高层建筑结构优化设计篇1
我国科学技术不断进步，高层建筑结构优化设计是我国高层建筑设计与管理中较为重要的一个环节，其主要的目标就是在于提升高层建筑的结构合理性和经济性。但是，在我国高层建筑结构设计的优化过程中还存在很多的问题，无论是管理体制方面还是在具体的实施过程中，都存在很多的不足之处，所以我们需要加强高层建筑结构设计的优化工作，保证各个环节都能够做到科学严谨、合理，从而使得高层建筑结构设计的优化能够得到最大程度的保障，为我国的经济发展做出应有的贡献。
1 高层建筑结构设计的重要意义
目前，我国高层建筑结构设计大多数是运用钢筋混凝土作为最基本的材料。钢筋混凝土具有造价低、来源丰富、形状多样等特点，可以实现结构设计师的各种创意设计，还能有效地节省钢材。钢筋混凝土结构在耐久性、耐火性以及承载能力方面有着明显的优势，并且通过建筑设计师的巧妙设计，还能实现非常理想的抗震性。钢筋混凝土结构也有一些缺点，例如：断面大、自重大，而且费模费工。
伴随着社会的进步与发展，人们生活水平不断提高，高层建筑也正在飞速发展，并形成更具有商业化、城市化以及工业化的结果。科学技术的不断进步，出现的轻质高强的材料，为高层的建筑发展提供了有利的条件。近些年以来，高层建筑在世界各地不断涌现，因此，对高层建筑的结构设计特点与结构进行全面的了解成了首要的问题，唯有如此，才能达到先进的，安全的并且能保证质量的设计产品，才能真正提高高层建筑结构设计的品质，进而满足人们居住的条件。社会经济的快速发展，对高层建筑的结构设计来讲起到很大的促进作用，同时，对设计的质量也提出更高的要求，要把高层建筑结构设计的质量提高到更高的档次，就必须提高建筑设计师的设计水平，并且要把握结构设计中的独特的特点，把这些重要的要素结合在一起并进行有效的运用，才能实现高层建筑结构设计的完美品质。
2 高层建筑结构计算中要点和优化策略
2.1 优化高层建筑结构计算中的计算软件选用
在进行高层建筑结构设计时，应该按照实际情况选择适当的计算软件进行处理，在选择三维空间分析软件时不能选取力学模型相同的，特别是在遇到受力比较复杂的情况下，譬如在对框支剪力墙进行分析的过程中，因为其产生了多次的变换，所以选择软件的过程中需要特别注意。同时在分析局部受力比较繁琐的构件时，还需要根据分析的结果对配筋设计进行改动。
2.2 优化高层建筑结构计算中的计算参数取值
首先，将建筑物的抗震功能考虑到建筑结构设计中时，需要考虑结构的平扭转耦联，将其加到结构计算的过程中，要保证振型数等于或者大于十五，多塔结构的振型数需要大于或者等于九倍的原振型数，同时还需要保证振型参与质量大于等于结构总质量的90%，如果达不到这个要求，就会在后面的计算过程中出现较大的误差，计算结果也不再具有参考意义。
其次，计算高层建筑结构的内力位位移时，如果只考虑梁、柱等关键部位结构构件的刚度，而不计算非承重结构构件的刚度，那么最终测量计算出来的自振周期就会比实际测量的值大，这样最终设计出来的结构受到地震的作用也会相对较小。特别是在设计框架结构过程时建筑的刚度很大，过多的实心墙体运用会使得整个周期实测值变小；运用剪力墙结构时，较少的砖块使用量能够保证墙体的刚度较小，这样就能够保证测量值和实际计算值之间的差距较小。因此在对建筑结构进行设计过程中，在考虑建筑结构的抗震性能时需要将非承重结构的刚度等因素考虑进去，使用数据时也需要结合非承重墙相关方面的数据，通过一定的计算进行相应的改动，但是现在很多建筑设计师在对结构设计进行改进时，通常都是利用软件的默认值1.0，这样就会导致很多有其他结构的建筑都会存在很大的安全隐患，抗压抗震能力十分微弱。
3 高层建筑结构设计中的要点与优化策略
3.1 优化高层建筑结构设计中梁柱构造
如果梁的腹板高度hW≥450mm，就应该在梁的两侧分别依照高度来配置纵向安排钢筋，每侧纵向钢筋的截面面积不应该比腹板截面积（bhW）的0.1%还要小，同时间距不应该比200mm大。在实行抗震设计的过程中，框架柱应该达到剪压比的需要，它的截面关键应该让轴压比来掌控。不过在结构设计里面常常会产生轴压比μN达上限甚至超限的现象，但箍筋的体积配箍率ρV却无法达到规程需要的状况。这就违背了框架柱的强剪弱弯准则，同时对柱的延性产生了一定的作用。
3.2 优化高层建筑结构设计中过渡层设计
假使剪力墙结构在转换层或者是过渡层中，例如：底层框架剪力墙结构，这种结构在应对地震时能够展现出最大的抗剪切力合抗倾覆力矩，而且这种结构不利于它在地震中的受力。而且，因为受到了垂直均匀荷载的作用，转换层或者过渡层在受到剪力墙压剪以及拉剪作用，结构的横向荷载发生作用，会导致转换层或者过渡层剪力墙结构受到的很像承载力减少，同时结构的抗裂性也会降低。通过实验不难发现，一旦结构中的反复横向荷载和垂直同时作用时，转换层或者过渡层所受到的横向荷载以及承载力就会减少很多。可是如果按照平常的检验和计算对其进行检验时，如果结构的垂直荷载或者结构高跨比较小时，那么最后估算出来的剪力墙承载力就会比较大，这样会导致整个建筑的安全系数较低，抗震能力较弱。因此，在设计建筑结构转换层或者过渡层时应该在每个结构部分里加入构造柱和圈梁，这样就能够形成一个类框架系统，整个系统的抗震能力就得到了显著提升，结构过渡层或者转换层传送剪切力更加灵敏，延展性等各方面的性能会大大增强，整个建筑会更加趋于安全。
4 结语
综上所述，我国高层建筑正在不断发展，高层建筑的结构设计正在不断优化，其在高层建筑工程发展中慢慢体现出了极其重要的作用。在当前国内外经济形势的一片大好的发展背景下，加强高层建筑结构设计的优化管理，有着非同寻常的作用。与此同时，通过对高层建筑结构设计的科学优化，能够促进投资成本在工程项目的质量安全和环保节能等方面进行合理而均衡的分配，从而使高层建筑项目获得更高的增值，并进一步推动我国经济建设以及城市化步伐的加快。而负责高层建筑结构设计优化的相关人员，要对这些工作有充足的把握。在这种情况下，才会完成好高层建筑结构设计的优化等一系列工作，进而保证高层建筑工程项目设计管理的顺利进行。
参考文献：
[1]李源新.高层建筑结构概念设计与高层剪力墙结构的优化[J].科技创新导报，2012（15）.
