利, 通过增减剪力墙达到结构刚度均匀对称, 满足高层建筑混凝土结构技术规程435条对最大水平位移和层间位移的要求。

2、限制结构的抗扭刚度不能太弱。高层建筑混凝土结构技术规程435条规定: 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之比, A级高度高层建筑不应大于 0、9。扭转耦联振动的主方向, 可通过计算振型方向因子来判断, 在两个平动和一个转动构成的三个方向因子中, 当转动方向因子大于0、5时, 则该振型可认为是扭转为主的振型。当不满足以上要求时, 宜调整抗侧力结构的布置, 增大结构的抗扭刚度。如在满足层间位移比的情况下, 减小某些 (中部 ) 竖向构件刚度, 增大平动周期, 加大端部竖向构件抗扭刚度, 减小扭转周期。

3、高层建筑的基础形式应选用整体性好, 能满足地基承载力和层建筑容许变形的要求, 并能调节不均匀沉降, 达到安全实用和经济合理的目的。以下讨论平板式筏基和梁板式筏基经济合理的问题。平板式筏基与梁板式筏基相比较具有节约钢材、混凝土, 施工工期短等优点。住宅一般开间小, 即剪力墙间距小, 并且剪力墙刚度大,所以剪力墙完全可以起到梁板式筏基中基础梁的作用。采用中国建筑科学研究院编制的 JCCAD软件, 用有限元法对不同基础形式进行基础计算, 发现平板式筏基和梁板式筏基的板厚及配筋相差不多, 但梁板式筏基却有基础梁的配筋、混凝土用量和基础梁支模等情况。当采用梁板式筏基时有的基础梁的刚度达不到它所应起到的刚度作用, 计算时超筋。于是还要再增大梁的断面。从综合经济效益分析, 对于采用剪力墙结构形式的高层住宅平板式筏基比梁板式筏基更经济合理。

4、高层建筑平面凹入较深时构造处理。高层建筑平面不规则, 容易发生震害, 在不妨碍建筑使用的原则下可以采取以下措施: 设置拉 梁或拉板 (板厚为 250mm ~300mm ) , 拉梁拉板内配置受拉钢筋。满足梁板最小配筋率要求。

5、高层住宅转角窗处的构造处理。角部墙体开洞, 与角部墙体不开洞的剪力墙结构相比, 结构整体效应影响颇大, 结构的抗侧力刚度、自振周期、地震作用等均有不同程度的差异, 角部墙体开洞的剪力墙结构其外墙内力明显增大。开洞的角部各构件扭转效应明显, 特别是洞口处的连梁, 需配置抗扭钢筋, 转角处楼板宜局部加厚, 配筋宜适当加大, 在转角处板内设置连接两侧墙体的暗梁。

6、不规则楼板的计算。在居住建筑中由于平面使用功能的需要, 常出现不规则楼板, 以往处理方法在缺口设梁,这样影响建筑的美感。现在设计中改设暗梁, 梁适当加宽。楼板的承载力潜力较大, 计算时可按一般梁计算。通过结构优化设计来降低工程造价是控制工程

总之，结构设计没有绝对最佳的标准模式, 只有通过不断地探索、比较,去寻求相对的最优。因此我们每一个结构工程师应不断地追求尽善尽美的设计思想, 不只盲目照搬规范和依赖计算机程序作设计, 用自己的结构设计概念、经验、判断力和创造力为业主和社会设计出更好的建筑。

参考文献：

[1] 刘利峰. 钢筋混凝土建筑结构设计优化研究[J]. 科技资讯, 2010,(20) .

[2] 陈颖. 高层建筑结构优化设计分析[J]. 工程建设与设计, 2010,(08) .

[3] 张启照. 建筑结构优化设计探讨[J]. 福建建材, 2010,(02) .