高层建筑结构优化设计篇2
高层建筑；结构设计；优化措施
众所周知，高层建筑已经成为了今后建筑行业发展的一个重要趋势，尤其是对于一些房屋建筑以及办公建筑来说，高层建筑更是已经成为了最为突出的一个方面，对于这种高层建筑的施工建设来说，最为关键的一点就是应该保障其具备着较强的安全性和稳定性，而这种安全性和稳定性的保障又必须要从高层建筑的结构方面进行相应的控制和管理，因为高层建筑的自身特点决定着其这方面的设计难度是比较大的，并且当前人们对于高层建筑结构所提出的要求也越来越多，因此，针对当前我国现阶段高层建筑的结构设计工作进行优化和完善也就显得极为必要，并且已经成为了今后相关设计人员研究的一个重点所在。
1高层建筑结构设计优化的必要性
针对当前我国现阶段高层建筑工程项目的发展来看，其出现的新特点和新要求越来越多，尤其是在结构方面更是表现出了很多新的发展趋势，这也就要求相应的设计人员必须要重点针对高层建筑的结构进行有目的的优化和创新，促使其能够更好的适合于当前的高层建筑结构发展要求和趋势，这正是高层建筑结构设计优化的必要性体现。详细分析来看，针对高层建筑结构设计工作进行相应的优化还具备着较多的价值和作用，这些价值和作用也是其必要性的一个重要体现，比如:(1)针对高层建筑结构设计进行优化能够有效地提升高层建筑使用的安全性，对于高层建筑工程项目的后期使用过程来说，其最为核心的一个指标就是应该重点针对其安全性进行严格的控制和把关，这也是高层建筑的基本要求所在，对于这种安全性来说，其又可以细分为高层建筑的稳定性和耐久性等两个方面，而这种稳定性和耐久性其实主要就是通过高层建筑的相关结构来进行体现的，只有首先保障其相应的结构具备较为理想的稳定性和耐久性，进而才能够体现在整体的高层建筑中，促使其具备较好的安全性保障效果，这也正是针对高层建筑结构进行优化的重要价值体现所在;(2)针对高层建筑结构设计进行优化还能够较好的提升其经济性，在具体的高层建筑实施过程中，因为结构的构建所产生的成本支出是比较大的，因此，如果能够采取最为恰当地措施进行优化设计的话，也必然就能够在这种成本方面具备一定的积极作用和价值，并且这种成本方面的优势也是人们比较关心的一个问题，尤其是对于建设方来说，这一方面的优势也是比较突出和明显的;(3)针对高层建筑结构设计进行优化还能够有效地满足不断提升的各方面的要求，这一点优势也是极为突出的，因为高层建筑工程项目的建设主要就是为了满足人们日益增加的需求，而这些需求在具体的结构方面体现的更是极为明显，不仅仅是美观性的需求越来越多，相应的功能方面的需求也是比较突出的，这也就必须要针对相应的高层建筑结构进行相应的设计优化。
2高层建筑结构设计优化中存在的问题分析
当前我国很多的高层建筑设计人员已经普遍意识到了针对其结构设计进行优化的必要性，并且也正在逐步尝试着进行高层建筑结构设计的优化，但是在具体的设计优化过程中存在的问题仍然是比较多的，具体分析来看，当前常见的设计优化偏见和问题主要有以下几个方面:(1)忽视了高层建筑结构设计整体的优化，对于当前我国现阶段很多设计人员的结构设计优化工作来看，其主要的优化重点都放在了具体的结构细节上，尤其是对于一些具体的结构参数来说，其设计的优化效果是比较理想的，但是对于具体的高层建筑结构设计工作来说，这些具体的细节虽然比较重要，但是更为重要的还是整体效果的满足，只有确保其在整体方面具备着较好的应用价值，才能够体现出较好的功能效果，而这种整体设计方面的优化也是当前比较欠缺的一个方面，必须要在今后的设计优化中引起足够的重视;(2)忽视了对于相关标准的关注，对于这种高层建筑结构设计优化工作来说，其虽然可以说是在原有的基础之上进行创新和完善，但是这种创新和完善工作也并不是毫无限制的，任何优化设计工作的采用也必须要依据于相应的标准和规范进行，尽可能的避免各种违反标准和规范问题的产生，这也是当前很多设计人员在具体的设计优化中容易出现的一个问题，很多的设计人员为了过分的求好求快而导致其相应的优化结构超出了相应标准和规范的限制，进而也就很可能会影响到高层建筑的一些关键指标，尤其是安全性和稳定性来说更是如此，比如说如果相应的设计人员对于相应的结构美观性比较关注的话，必然就有可能对于相应的安全性产生影响，这一问题也应该引起人们的高度重视;(3)不符合整个高层建筑工程项目的基本需求，对于高层建筑工程项目结构设计的优化来说，必须要重点针对其相应的基本需求进行相应的思考，这种基本需求主要就是要求其相应的结构应该符合整个高层建筑的要求，避免和高层建筑的原始预期和基本规划产生冲突，但是在这一点上，当前很多的设计人员却存在着较为明显的忽视现象，这些忽视现象的存在也必然不利于高层建筑整体效果的实现。
3高层建筑结构设计优化措施
3．1参考高层建筑的功能性进行结构设计优化对于这种高层建筑结构设计优化工作来说，其必须要首先明确好相应的结构设计目的和要求，在此基础上才能够保障其相应的设计优化工作具备着较强的实际价值，尤其是对于相应的功能性方面的需求来说更是如此，这也就要求相应的设计人员必须要在具体的设计优化工作开始之前明确其基本的功能性需求，进而围绕着这一功能性需求进行相应的细化，如此才能够更好的保障其设计优化工作更有目的性和倾向性，也才能够更好的保障其设计优化效果的达成。具体来说，相应的设计人员就应该着重加强对于原有设计图纸的全面了解和分析，掌握其中那些设计要点是满足具体功能需求的，哪些是无用的，哪些又是对于相应的功能需求满足有所损害的，在此基础上，相应的设计优化人员就能够较好的保留一些设计中的优点，然后改善和处理掉一些设计中的不足和矛盾之处，并且对于一些无关内容进行相应的处理，最终才能够提升其具体的设计优化水平。
3．2参考高层建筑的美观性进行结构设计优化在当前现阶段的高层建筑设计过程中，相应的美观性要求也是越来越高，这一点主要就表现在具体高层建筑工程项目的结构方面，因此，针对这种美观性进行优化设计也就显得越来越必要，并且价值和作用也越来越突出，具体来说，在这种美观性设计优化过程中，应该引入后期使用客户，确定这些客户的基本需求才能够保障其更好的进行相应的设计优化，也才能够保障其设计优化的价值最大化，当然，就当前我国现阶段这种美观性设计优化的现状来看，还应该着重加强对于相应标准的参照，避免出现一些矛盾问题的出现。
3．3充分应用各种设计软件对于具体的高层建筑结构设计优化工作来说，还应该重点针对相应的技术手段进行优化升级，这种技术手段的优化升级主要就是采用一些比较先进的软件来进行相应的设计，很多高层建筑结构专业设计软件对于提升其设计的水平是极为重要的，能够更好地提升其优化效果，并且还能够有效地避免一些失误的存在，尤其是在一些具体的结构计算方面更是具备着极为突出的作用价值。
4结束语
综上所述，对于高层建筑的结构设计工作进行优化是极为必要的，这种优化的必要性主要体现在高层建筑结构的重要性以及相应优化工作的积极价值上，比如对于高层建筑使用的安全性以及施工的成本以及功能的表达等方面都具备着极强的价值和效果，但是就当前我国现阶段的高层建筑结构设计优化现状来看，很多设计人员都存在着相应的一些误区和缺陷，进而造成其具体的结构设计优化工作容易出现一些问题，基于此，在今后的相关设计优化工作中，就应该着重把握好相应的设计要求和目标，比如功能性需求、美观性需求、整体性需求等都需要进行积极地关注，当然，充分应用一些专业的技术手段进行优化也是极为必要的。
参考文献
高层建筑结构优化设计篇3
现代建筑的发展趋势，高层建筑占据越来越大的比例。由于人口的急剧增多，土地面积没有增多，这就促使人类居住条件纵向发展。以目前的建筑水平，高层、超高层住宅建筑成为了未来建筑行业的发展方向。进入二十一世纪以来，我国经济得到快速发展，高层住宅建筑在全国各地纷纷兴起。因此，优化高层住宅的建筑结构设计，提高建筑安全，显得特别重要。
1 高层住宅建筑结构设计优化的原则
结构设计的优化，是工程结构能够满足约束的条件时按照预定的目标找到最优的设计方案。要想结构做到优化，应该选择最适合的结构设计方案，能够影响整个设计的成败。相同的建筑的设计方案可以有不同的结构设计，不同的方案能够直接工程的质量和造价。同时，结构计算要准确，应用计算机对结构的设计得到进一步的完善，能够减轻结构工程师的计算分析工作，更是使结构设计合理化、经济化。高层住宅建筑结构设计在满足我国政策标准的前提下，再经过精确的计算以及分析后进行优化，必须遵循三个原则；①建筑结构必须能够正常的使用以及具有安全性。②建筑结构刚度要合理，特殊的位置要进行局部加强。③结构构件若是能够减小，应该合理的进行核减。
2 高层住宅建筑的结构设计要求
2.1 经济性的要求
高层住宅建筑结构在设计时要了解并掌握建造的地点、层数、立体形状，在保证建筑具有安全、耐久、舒适的性能后，应该采取最为经济的结构体系，在结构构件的设计过程要精打细算，严格按照规范的构造标准，不能造成不必要的浪费。由于地基基础合理的设计方案直接影响房屋的造价，所以在设计地基基础的时候更加应该要尽量采用最经济的方案，在保证质量的同时尽量节约成本。
2.2 舒适性的要求
高层住宅建筑的结构设计，在设计时要尽最大努力提供给住户舒适性的要求，比如，户型多样化，室内空间灵活化分隔，光线、温度、声音等环境的要求。所以在结构设计的时候要多融入建筑及机电方面的专业知识，尽量把居住空间露出的柱、梁产生的压抑感消除，使用分隔墙的材料保持室内明净整洁，具有良好的隔音效果，能够给居住者营造舒适幽雅的住宅环境。结构设计里还要考虑居住者存在把分隔空间进行改变的可能性，所以，在剪力墙的结构设计时，应该采取大开间的布置。
2.3 安全性以及耐久性的要求
我过实现住宅商品化以后，已经成为特殊的大型的消费商品。与其他的消费商品的最大不同是具有很强的耐用性且有很长的使用寿命期限的特点。所以，高层住宅建筑结构最基本的设计要求是具有很高的安全性以及耐久性。在选择结构体系和建筑材料时，要考虑是否能够起到抗风抗震的作用，保证在使用期限里能够进行维修改造。
3 高层住宅建筑结构设计的优化措施
3.1 折减高层住宅建筑结构的周期性
高层住宅建筑在设计框架、顶盖等结构时，由于填充墙体的具体存在，导致实际中的结构表现出来的刚度比设计时候计算得到的刚度相差比较大，计算的周期同时也比实际的周期相差比较大。因此，结构剪力算出来偏小的时候，会造成房屋的一些结构产生不安全因素，所以应该适当把房屋结构设计时计算得到的进行折减，能够取得到显著的效果，但是高层住宅建筑的框架结构，不能折剪计算得到的周期。
3.2 对剪力墙的设计要加强
剪力墙的设计关键是连梁设计。联肢墙是连梁把各墙肢进行联结组成，增大了约束墙肢的刚度。连梁刚度被增大导致结构地震作用同时增大，也增大了连梁与墙肢的分配内力，这种情况下只能把构件配筋量增大，这样的设计结果明显在很大程度上浪费了材料。所以，高层住宅建筑结构在设计的时候，不应该把具有大刚度的窗下墙当作连梁，而是要把连梁设计分为截面和小刚度的弱连梁。当然，满足了结构的刚度和变形的要求后，就要从经济的角度和抗力以及变形方面进行综合的考虑，合理进行抗侧力构件的布置。结构抗侧力的刚度随着剪力墙的数量增多而增大，但是相应的结构位移随之减小，抗侧力刚度变大的同时结构地震力也随之增大，非常不利于结构造价的控制。所以，剪力墙应该遵循周边分散、均匀等原则进行合理的布置，对水平位移的限值进行规范化，尽最大程度的把剪力墙的数量降到最低。
3.3 高层住宅建筑结构耐久性设计的优化
高层住宅建筑结构耐久性的设计能够确保在高层使用后，在合理使用的寿命期限里，应该满足居住者的使用要求。但是在设计上很多都没有达到要求，其主要原因是对建筑结构的使用过程缺乏合理的考虑，可能遭受条件以及使用环境的影响最终导致房屋结构的损伤，造成房屋可靠度的指数降低。一般情况下，高层住宅建筑结构的设计，最理想的是能够做到造价低廉和节约材料，然而最近几年来，人们的生活水平得到很大的提高，对生活质量的要求越来越高，加上在实际的工程中，由于一些使用要求、技术指标等成为了设计中的主要矛盾时，设计方案就无法单纯的追求节省经济。因此，在高层住宅建筑结构的设计以优化为目标时，应该要正确了解掌握设计中关键性的问题，主次分明的对目标进行设计的优化，使之能够达到整体满意的效果。
3.4 高层住宅建筑结构抗震性设计的优化
进行图纸的设计时，应该按抗震设防进行分类，抗震等级要依照具体的建筑高度、结构类型以国家颁布的《抗震规范》为标准进行确定。在建筑中可以不考虑地震震力的振型数据耦联扭转的计算；当振型数据>3时，要以3的整数倍进行计算，但是数据必须小于建筑物的层数；当建筑物的层数低于2层时，振型数可以采用建筑物的层数。但是在房屋结构不规则时，就要对扭耦联转进行考虑，高层住宅建筑的振型数不能低于8，建筑结构的层数多、刚度系数大，就应该多要振型数，才能达到更好的抗震效果。
3.5 结构设计要注重细节的优化
在设计过程中，不仅要注重整体结构，也要注重局部构件。浇板设计可以把异形板细分成矩形板，能够使受力更加均匀，同时也防止发生拐角裂缝。在建筑底部的梁箍筋使用的配箍量相当较大，因此箍筋采用冷轧带肋的钢筋，不仅可以减少箍筋直径和肢数，还能节约工程造价。当高层住宅建筑的结构不规则纵向时，特别要仔细计算出最薄弱的位置加以优化。
参考文献
[1]李玉兰,崔振库.高层住宅建筑结构设计优化[J].建设科技,2010,11:87.
[2]云传锋.高层住宅建筑结构设计优化[J].中国城市经济,2011,11:227.
高层建筑结构优化设计篇4
随着我国城市化进程的逐步加快，人们越来越侧重于高层建筑，建筑类型和居室功能也越来越多，建筑结构设计也出现了多种样式。但是，建筑结构设计的多样化不只是关系到建筑物的审美功能，而且也要突出表现建筑物的安全性能等，在这个意义上我们可以说，科学合理的建筑结构设计，可以促进高层建筑综合性能的发展。
一、高层建筑结构设计特点及难点
高层建筑结构设计有下面这些特点：（1）要计算高层建筑遇到较大风力影响、地震影响时所产生的水平侧向力的大小。（2）将高层建筑体的高度和宽度比例控制在合理范围内，才能保证其更加稳定。（3）保证高层建筑的平面、体型、立面质量、刚度要对称和匀称，保持建筑整体的稳固性。（4）将由于风力影响、地震影响、温度影响、基础沉降等原因引起的变形节点构造降到最小。（5）在遇有重量大、基础深等问题时，如何做好高层建筑的设计和施工问题。[1]在上面论述的众多高层建筑结构设计因素中，具有代表性的问题有扭转问题、抗风问题、抗震问题、消防设计等，下面分别进行研究。
1、扭转问题
在高层建筑中，建筑的三心指的是几何形心、刚度中心、结构重心，在设计高层建筑时要保证三心集中于一点，也就是做到三心合一，假如设计当中没有达到这一要求，那么高层建筑就可能出现扭转现象，受到水平力的影响，建筑物会受到损坏。
2、抗风问题
高层建筑具有很高的高度，容易受到风力的影响，在遇到较强风力时，会对高层建筑的柔软部分产生静力形式、动力形式的震动，特别是动力震动会影响高层建筑的墙体和支撑结构，容易造成极大的破坏作用，因此在进行高层建筑的设计时，一定要进行抗风设计，防止建筑物损坏。
3、抗震问题
高层建筑的抗震设计长期以来是设计中的一大难点，因为设计人员不能根据实际情况改变设计策略，在进行结构设计时，没有认识到抗震设计的重要性。再因为高层建筑结构复杂，设计人员在计算建筑的抗震效果时，不能做到准确无误，导致设计包含一定的缺点，在遇有地震情况发生时，常会造成建筑物的极大损坏。
4、消防问题
我国关于高层建筑的具体要求中，规定了一定要进行科学合理的消防设计，但在高层建筑消防设计中，存在着很多难以解决的问题，如高层建筑运用的材料容易燃烧、高层建筑的火势不易及时得到控制、高层建筑中的人群不能及时得到疏散、高层建筑中的排烟系统难以设计、一般情况下高层中的人员较多等。[2]
二、高层建筑结构设计优化对策
1、优化平面布局设计
在设计高层建筑时，常常会因为没有做到三心合一而出现扭转情况，使建筑物出现质量分布不均匀现象。因此在实际设计过程中，设计人员最好采用较为规则的图形设计，如正方形、矩形、圆形、正多边形等，这些图形建筑质量容易分配均匀，最好不运用L形设计、T形设计、十字形设计，在遇有特殊地质情况和结构要求时，要依据严格的规定进行设计，杜绝建筑物出现较大的突出部分，以保证建筑物的对称性为最终设计目的。
2、优化抗风结构设计
解决高层建筑由于风力影响而出现的受损情况，主要做到下面几点：一打好基础，要使高层建筑具有良好的抗风性能，首先要打好高层建筑的基础。在设计基础时可以应用级配较高的砂石，在受力层增加抗拔锚杆。二做好高层建筑的耗能结构设计。在设计高层建筑时，设计相应非承重构件时可以应用耗能构件，如楼板、剪力墙等，可以减少风力对建筑的作用。三在设计中注意减少水平荷载和风力叠加造成的破坏作用。高层建筑由于高度关系，在遇有强风时常会产生结构内力，如果水平方面产生结构内力，再加上风力的影响，则会产生更大的破坏力。[3]因此，在设计过程中要注意水平力的影响，在具体施工中应用高性能混凝土，防止出现结构内力。四增大结构的承载力和抗风力。依据高层建筑的各项数据，进行建筑的承载力计算和抗风力计算，以此为前提制订放大系数，才能保证高层建筑具有较高的抗风作用。
3、优化抗震结构设计
在高层建筑设计中，抗震设计长期以来存在很多难点，笔者依据实际工作经验，总结了做好抗震工作的几点要求：一是确定抗侧力构件的位置，在设计高层建筑时，如果能够较好的保证水平方向的对称性，则可以有效降低地震对高层建筑的影响，在设计时利用改变抗侧力构件的位置，可以在建设中形成应力分布系统，与竖直方面的侧力构件结合在一起，形成更为完整的应力分布系统，可以保证建筑具有更好的连续性和稳定性，有效应对地震。二是做好地基的抗震效果。在产生地震时，高层建筑的地基容易受到损坏，为了保证地基的安全性，可以增加桩基埋深，使桩基与上部结构紧密联系在一起，可以增加基础的抗震能力。三设计高质量的剪力墙。具有较高性能的剪力墙，在发生地震现象时，可以吸引建筑产生的内力，使墙体和楼板的刚度增加，防止建筑物产生位移，具有较好的防震效果。四尽量简化、一体化高层结构构件，利用简单化设置扶壁、筒口、筒脚等，使建筑物保持对称。还有，可以一体化设计柱子、楼板等，可以增加整体结构的连续性和刚度，提高建筑物的抗震水平。
4、优化消防结构设计
现阶段，高层建筑火灾情况不容忽视，因此必须做好高层建筑的消防结构设计工作，此项工作具体包括两方面内容，一是消防结构设计，二是使用期间的消防规范。本文主要论述消防结构方面的策略，在设计高层建筑的消防结构时，首先应该保证防火结构具有一定的距离，依据当地的地形条件，如果条件允许的情况下，防火结构间的距离可以适当加大。在应用建筑材料时，最好不应用易燃材料，通过使用耐火材料来达到防火的目的。还有，高层建筑当中应该具有优良的疏散系统，可以有效减少火灾人员伤亡数量，一般情况下，高层建筑的疏散系统是垂直的，人员一时难以分散。[4]在设计消防结构时，可以设计为双通道疏散，增加防烟区、耐火区、避难层等设备。还有，高层建筑当中，可以利用设置隔离结构的方法，控制火势的进一步蔓延，提高建筑物的消防能力。
总之，高层建筑结构设计是一个长期复杂的过程，不管哪一方面出现失误，也会影响高层建筑的设计效果，阻碍高层建筑的施工与设计，为了保证高层建筑结构设计的安全性，则一定要联系高层建筑结构的实际情况，做到科学设计、积极防范，提高高层建筑设计质量，进一步保障人民的生命财产安全。
参考文献：
[1]王璐颖.高层建筑结构设计与表现[J].科技致富向导.2010(29)
高层建筑结构优化设计篇5
Key words: high-rise shear wall structure optimization design principles design measures
中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A 文章编号：
城市人口的增加促进了大规模的城市高层建筑的发展，高层建筑在设计的过程中一般具有以下特征，即水平荷载是决定性因素，侧移为施工的控制指标，轴向变形不能够忽视等，这些成为搞成建筑优化设计中不可缺少的特点，在进行施工设计中一定要遵守。在遵守高层建筑结构设计特点的同时，剪力墙的结构设计还有一定的原则。下面本文就从这些设计原则出发进行论述，指出高层建筑剪力墙结构设计的最佳方案和相应的措施。
一 高层建筑剪力墙结构设计原则
高层建筑剪力墙的设计需要遵循一定的原则才能保证建筑物的安全和稳定，由此可见在设计的过程中除了需要对位移限制值的要求之外，还需要考虑到框架结构中各抗侧力构建的作用，重点要把握好以下几个设计的原则。
首先要坚持剪力墙连梁超限的调整原则。在进行高层建筑剪力墙结构设计过程中，需要保证剪力墙的连梁跨高比不小于2.5，避免出现剪力和弯矩超过规范值的现象，需要注意的是，在实际的设计中要充分的考虑到实际的情况，结合规范的规定进行设计。其次需要保证楼层最小剪力系数的调整原则。在高层建筑剪力墙结构优化设计的过程中，需要尽可能的减小剪力墙的布置，设计为大开间剪力墙布置方案，同时需要使楼层的最小剪力系数接近规范的极限值，保证短肢剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩占结构总底部地震倾覆力矩不能够超过40％。最后需要坚持楼层层间最大位移和层高位移的调整原则。在优化设计过程中，对于一般的高层建筑，重点要把握好楼层之间的剪切变形以及扭转变形，要尽量的满足位移的需求，对于该层建筑需要尽可能的减小扭转变形。
二 高层建筑剪力墙结构设计最佳方案
高层建筑剪力墙结果的设计方案有多重选择，选择好恰当的方案不仅能够保证建筑结构的安全性能，同时也能够最大限度的节约工程的造价，为施工企业带来较多的经济利益，所以说必须要在方案的设计阶段选择好最佳的结构设计形式。对于20层以下的高层建筑，可以选用短肢剪力墙结构体系。采用短肢剪力墙结构体系，能够合理的将一部分钢筋混凝土墙转换为砖墙或者是其他的砌体，这样能够减轻建筑物的自重，降低结构刚度，同时也能够环节结构地震的反应，增加结构的延性，保证高层建筑的稳定性和安全性。由此可见，在高层建筑剪力墙结构设计的过程中，一定要根据施工现场周围的环境，综合设计者的设计经验进行设计，并选择好最佳的设计方案，这样才能够保证高层建筑的稳定性和安全性。