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关键词：高层住宅 特点 结构优化设计

中图分类号：TU318 文献标识码：A

随着我国国民经济不断发展和人民生活的迅速提高。业主及建筑师的创新艺术使得钢筋混凝土高层建筑发展被广泛应用。高层建筑结构设计给工程设计人员提出了更高的要求，各方面需要注意的问题都应考虑到。本文高层建筑结构设计分别从结构设计的特点、 结构优化设计的要求措施进行探讨。

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， 结构专业在各专业中占有更重要的位置。不同结构体系的选择，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。其主要特点有：

1、水平力是设计主要因素。在低层和多层房屋结构中，往往是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计。而在高层建筑中尽管竖向荷载仍对结构设计产生重要影响，但水平荷载却起着决定性作用。建筑自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与建筑高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩、以及由此在竖向构件中所引起的轴力是与建筑高度的两次方成正比；另一方面，对一定高度建筑来说，竖向荷载大体上是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随着结构动力性的不同而有较大的变化。

2、 侧移成为控制指标。与较低楼房不同， 结构侧移已成为高楼结构设计中的关键因素。随着楼房高度的增加，水平荷载下结构的侧移变形迅速增大，因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。

3、抗震设计要求更高。有抗震设防的高层建筑结构设计，除要考虑正常使用时的竖向荷载、风荷载外，还必须使结构具有良好的抗震性能，做到小震不坏、大震不倒。

4、轴向变形不容忽视。高层建筑中，竖向荷载数值很大，能够在柱中引起较大的轴向变形，从而会对连续梁弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩之和端支座负弯矩值增大；还会对预制构件的下料长度产生影响，要求根据轴向变形计算值，对下料长度进行调整；另外对构件剪力和侧移产生影响，与考虑构件竖向变形比较，会得出偏于不安垒的结果。

5、结构延性是重要设计指标。相对于较低楼房而言，高楼结构更柔一些，在地震作用下的变形更大一些。为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，避免倒塌，特别需要在构造上采取恰当的措施，来保证结构具有足够的延性。

二、高层建筑中的优化设计方案

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、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100mm左右，非

加密区箍筋最大的间距为200mm左右。通常在柱箍筋和内定梁加密区间距为100mm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200mm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200mm。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，在高层建筑结构设计中，结构工程师不能仅仅重视结构计算的准确性而忽略结构方案的具体实际情况，应作出合理的结构方案选择。高层建筑结构设计人员应根据具体情况进行具体分析掌握的知识处理实际建筑设计中遇到了各种问题。

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.

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关键词：高层住宅；结构设计；优化设计

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

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

中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）

引言

将建筑结构合理的分析会更加有利于高层住宅结构优化设计的实施，提出结构设计优化方案，目的是在设计满足国家相关建设法规的前提下，提高建筑物的技术质量，降低总成本，使投资利益最大化，并且能保证建筑物抗震性能和安全性。结构设计优化是对设计再次分析，再次加工的过程。尽量使住宅结构刚度适中、整体结构布局均衡，从而减小构件在外力影响下的变形或者破坏，达到既美观又兼顾抗震的效果，这是高层住宅结构优化的目标。

在高层住宅结构优化设计中，每一道工序都要精心设计，做到计算合理准确，方案合理可行，本文对设计优化存在的问题进行分析并提出几点可行建议。

1高层住宅结构设计现状

1.1 住宅结构设计现状

多层建筑和高层建筑横向和竖向的结构体系设计基本原理是相同的，但是建筑高度越高，结构设计越复杂，这也是建筑界正在努力解决的问题之一。住宅结构越高，就要求有截面较大的柱子或者墙来承受竖向压力，这对建筑材料的要求比较高。另外，住宅结构越高，水平力所产生的剪切变形和倾覆力矩就要大得多，而且水平荷载产生的响应并不是线性的，而是随着高度增加而迅速增大。高层建筑与低层建筑结构有着很大差异，需要考虑的因素也很多，例如共振、扭转、水平侧向位移等。

1.2 高层住宅结构设计影响因素

住宅越高，建筑结构的安全性就越来越要重视，设计中要考虑的因素也就增多，主要影响因素有水平荷载、侧向位移、结构延性等。

(1)水平荷载。水平荷载包括风荷载和地震作用。一般来说，垂直方向的荷载只与楼房高度有关，但是水平方向的受力情况却比较复杂。例如，风荷载的大小和建筑物所在地的地貌及周围环境有关，与建筑物本身高度、形状及表面状况有关；地震作用同场地类别及本地区抗震设防烈度有关。所以水平荷载是影响住宅结构设计的主要因素。

(2)侧向位移限制和舒适度要求。在正常使用条件下，高层住宅结构处于弹性状态并且应有足够的刚度，避免产生过大的位移而影响结构的承载力、稳定性和使用条件。过大的侧向位移会使主体结构出现裂缝甚至破坏，会使结构产生附加内力，会使人不舒服影响正常使用。所以在设计的时候，要注意在水平荷载作用下的侧移要控制在要求范围之内。