三 高层建筑剪力墙结构优化设计措施
上文中从高层建筑剪力墙结构设计的原则以及最佳设计方案的选择两个方面进行了详细的论述，下面本文结合自身的设计工作经验，论述优化高层建筑剪力墙结构设计的措施。
（一）强调对高层建筑转换层的结构设计
经济的发展带动了建筑行业的发展，建筑物的功能和形式也向着更加多元化和多样化的趋势发展，高层建筑物的功能更加齐全，因此说当各个楼层的功能不一致的情况下，需要设计者在设计的过程中采取相应的变化措施，转变楼层的结构布置，以加强对高层建筑转换层的结构优化。为此，首先要明确，由于高位转换时质量较大且刚度较大的转换层升高，调整转换层本身以及其上下的刚度比使其更加接近是必要的，这一点一定要明确，同时还需要注意，转换层本身的刚度不宜过大，在设计的过程中可以通过水平的作用力进行空间分析检查，看其附近的层间位移角是否均匀，对于不均匀的情况需要及时作出优化处理。除此之外，还需要尽量的选用质量和刚度较小的转换层结构形式，在计算的时候要多选取参与组合的振型数，要通过计算仔细的分析建筑结构中可能会出现的薄弱部分，研究出具体且可行的内力分配情况方案，采用调整内力的方式进行优化设计。
（二）优化连梁的设计
高层建筑连梁设计中，要根据《高规》的相关规定进行，对于抗震以及非抗震两种情况要明确把握，要明确两种情况的跨高比有小于2.5以及大于2.5两种情况，而在截面受剪承载力以及配筋方面也有不同的规定。针对上述情况，在高吃呢个建筑连梁的设计中，需要将其进行塑形调幅，降低剪力设计值。对连梁进行塑形条幅有两种方法，首先是在内力计算之前将连梁的刚度进行折减，另一种方式则是在连梁内力计算之后，将其弯矩和剪力组合值乘以折减系数得出相应的数据，但是需要注意的是在这个过程中对于连梁的铰接处理。
（三）把握好剪力墙的厚度设计
高层建筑抗震规范中规定，八度地震设防区的剪力墙结构的抗震等级至少要在二级以上，这样能够防止因为墙体的平面外刚度较小且稳定相较差导致高层建筑在偏心荷载的作用下压屈失稳。但是规范中的规定在实际剪力墙设计中还存在着一些问题，剪力墙的厚度就是一个不能忽视的因素，在实际的设计中需要把握好剪力墙的厚度，这样才能够达到既美观又实用的效果。
（四）对剪力墙底部加强部位的优化设计措施
一般情况下，高层建筑剪力墙结构的设计，底部加强部位的高度可以选择嵌固部位以上墙肢总高度的八分之一以及底部两层高度中的较大值，对于底部带转换层的高层建筑结构，剪力墙设计中对剪力墙底部的加强部位的高度可以选取框支层加框支层以上两层的高度和墙肢总高度的八分之一的较大值。但如果将地下室的顶板作为嵌固部位，当建筑物在地震作用下的屈服部位将会发生在地上的楼层，这样同时会影响到地下层，在这种情况下，加强部位的范围需要延伸到低下一层，这样才能够起到加固的作用，保证整个建筑的坚固性能。
（五）在剪力墙优化设计中要避免出现独立的小墙肢
高层建筑剪力墙设计规范中规定了，对于矩形截面独立墙肢的截面高度不宜小于截面宽度的五倍。因此说在剪力墙结构设计的过程中，要尽量避免独立小墙肢的出现，其可以通过合并洞口的方式予以消除，或者合理布置剪力墙，使得小墙肢成为墙体的边缘，这样能够保证其受力状况明显的好于独立的小墙肢，只是在设计的时候适当的加强配筋就可以。需要注意的是，剪力墙结构需要具备足够的延性，将高层建筑剪力墙设计成为弯曲破坏的延性剪力墙，能够最大限度的避免脆性的剪切破坏，保证建筑物的稳定性。
结束语：高层建筑剪力墙结构设计对于建筑的整体质量和结构的稳定性具有重要的作用，在进行剪力墙结构设计的过程中，需要根据高层建筑工程的具体特点，对剪力墙结构的受力状态等各方面因素进行准确和分析之后在进行设计，设计中要我把握好上文中提出的几点优化措施，只有这样才能够设计出质量可靠的高层建筑。希望通过本文的论述对于今后的高层建筑剪力墙结构设计有一定的帮助作用。
参考文献：
[1] 康恒 高层住宅建筑剪力墙结构的设计与分析 科技创新导报，2012年第18期
[2] 耿超 浅析某高层框剪结构设计优化措施 建筑知识：学术刊，2011年第12期
高层建筑结构优化设计篇6
一、高层建筑结构的发展
(1)新型结构形式的应用不断增加。框架体系、剪力墙体系和框架一剪力墙(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，分为框简体系、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。
(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。
(3)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
二、设计中存在的问题
(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，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)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。而目．，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)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，无论是时间，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
三、高层建筑结构优化设计
(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。
(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。
高层建筑结构优化设计篇7
引言
在高层建筑施工设计的过程中，为了能够达到最佳的使用效果，需要采用恰当的结构设计形式，而框剪结构以其独特的优势成为目前在高层建筑结构设计过程中应用较为广泛的结构形式。框剪结构能够为建筑提供较大的平面空间，并且其具有较强的抗侧力刚度，能够更好的保证建筑物的稳定性。本文就在分析框剪结构优化设计必要性的基础上，对于剪力墙的合理选型和优化设计的措施进行分析，并指出抗震概念设计思想在该结构优化设计中的应用。
一 高层建筑框剪结构优化设计的必要性分析
和传统的高层建筑结构设计方法相比，框剪结构具有一定的优势，能够更好的发挥建筑物的使用性能。传统的结构设计方法中，一个很大的制约因素就在于其求得的一组截面并不一定是最好的，工程结构建设起来之后可能会出现重量大造价高的现象，这和之前的结构设计过程密不可分。但是框剪结构优化设计虽然和传统的结构设计有着一样的设计过程，但是其最终的目标是使得高层建筑具有良好的使用性能，并且能够最大限度的降低工程的施工造价，实现经济性和实用性的统一。
高层建筑框架剪力墙结构具有良好的受力性和适用性，在现代高层建筑设计的过程中应用非常广泛。随着高层建筑的快速增长，对框剪结构的合理选型和优化设计对于节约施工建设的成本来说也具有一定的指导意义。当前的《高层建筑混凝土结构设计规程》中对于高层建筑结构选型，尤其是对于合理布置结构还没有形成一个明确的规定，这样就为高层框剪结构的优化设计提供了更为充足的设计理由。
二 高层建筑框剪结构选型和优化设计的措施分析
高层建筑框剪结构在选型和优化设计的过程中需要注意很多事项，例如影响剪力墙用量的因素和相应的确定方法、剪力墙的截面尺寸大小以及剪力墙的平面设计等相关因素，下面本文就对这几点进行详细的分析。
（一）影响剪力墙用量的要素分析
在高层建筑框剪结构设计的过程中需要满足位移角限值的要求，还要充分的发挥该结构中各抗侧力构件的作用，以此来保证建筑的稳定性和安全性。在设计中，因为剪力墙是框剪结构中的主要抗侧力构件，所以剪力墙的用量和框剪结构的平面设计有着密切的关系，在设计中需要按照分散、均匀、对称和周边的原则进行。分散就是剪力墙的设计需要考虑到地震力分散作用在相等的多片剪力墙上，以避免地震集中造成剪力墙的破坏；均匀就是要同方向的各片剪力墙需要均匀的布置在建筑平面的每一个区域内，并且要保证每道剪力墙的承受水平力不能够超过总体水平力的40%；对称指的是剪力墙要最大限度的对称布置，以减弱地震时结构的扭转效应；周边就是要保证剪力墙沿着结构的周边进行布置，以此来提升结构的整体抗扭能力。
其次影响剪力墙用量的因素就是地震等级的大小。结构总水平地震作用将会随着剪力刚度的增加而增加。剪力墙增多，结构刚度增大，地震作用就会越强。为了能够发挥框剪结构的特性，剪力墙承担的地震倾覆力矩值需要大于地震总倾覆力矩值的50%。剪力墙不能够无限制的增加，需要根据实际的情况进行设计，以满足底部一般剪力的要求。当地震力过大的时候需要适当的减少剪力墙用量。
在剪力墙用量的设计中还需要考虑到抗震设防烈度、场地土、近场远场的影响以及结构侧移限值的影响等多个方面，在设计的过程中需要认真考虑各种因素，要在满足规范规定的位移限值条件下减少剪力墙的数量，实现经济效应和稳定效果的统一。
（二）剪力墙的平面设计
通常来讲，剪力墙需要沿着纵横两个方向布置，否则将会造成建筑物平面两个方向的刚度差异较大，增加了建筑物的扭转效应。剪力墙在设计时要尽量的设置在竖向荷载较大的地方，平面形状变化处或者是楼梯间、电梯和管道井的位置。当剪力墙不能够在结构纵横两个方向进行设计时，需要在刚度较弱的方向采用壁式框架等抗侧力构件以拉近两个方向在水平力作用下的位移值。
（三）剪力墙的截面尺寸确定
在框架剪力墙结构中，剪力墙需要有边缘的约束构件，即边框柱和边框梁。根据相关的规定，抗震要求的一二级剪力墙的底部加强部位的厚度要在200毫米以上，并且不能够小于层高或者是无支长度的十六分之一，其他的情况下要在满足不小于160毫米的基础上还需要小于层高或者是无支长度的二十分之一。在实际的设计过程中需要严格的按照规定进行，保证设计的顺利完成。对于框剪结构的边框梁的宽度来讲，需要和墙的厚度保持一致，高度可以为厚度的两倍。
（四）框剪结构优化设计
在对框剪结构进行优化设计的过程中需要对框架和剪力墙分别进行优化。对于钢筋混凝土框架结构的优化需要遵循以下步骤。首先要进行初始选型，确定之后进行结构分析，分析完成之后需要根据实际的情况，并结合自身的设计经验进行截面的优化设计，设计完成之后进行收敛性判断和可行性判断，确定之后再进行施工建设。需要注意，根据框架结构构件内力的计算结构分别对框架柱、框架梁和楼板结构实施优化设计。
剪力墙结构的优化设计则包括最优厚度设计和设置位置设计。对于框剪结构中剪力墙抗侧移构件的水平截面面积进行优化设计，需要在水平地震的租用下保证结构水平侧移值最大程度的接近相关规定中的最大侧移值。在所有优化设计完成之后再将框架结构计算得出的尺寸和剪力墙构件的最优厚度进行重新组合，形成新的框剪结构体系，对其结构内力进行分析，并且按照得到的结果对框剪结构的构件进行重新的优化设计。
三 抗震概念设计思想在该结构优化设计中的应用
通常来说，高层建筑框剪结构的优化设计体现为抗震设计，在抗震设计的过程中，概念设计思想十分关键。概念设计就是通过对建筑物的总体结构进行控制之后，再选用体型较为简单、平面对称性良好、抗侧力体系的刚度和承载力上下变化连续的方案来设计出抗震性能良好的建筑，以保证建筑物的稳定性和安全性。
框剪结构的本身就是抗震概念设计的一个重要体现，因为框架结构柱网布置十分灵活，能够满足使用的功能要求，并且是主要竖向受力构件。除此之外，框剪结构设计的过程中，对于连梁的设计也充分的体现了这一设计思想。在小震和风荷载的作用下，连梁能够起到联系墙肢并且增大剪力墙侧向刚度的作用；在中震的作用下，连梁需要先出现弯曲裂缝，之后通过塑性耗能减小墙肢在地震作用下的受损程度。
结束语：在高层建筑设计过程中，框剪结构以其优势获得了较为广泛的应用空间，在设计的过程中对于框剪结构的选型和优化设计十分关键。本文就以高层建筑框剪结构优化设计为中心，从结构优化设计的必要性、选型和设计措施以及抗震概念设计思想的应用三个方面进行了分析论述，希望对于今后的高层建筑框剪结构设计有一定的帮助作用。
参考文献：
[1] 张成秀 浅谈高层建筑的框剪结构设计 建材发展导向，2012年第18期
[2] 刘重光 浅谈高层建筑框剪结构设计 城市建设理论研究，2012年第29期
高层建筑结构优化设计篇8
Keywords: high building, structure optimization, optimization theory
中图分类号：TU97 文献标识码：A 文章编号：
结构的设计是为了建筑的展现，以达到建筑优美的外观和可观的内部空间。结构优化设计是近二十余年以来发展起来的一门新技术。目前，结构优化设计的发展正对结构设计产生重大影响。它的出现 ,使结构设计人员从被动的分析、校核而进入主动的设计，这是结构设计的一次飞跃。
1 高层建筑的发展趋势
1)随着高性能混凝土的研制和发展，混凝土的强度等级和韧性得到了很大程度的改善，尤其是高强度混凝土的出现，使用高强度混凝土可以减小结构构件尺寸，从而减小结构的自重; 高层建筑钢结构中FR 钢提高了高温时铁的强度，使钢材的防火保护层厚度减小，从而降低钢结构的造价。
2)高层建筑结构的减震是通过在结构中设置被动耗能装置，为结构提供一定的附加刚度或附加阻尼，从而消耗本来由结构构件所需承担的地震能量，以减轻结构的动力反应，从而大大减轻了高层建筑结构的变形和损伤。
3) 高层建筑组合结构是采用组合结构构件组合而成的，采用组合构件可以建造比混凝土结构更高的建筑。因为钢管内混凝土处于三轴压力作用下，能提高构件的竖向承载力，从而可以节省钢材。20 世纪60 年代初，筒体结构出现，筒体结构最主要的受力特点是它的空间受力性能，筒体结构比单片结构具有更大的抗侧刚度和承载力，并具抗扭刚度较好的特点，框筒结构将广泛应用于多功能、多用途、多层数的高层建筑中。
4) 智能建筑技术将得到发展。设备管理自动化系统、通讯网络系统、办公自动化系统是智能建筑构成所必需的三大系统。在高层建筑中有很好的应用前景。
2高层建筑结构优化设计方案
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。大部分混凝土结构设计方案中，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，使房屋在合理的使用期限内，无法满足正常的使用需求。引起房屋可靠度指数下降。设计者当选以高层混凝土结构优化为设计的主要目的时，要放弃对经济的单纯追求。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，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。
3 高层建筑中的一些问题
1) 由于受到计算速度，截面形式多和荷载约束多等条件的约束，大型结构的结构优化程序和算法还不完整。实用完整的高层建筑优化软件还没有研发出来，但是采用现有的计算软件又达不
到理想的效果。不规则的高层建筑结构在实际工程中也会出现，可能会不利于结构的抗震，对它的结构优化很重要。对结构规则布置合理的建筑物，计算后仍然会出现一些问题，这时候加大截面尺寸会增加了材料的用量，也是很不合理的。
2) 高层建筑结构优化理论发展迅速，但是实践还是远远落后。大量的研究表明，形状优化比尺寸优化更重要，因此单纯的尺寸优化达不到更好的效果。可在实际工程中，设计人员在已知的几何形状和材料等前提下，由计算软件算出所需的截面尺寸，且其满足设计要求即可。因此在以后的工程中，我们应注意结构的形状优化，达到更好的效果。
3) 传统的优化算法对型钢规格型号，建筑物尺寸不连续变化的情况下是无法计算的。而且有些问题规模较大，会导致计算量随之增加，所以迫切需要有一个完善的计算系统。
4高层建筑结构优化的几点建议
1) 截面的变量选择方法很多，选取何种优化模型是由不同的截面变量选择方法所决定，因此变量选取在高层建筑的结构优化中十分重要。在实际工程的截面优化问题中，影响构件的约束结果和造价与影响构件尺寸的因素是不同的，前者由截面的力学特性A，I 2等影响，而后者是由截面尺寸H，B 等影响。用户可以根据设定的离散域对各变量进行取值，从而保证工程的实用性。此外，根据构件的不同受力状况，梁是根据局部稳定性限制和高宽比为1 /3 ～ 1 /2 生成截面离散尺寸变量，而柱是根据局部稳定性限制和按高宽比1 /2 ～ 1 生成截面离散尺寸变量。
2) 根据《高规》规定，通过地震作用下的最大层间位移与水平荷载可以看出高层结构截面尺寸定量优化的整体约束。钢构件和混凝土构件截面优化有所不同，前者截面优化应满足强度，挠度和稳定的要求。而后者由轴压比约束，截面限制约束等控制。
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．
高层建筑结构优化设计篇9
Key words: high-rise building; shear wall; optimization design
中图分类号：[TU208.3]文献标识码：A文章编号：
一、引言