(3)结构延性。高层住宅建筑在地震作用下允许结构某些部位进入屈服状态，形成塑性铰。这时结构进入弹塑性阶段，结构可以通过塑性变形耗散地震能量，同时必须保证结构的承载能力，结构不能破坏，这种性能称为结构延性。延性越好，抗震能力越强，要特别注意在构造上采取合适的措施，保证住宅的安全。

2 高层住宅结构设计优化

2.1 选择设计结构方案

进行高层住宅结构设计优化时，首先要进行结构方案的选择。结构方案的好坏决定了结构设计的好坏，对于同一个建筑设计要求，其结构方案往往是不唯一的，但是不同的设计方案会影响工程质量和工程造价，在设计时，一定要选择合理的结构设计方案。

首先，根据相关建筑结构规范的规定来完成结构设计方案总体要求，处理好建筑与结构的相互关系，充分发挥结构的最佳受力状态，使结构形式尽可能简单明确，具有足够的承载力，良好的延性和刚度。其次，要保持结构的安全可靠。应该仔细考虑每一个构件，使各个构件能够相互协调，发挥最大功能，保证设计目标水准，使结构既经济又安全。再次，要尽量避免或者减小外力作用下的扭转效应。因为抵抗扭转效应所需要的材料用量很大，而且结构也会很复杂，会提高工程造价，不经济也不实惠。最后，要积极与建筑专业进行沟通。结构设计者往往对建筑做法和材料不是很了解，在设计结构方案时，要与建筑师进行交流，听取他们提出的建议，结构设计师要充分理解结构概念，真实客观地进行设计，通过反复优化、修改，最后设计出质量最安全，造价最经济的结构方案。

2.2 设计优化

在优化设计时，应注意以下几个方面：

(1)正确认识结构设计优化的重要性。

现在房地产已经是一个大产业，人们对住宅要求也越来越高，而作为投资方，追求的是利益的最大化，进行住宅结构设计的优化，不但可以有效降低总成本，还可以使建筑结构更美观安全，更经济合理的节省材料，从而降低工程造价。

(2)设计方案优化。

设计时，首先要进行建筑结构分析，主要由竖向抗侧力构件构成，包括框架、剪力墙、筒体等。主要分析他们的受力状态，使构件充分利用起来。在进行计算分析时，不能盲目地依赖计算机，还要结合工程师的实际经验，选择合适的计算参数，经过多次计算比较，找到最佳参数值。其次是根据住宅结构平面，分析竖向荷载和水平荷载，根据实际情况，合理布置构件，选用合适材料进行结构分析和内力分析，根据分析结果适当调整结构形式。此外，还要进行可行性判断，对优化结果进行内力分析，满足设计要求的前提下，校验可行性；如果不可行，就要调整设计方案，直到方案可行为止。

(3)地基处理的优化。

高层住宅建筑更要注重地基的处理，否则将前功尽弃，在选择地基时，要选择地质条件不复杂，容易施工的地质，因为地质条件越复杂，地基处理的造价越高，而选择相对简单的地质条件，不仅可以降低地基处理的成本，地基安全度也会增加，从而降低工程造价，提高工程性价比。

(4)进行建筑材料的优化。

优化建筑材料目的就是花尽量少的钱，做到经济安全、符合设计要求工程。这就要求在选择建筑材料时，要合理利用材料性能，根据不同的需求来选择不同的材料。实际上，因材料选择不当造成浪费的情况很多，设计时，要充分考虑这些因素。

3 结论

高层住宅结构设计优化能够有效降低工程造价，带来可观的经济效益，不仅能让建筑物安全实用，又能使其经济美观，舒适。所以进行结构优化设计至关重要，实际设计中，要结合实际情况和具体条件来灵活运用设计优化方法，实现住宅结构设计既安全又经济。

参考文献：

[1]高立人等.高层建筑结构概念设计［M］.北京:中国计划出版杜,2005．

[2]GB50223-2004.建筑工程抗震设防分类标准[S].北京:中国建筑工业出版社.2004.

[3]王燕;王维.浅谈高层建筑结构分析与设计[J];山西建筑;2008年05期