剪力墙的优点主要在于整体性强、用钢量较小而且刚度大等，所以在高层建筑施工中得到了广泛的运用。特别是像旅馆这一类房间多的建筑结构当中，墙体所采用的一般都为剪力墙结构，这样可以让承重墙与分隔墙连为一体，从而使得其经济适用。另外，使用剪力墙结构，不会有露柱与露梁的现象出现，保持了外形的美观性，也拓宽了室内空间。虽然从上面几点来看，剪力墙具备较多的优点，但是从其他方面考虑，也存在较多的问题:
1) 由于高层建筑的剪力墙本身具有较大的抗侧刚度，也就使得发生地震时，剪力墙会出现较大的反应，所以在剪力墙的上部结构以及下部结构当中投入的资金都会相应的增加;
2) 墙体的浇筑主要是混凝土，使得其具有较大的重量，不仅会浪费材料，地震反应也较大;
3) 在剪力墙的结构当中，各个墙肢不具备较大的轴压，使得各个墙肢虽然具有一定的承载能力，但是因为轴压的问题，不能够正常的发挥出应有的性能。因此，在设计当中对于高层建筑的剪力墙，如果将缺点规避，发挥出剪力墙的优点，最终达到降低工程施工造价，提高施工质量，就成为设计者应当首先考虑的问题。随着近几年的一些成绩，我们可以看出，高层建筑剪力墙的研究已经引起了有关设计人员的足够重视。
二、在剪力墙结构构件当中对于含钢量的控制
随着社会大众越来越高的建筑要求，在高层建筑当中，剪力墙结构已经占据了相当重要的地位。想要高层建筑结构的设计具有较大的经济性，就需要从含钢量入手，对于剪力墙结构进行控制。所以，在对高层建筑的剪力墙结构进行设计时，要从实际出发，根据设计要求详细的进行结构的分析，从而确保在任何种情况下，能够控制好最经济的含钢量，并且也能够满足结构的安全要求。从笔者多年的施工经验、结构设计的累积来看，对于高层建筑物的剪力墙最为合适的含钢量都有了一定的标准，对于设计也就起到了一定的建设性和指导性的意见。合适含钢量统计表如表1所示。
三、选择效率较高的剪力墙结构方案
只有当建筑结构的施工安全得到了保障之后，才能够在诸多的方案中进行对比选择，并且还应考虑工程造价能够在最低限度的情况下，选取适合此高层建筑的结构形式。
在框支剪力墙的结构当中，短肢剪力墙结构也是一个很好的选择。在框支剪力墙的结构中，为了尽量将上下层的刚度变化适度，可以采用短肢剪力墙结构这一减少了剪力墙刚度的方式。例如使用加大下一层的刚度，其经济效益就较为明显。如果高层建筑物的层数大于18，最好还是选取普通剪力墙结构。如果将短肢剪力墙结构运用到层数过大的建筑结构当中，会导致其刚度不达标，从而导致结构的安全性能也受到其影响。
四、在剪力墙结构优化设计中的有效措施
1.需要对转换层结构设计尤为注重
从高层建筑的要求来看，现代居民希望建筑物所拥有的功能多种多样，考虑到现在大楼具有较强的综合性能，尤其是在使用方面，上部与下部的机构不同。因此，在选择高层建筑物自身的结构布置时，就需要考虑相应的变化，在设计布置当中，需要将转换层的结构设置好。我们需要重视剪力墙结构的设计，考虑到在高位转换的底部大空间当中，其结构相对复杂。因为在进行高位转换时，刚度和质量较大的转换层升高，有效的将其本身与上下的刚度调整到接近的地步是非常必要的，而对于转换层自身而言，其质量与刚度都不适宜较大，在最终时，是否能够确保转换层附近的层间位移角基本达到均匀的情况，就需要在水平作用力的作用之下，进行空间精确分析，检查其均匀情况。采用转换层结构形式时，在选择上，偏向于重量与刚度皆偏小的材料，在实际的计算中，对于参与到了组合的振型数需要多多的进行选择。通过计算，我们能够计算出在结构当中，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，适当的对于构件的配筋进行相应的调整，从而达到改善薄弱部位性能的目的。
2.对于连梁设计的有效优化
在设计连梁的抗震与非抗震的时候，在高跨比的分类之上，主要是有小于2． 5 和大于2.5两种，并且对于截面配筋以及受剪承载力两个方面都有了相应的规范。而可以使用以下两种方式针对塑性调幅:1) 在进行内力计算之前，就需要拆减连梁的刚度;2) 在进行内力计算之后，连梁的剪力与弯矩的组合值还需要
乘上一个折减系数。
但是，我们应当明确的是，无论是选取了哪一种，都需要确定在实际使用阶段当中的剪力与弯矩的设计值，都要小于调整后的值。此外，在设计弯矩时，也必须大于设防烈度低一度的地震组合所得。从而对于正常使用情况之下，亦或是在小型的地震发生之后，对于裂缝进行有效防止，最终达到确保高层建筑物的安全性能。
3．转换层上下部结构优化设计
1) 在转换层的上下刚度的传递放纵，剪力墙布置存在的影响。如果要能够准确的传递上下两种不同结构形式的内力，首先需要考虑到刚度突变，而对于转换层上下的结构可以通过两种方式将刚度突变的问题加以解决:
a． 将上部的刚度减少，也就是在上部当中，能不设置剪力墙就尽量的避免设置，当满足了轴压比时，确保墙肢尽可能的短;
b． 将下部的刚度进一步的加大，在建筑满足了功能之下，再恰当的布置若干的落地剪力墙在大空间层之内，此外需要避免集中，将剪力墙均匀的分布于其中。
高层建筑结构优化设计篇10
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).
高层建筑结构优化设计篇11
0前言
剪力墙结构具备很多优势，能够很大程度的提高建筑的稳定性，因此它在高层建筑结构设计中得到了广泛的应用。随着科技的不断发展，剪力墙结构的设计开始呈现多元化，这就需要我们不断优化剪力墙结构的设计，保证设计过程中的合理性，正确的进行受力分析，使剪力墙结构更加可靠。下面我们首先来介绍一下剪力墙结构的定义、优缺点等内容，然后重点探讨一下剪力墙结构的优化措施。
1剪力墙结构的概括
1.1剪力墙结构的定义
剪力墙指的是用钢筋混凝土来做成的墙体，钢筋混凝土是主要的建筑材料之一，具有硬度高、强度高等优势，在剪力墙结构中，就是钢筋混凝土来承受水平和竖向重力，将其运用到剪力墙中也正突显了它的优势。剪力墙结构就是指用剪力墙墙体构成的承重体系，其中，剪力墙既包括竖向墙板和也包括水平方向的墙板，纵横交错的布置构成了完整的结构体系。当风作用到水平方向时，就会产生一定的晃动，这时就需要靠竖向的墙板去抗衡水平方向的作用力，从而减小建筑物的受力。这就好比用剪子在剪楼，随着剪楼的力度不断靠下，剪力就越大，形成了一种剪切行为，因此在上述中，用在抵抗外力的这种墙板被称作是剪力墙。对于剪力墙的命名也有所分歧，有些人也将剪力墙称为结构墙，因为它在承受压力时会发生一定的变形，在变形过程中，一侧受拉，而另一侧受压，主要是依靠其结构来承载受力的。
1.2传统剪力墙结构的优缺点
（1）剪力墙结构的优点
由于剪力墙是由钢筋混凝土构成，因此刚性好就是它的一大优势，正是因为它的刚性好，也决定了它的抗震、抗风能力十分强。除此之外，剪力墙结构的整体结构比较简单，用于室内非常美观。在剪力墙结构中，采用的钢筋混凝土可以就地取材，比较方便，而且它的用钢量也不多，从原料使用上比较节约。
（2）剪力墙结构的缺点
虽然说剪力墙结构有很多的优点，但是也有一定的不足，需要我们不断改进，它的缺点主要包括以下几方面：剪力墙结构的配筋率较低，使得结构的延性不够；剪力墙结构中抗侧力较大，而且建筑墙面多，建筑整体重量较大，这就会导致地震反应加大，从而造成了一定的浪费；剪力墙结构中，墙肢轴压比较低，使得墙肢承载力难以突显。另外，剪力墙结构的墙体设计比较占空间，所以不适用于面积太大的房间，具有一定的空间局限性。
综上所述，我们可以得知刚性大、抗侧力强是剪力墙的最大优点，但是这一优点也造成了工程费用增加这一缺点，如何将两者权衡，是我们需要不断研究的。
2剪力墙结构设计的优化措施
2.1剪力墙结构方案的选择
（1）层数低于20的高层建筑的结构方案选择
一般层数小于20的高层建筑，多采用传统的现浇剪力墙结构，这种结构墙肢轴压比较小，所采用的是构造配筋，墙肢承载力不能够完全发挥，而且工程费用相对较高，因此，应该选择短肢剪力墙结构形式来弥补这些不足。在短肢剪力墙结构中，将一些钢筋混凝土墙换成了其他合理的砌体，从而减轻了建筑的自身重量，使地震效应得到了一定的下降，在减少了工程费用的同时又提高了建筑的抗震性能。
（2）层数高于20的高层建筑的结构方案选择
当高层建筑层数高于20时，就不适合用短肢剪力墙结构，因为短肢剪力墙结构在层数较多的高层建筑中无法保持稳定，不能够满足工程需求，整体结构比较柔软，不具备可靠性。这时就需要采用传统的全现浇剪力墙结构，在采用这种结构时，一旦存在结构刚度过大的问题，可以通过将窗台上的钢筋混凝土墙换成其它砌体，通过细节的调整来减小自重。
高层建筑的结构设计的专业性很强，它的结构设计要求比传统的多层建筑更高，因此在剪力墙结构形式的选择上需要更加慎重。只有选择了合理的剪力墙结构方案才能够有效的保证工程质量，节约工程施工的相关费用、降低工程造价，使企业实现经济效益。在建筑结构设计的初期，除了做好构件截面和建材选择外，最主要的是选择一个合理的剪力墙结构方案，合理的选择对减少工程成本来说具有重要意义。
2.2剪力墙墙肢长度和厚度的选取
（1）剪力墙墙肢长度的选取
要将墙肢长度控制在8m以内，对于一些细高的剪力墙，例如高度和宽度的比例超过2的剪力墙，我们可以将其设计成弯曲状，从而增加了结构的延性，减少了外力对结构的破坏。如果剪力墙高度和宽度比例相当大，为了满足要求，就可以将它们做成联肢剪力墙。
（2）剪力墙墙肢厚度的选取
关于剪力墙墙肢的厚度选取可以参照表格一中的数据，通过表格可以直观的表现出墙体的最小厚度，需要注意的是，这个标准不适用于短肢剪力墙结构。对于一般的住宅建筑，高度大约为2.8-3.0m，填充墙的厚度一般为200m，因此剪力墙厚度也要达到200mm。有的高层住宅没有设计地下室，埋深超过了2.5m，为了避免剪力墙厚度大于填充墙的厚度，在布置剪力墙结构时，不要用一字型的剪力墙，应选择L型、十字型等形式。
表一墙肢最小厚度对照表
2.3剪力墙结构中用钢量的优化
随着经济的不断发展，高层建筑的需求越来越多，剪力墙最大的优势就是能够很大程度的提高建筑结构的强度，增加建筑结构的稳定性。因此被广泛的运用到了很多工程中，在采用剪力墙结构时，减少构件含钢量对节约工程成本尤为重要。经过我国不断的成功实践，并结合设计人员的多年经验，统计出了合理的构件含钢量，统计数据可参考表格二。在剪力墙结构体系中，具有一定的含钢标准十分重要，它不仅能够提高剪力墙结构的经济性，同时也推动了剪力墙结构的进一步发展。
表格二据经验含钢量统计表
3结语
随着经济的不断发展，高层建筑结构设计的要求越来越高，因此我们要给予高度重视。在各种结构体系中，剪力墙结构以其硬度高、强度高等优势受到了广大好评，被广泛的运用到高层建筑工程中。随着建筑设计需求的提高，剪力墙结构体系也需要不断优化，要根据剪力墙结构的自身特点，在不同的建筑需求中选择不同的结构形式，选择合理的方案之后，还要进行墙肢厚度和长度的制定，根据构件含钢量的相关标准进行施工，从而在加强结构稳定性的前提下，降低工程造价。
参考文献：
[1]刘彦辉,杜永峰,周福霖,谭平.高层剪力墙复合基础隔震结构地震响应分析[J].工程力学,2011（07）.
高层建筑结构优化设计篇12
作者简介：李骏如（1975-），男，工程师，大学本科，主要从事结构设计方面的工作
在经济建设不断发展的过程中，人们的生活需求不断变化，基础设施建设的规模逐渐扩大，高层和超高层建筑业随之诞生，很大程度上反应出国家建筑科技和经济发展水平的提高[1]。人口密度不断增长的过程中，高层建筑成为当今城市建设的主要趋势，也代表着城市现代化水平。为了提高高层建筑的抗震性和经济性，国内众多学者开展了对剪力墙结构的研究。针对同一建筑，经济指标的差异会由于结构墙体布置的不同而不同，主要影响因素为混凝土用量和钢材量。
1高层建筑剪力墙结构的概念设计
高层建筑需要保持较高的稳定性，在承受梁内所有重力载荷的同时，必须要承受外界风力和地震的影响，避免出现过大的振动和水平位移，保证建筑内的装饰和填充墙等完好无损，为居住者提供舒适安全的环境。高层建筑结构同时承受水平和垂直载荷，在低层结构中，水平位置的载荷较小，通常情况下可以忽略不计。在高层结构中，水平位置的载荷和地震都会对建筑造成影响，成为共同的控制因素。在建筑物高度不断增加的同时，水平载荷的位移也将发生变化，因此在高层在高层建筑设计的过程中，必须综合考虑建筑的承载能力和抗侧刚度，对水平位置的载荷进行有效控制。在水平力作用下，剪力墙结构会出现侧向变形。剪力墙结构在垂直方向上可以承受较大的载荷，在水平方向上也可以承受较大的载荷，整体性较高，侧向刚度较大，在水平力作用下，发生的位移较小，在不采用梁柱等外凸装置的情况下，提高了房内布局的合理性，但是无法提供更大的住宅空间，结构延性存在一定的缺陷。建筑物的地下室有多层时，需要采用部分框支剪力墙结构，设置科学的过渡层，保证框架-剪力墙结构向剪力墙结构良好过渡。剪力墙结构在水平方向和垂直方向上承受的载荷均较大，可以广泛应用于高层建筑，主要应用于以小房间为主的住宅，例如宾馆、公寓等。宾馆中需要较大的空间时，将其设置在另外的建筑单元中。为了满足不同方向水平力的要求，针对矩形平面，往往将剪力墙设置在纵横两个方向上，针对圆形平面，剪力墙设置在沿径向位置和环向位置上，针对三角形平面，剪力墙结构沿三个主轴方向设置[2]。
2剪力墙结构设计和计算的优化方法
2.1结构设计的优化
剪力墙结构中的空间结构，一般沿主轴方向形成双向布置，如果剪力墙有抗震需求，需要保证多个方向的布置，使多个方向上的抗侧刚度相同，提高建筑物的空间工作性能。剪力墙具有较高的抗侧刚度和承载力，为了充分发挥剪力墙结构的性能，减轻结构重量，需要结合具体建筑增大剪力墙结构的可利用空间，合理控制墙体的布置密度，保证墙体结构具有良好的侧向刚度。在设计剪力墙墙肢截面的过程中，应秉持一定的规则，竖向刚度保持均匀，剪力墙结构的门窗洞口上下对其，在垂直方向上成列布置，保证墙肢和连梁的准确性，另外，需要提高应力分布的均匀性，结合设计图纸，提高设计的安全性和可靠性。在设计过程中，保证墙肢刚度相同，如果剪力墙结构的洞口出现错?或者叠合的情况，必须将墙内配筋设置成框架形式[3]。如果剪力墙结构的长度较长，必须开设合适的洞口，将剪力墙分割成长度均匀的墙段，利用弱连梁将不同墙段连接起来，为了避免剪力墙结构引发剪切破坏，不同的独立墙段的总高度必须为界面高度的2倍以上。在抗震设计过程中，如果小墙肢截面的高度小于墙厚度的4倍，应设置合理的框架柱，并对框架柱的加密区进行全高加密。由于剪力墙结构平面内具有较大的承载力和刚度，而平面外刚度和承载力较小，因此为了提高剪力墙结构平面外的稳定性，必须对剪力墙平面外的弯矩进行控制。如果剪力墙结构和平面外的楼面梁连接时，必须避免梁端弯矩对墙体造成的影响。由于结构的抗侧刚度会受到剪力墙布置方式的影响，因此一般都会将剪力墙自下而上布置，同时在垂直方向山给改变墙体的厚度和混凝土的强度等级，或者可以减少一部分墙肢，减小侧向刚度。必须注意到剪力墙结构如果沿垂直位置不连续，将导致刚度突变，影响建筑结构的抗震效果。剪力墙设计过程中，先结合实际工程对结构进行分析，符合层间位移、周期比等指标的要求，确定出剪力墙厚度，结合建筑的抗震需求，满足结构的构造要求。
2.2计算优化
在剪力墙结构设计中，重点关注结构设计的合理性，如果剪力墙就结构的刚度较大，将不能满足层间位移的要求，结合楼层的最小剪力系数，保证计算结果接近规定值。控制好结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的自振周期之比符合要求。考虑地震影响的过程中，高层建筑竖向构件的最大水平位移在楼层平均值的1.2倍以下，同时保证剪力墙连梁和底部加强区的轴压比满足要求。在调整楼层最小剪力系数的过程中，减少剪力墙的布置，保证结构的侧向刚度满足要求，使楼层的最小建立系数达到规范限值。减轻结构自重，减小地震的影响，降低工程造价。在最大层间最大位移和层高之比调整的过程中，充分考虑楼间的弯曲变形，在高层建筑汇总尽可能将扭转变形控制在最小，结合层间位移的特点，增强竖向构件的刚度。在实际工程设计中，不可盲目增加竖向构件的刚度，必须注意实际结构的剪重比，如果剪重比较大，必须先减小对应一侧的结构刚度，减小地震作用的同时，提高结构的整体效果[4]。
3应用实例
3.1工程概况
某高层建筑总高度52.6m，共18层，层高2.9m，建筑面积6500m2，基本地震加速度值为0.20g，抗震设防烈度Ⅷ度，基本风压为0.55kN/m2，采用二级剪力墙结构，混凝土强度等级为C30~C25，钢筋梁强度HRB400，钢筋板强度HPB235。
3.2结构布置
原结构标准层剪力墙结构的布置未优化前采用纯剪力墙结构，墙肢底部加强部位宽度为250mm，底部以上宽度200mm，利用SATWE方法计算后发现该剪力墙的利用率较低，底层墙肢轴压比为0.35~0.40之间，将结构位移控制在1.2以内，结构周期和位移角较小，整体刚度较强。结合实际工程的特点，对主要的问题进行分析，对剪力墙结构布置进行优化调整。优化前和优化后的剪力墙结构对比后可以看出，原结构攻读较大，层间位移不足，优化后的机构刚度适宜，分布也较为均匀，位移角和位移比均有所增加，在结构布置和墙肢长度的调整过程中，将底层轴压比控制在0.50以下，使得剪力墙成分发挥出较高的承载力和刚度，优化后的成根本明显低于优化前。
4结束语
剪力墙结构在高层建筑的应用过程中，设计阶段的成本控制影响着后期的施工成本，项目设计一般都存在较大的优化空间，在建筑领域应用优化设计，不仅可以节约能源，还可以提高建筑物本身的性能。结构优化设计中可以降低成本造价，增大建筑的应用空间，值得在实际工程设计中推广。
参考文献
[1]王艳军.高层建筑剪力墙结构优化设计浅析[J].山西建筑，2010，36（5）：73.
[2]黎星才.高层剪力墙结构优化设计与经济分析[J].新建设：现代物业上旬刊，2011，12（8）：200.
高层建筑结构优化设计篇13
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，并有效控制结构水平力，这种用钢筋混凝土墙板来承受竖向和水平力结构称为剪力墙结构。剪力墙结构应用于建筑时不仅要符合建筑物整体布局结构，还要满足建筑物平面布置，剪力墙结构在整体建筑中是个重要结构构件，是起到抗震、抗风以及传导荷载导致的剪力、轴力等结构构件，因此在整个建筑中剪力墙结构是重要承载体系；剪力墙是建筑物分隔墙和围护墙，因此墙体布局同时满足建筑平面布置，然而剪力墙间距有一定限制，故不可能开间太大，所以在使用剪力墙结构时通常采用混凝土结构作为楼层盖板，且通常采用平板，可不设置梁，这样可节约层高，提高空间利用率。这种结构在高层建筑中被广泛利用的另一原因是有很好承载能力，且有很好的整体性比框架结构有更好的抗侧力能力，因此可建造较高建筑物。
二、剪力墙结构设计基本原则
（1）构件设计要严格遵守肢长和厚度比值。由于剪力墙高度和宽度尺寸都有很大不同，要据几何特征和受力形态来计算肢长和厚度比值，据结果实施按柱设计或是按双向受压构件设计。
（2）既要满足刚度要求又要具有很强变形性能和延性。此结构墙体会承担来自建筑多方向压力，剪力墙结构若想有效而综合处理这些方向压力就须采用延性弯曲型剪力墙结构，这样能有效综合各方压力，从而提高墙体刚性和抗震性能。
（3）剪力墙在设计时候要尽量避免平面外搭接，实在避免不了时应按规范采取相应措施，以保证剪力墙平面外安全。
三、高层建筑剪力墙结构优化设计
（一）高层剪力墙结构布置要求
因剪力墙结构在整体建筑中起到抗震、抗风以及传导荷载力导致的剪力、轴力等的结构构件，且剪力墙结构还是建筑物隔离墙，所以剪力墙结构大多数是顺着主轴线布置。剪力墙结构具有较强抗脆性和延性变形、弯曲延性，设计师在设计剪力墙结构时，剪力墙要具有相对较大高度与宽度，但剪力墙厚度要较小一点，这也符合剪力墙特征。对剪力墙结构墙布置应在“周边、对称、成对”前提下，尽可能减少墙肢片数量和暗柱数量。
（二）加强剪力墙结构均衡设计
高层剪力墙结构均衡设计需工作人员使用合理对策，促进剪力墙结构受力平均，不仅可提高工程安全性能和结构合理，且还可节约高层建筑造价成本。剪力墙结构的合理设计需工作人员依据建筑物平面布局状况来实现，设计人员分析各种情况，得出剪力墙结构优化设计方案，这包括设计人员依据施工场地现状，设计出科学合理剪力墙结构，在设计人员设计好剪力墙结构方案同时要制定出符合设计要求的管理条例，加强对剪力墙结构检查和监督，增强施工人员安全意识和管理团队科学管理水平，保证施工人员严格按照设计方案和施工图纸进行施工，保障施工质量，特别是剪力墙结构质量。
（三）剪力墙结构厚度
对剪力墙厚度，相关抗震建筑规定有着较明确数据规定，因此高层建筑剪力墙结构在设计时须严格按照这些数据规定进行。例如5～15层的剪力墙结构，一般墙肢在重力荷载代表值作用下轴压比都5～4.2m时，则墙厚需要320mm～350mm，显然不合理。故像这样特殊情况的高层建筑应通过采用概念设计分析，控制墙肢轴压比，进行墙体截面条件、强度和稳定性验算并在构造上适当加强暗柱或配筋，确保整体连结从而减小墙的厚度。
（四）剪力墙结构墙体配筋优化设计
关于墙体配筋在剪力墙结构中的优化设计，第一步要选择优质材料，其中钢筋材料选择是重中之重，选择质优钢筋需检查钢筋各种合格证明，这是钢筋进场前的首要工作，符合要求的钢筋才可进入施工场地，剪力墙结构墙体配筋大多数需把垂直钢筋安置在里面，水平钢筋安置在外面。这是因地底下墙体配筋相对于其他部分较多，且地下水压和土压造成压力较强，剪力墙结构配筋通常符合建议标准和工程测算的最小配筋率即可。依据实际现状制定剪力墙优化设计能较好减少投资成本。对剪力墙厚度选择尤为重要，不必特意把最小厚度定为200mm，在满足结构计算要求前提下也可采用180mm或160mm剪力墙。
（五）剪力墙结构连梁的优化设计
相关剪力墙结构标准中明确提出，如连梁的跨高比大于5的时，就需按照框架梁要求展开设计，这也就是表示，跨高比大于5的连梁，其刚度不可减少，然而当连梁跨高比在5～6时，一旦刚度不减少，很有可能造成剪力过大的情况，使得建设工程成本增加，浪费资源。解决方法就是使跨高比大于6，这样就可明显减少钢筋与混凝土使用量，有效减少投资成本。
（六）层间位移比和最大位移的优化设计
依据规定，在核算常遇地震作用标准值造成楼层最大的弹性层间位移时，把以高层变形建筑物排除以外，大多数不扣除整个结构的弯矩变形，同时算入扭转变形。所以，以高层建筑为例，首要任务是制止楼层间和剪切变形。据制约的垂直构件数量可制约剪切变形，一旦单数构件布置的不科学，一样能产生很大的扭转变形，所以，高层建筑需最大可能减少扭转变形，不可随意增设构件刚度。
（七）剪力墙结构计算的优化
在剪力墙结构设计时，应对结构合理性进行考察分析，比如在剪力墙结构刚度适宜情况下，应对规范规定的楼层最小剪力系数进行计算来保证楼层最大层间位移与层高之比的规范性；在对偶然偏心影响地震作用下进行分析后，应对楼层竖向构件最大水平位移和层间位移进行计算，保证A级高度高层建筑基本保持在楼层高度平均值的1.2倍内，当超过1.2倍时，也绝对不能超过楼层高度平均值的1.5倍等等。
对楼层最小剪力系数的调整，短肢剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩应该在结构的总力矩的百分之四十以下，在此基础上应该合理的对剪力墙进行设置，设计合理的剪力墙设置方案，保证剪力墙侧向刚度的合理性，在楼层最小剪力系数上也应该控制在一定的范围内，通过这样的设计能够使得剪力墙结构的自重降低，进而对地震作用有着一定的抑制作用，同时还能节省一定的施工成本。对于楼层最大层间最大位移与层高之比的调整，在进行多地震作用的楼层的最大层间位移的计算时，要注意楼间弯曲变形，对于整体结构弯曲变形可以不进行扣除。所以要保证高层建筑的扭转变形控制在最小的范围内，在对层间位移进行充分的分析之后在进行竖向构件刚度的改变。但是有的设计人员会通过增加某一方向上的侧向刚度来保证该方向上的层间位移上的要求，但是这样的设计会使得结构的剪重比难以控制。除此之外，还应该对结构扭转为主和结构平动为主的第一自振周期之比以及连梁超限等方面进行调整，从而更好的保证高层建筑剪力墙结构设计的最优化。
结语
综上，建筑企业若想在未来的建筑行业竞争中获取更多的主动权，就必须加强对建筑结构设计的重视。高层建筑剪力墙结构设计对整个高层建筑项目的施工质量保证具有关键性作用，必须重视对设计技术的研究和不断探索。
