導語：如何才能寫好一篇高層建筑結構優(yōu)化設計，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

[關鍵詞]高層建筑；結構設計；優(yōu)化設計

隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，城市人口的不多增加以及建設用地的日趨緊張，使得高層建筑如雨后春筍般發(fā)展。從現(xiàn)在的建筑水平來說，高層建筑或高層住宅是今后整個建筑業(yè)的重點。所以高層建筑結構優(yōu)化設計的重要性就日益凸顯出來。

所謂結構優(yōu)化設計，就是指工程結構在滿足約束條件下按照預定目標求出最優(yōu)方案的設計方法。

1.高層建筑的發(fā)展方向

1.1新材料的開發(fā)和應用

隨著高性能混凝土的研制和發(fā)展，混凝土的強度等級和韌性得到了很大程度的改善，尤其是高強度混凝土的出現(xiàn)，使用高強度混凝土可以減小結構構件尺寸，從而減小結構的自重；高層建筑鋼結構中FR鋼提高了高溫時鐵的強度，使鋼材的防火保護層厚度減小，從而降低鋼結構的造價。

1.2隔震和消能減震設計得到推廣

目前我國和世界各國普遍采用的傳統(tǒng)抗震結構體系是“延性結構體系”，即適當控制結構物的剛度，但容許結構構件在地震時進入非彈性狀態(tài)，并具有較大的延性，以消耗地震能量，減輕地震反應，使結構物“裂而不倒”。高層建筑結構的減震是通過在結構中設置被動耗能裝置，為結構提供一定的附加剛度或附加阻尼，從而消耗本來由結構構件所需承擔的地震能量，以減輕結構的動力反應，從而大大減輕了高層建筑結構的變形和損傷。

1.3智能建筑技術得到發(fā)展

現(xiàn)代建筑技術和高新技術產(chǎn)業(yè)的結合促成了智能建筑的產(chǎn)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(jīng)營四要素各自優(yōu)化、相互聯(lián)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(tǒng)、服務和管理，以及它們之間的內(nèi)在聯(lián)系，以最優(yōu)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(huán)境空間。智能建筑的構成至少必須具備三大系統(tǒng)：設備管理自動化系統(tǒng)、通訊網(wǎng)絡系統(tǒng)、辦公自動化系統(tǒng)，并以此應用現(xiàn)代4C技術構成智能建筑結構與系統(tǒng)，結合現(xiàn)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(huán)境空間。

2.高層建筑優(yōu)化設計過程中出現(xiàn)的問題

目前，結構優(yōu)化的應用遠遠落后于理論進展，特是高層建筑土木建筑結構的優(yōu)化設計應用還不普遍。其主要原因有：

2.1高層建筑結構優(yōu)化工作量比較大

高層建筑優(yōu)化理論相對落后，而且目前沒有實用的結構優(yōu)化軟件，高層建筑結構優(yōu)化變量個數(shù)比較多，且變量隨著結構的復雜程度而急劇增加，又難以區(qū)分主動變量和被動變量，只能求出相對最優(yōu)解。高層建筑結構優(yōu)化問題需要通過反復多次尋優(yōu)，結構優(yōu)化分析極少能一次成功，這就大大增加了高層建筑優(yōu)化分析的工作量。

2.2結構尺寸

如果只重視結構尺寸的優(yōu)化（即在給定結構的幾何形狀、荷載和材料的情況下，求出滿足約束條件的最優(yōu)構件截面），而忽視結構整體的優(yōu)化。現(xiàn)在結果表明，形狀優(yōu)化比尺寸優(yōu)化更有意義。單純的尺寸優(yōu)化無法接近最優(yōu)的結果，也不能令人信服。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(guī)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(yōu)化所能達到的經(jīng)濟效益未予以足夠的重視。

2.3對離散變量無法做出準確的分析

建筑物尺寸以及鋼筋、型鋼規(guī)格型號等都不是連續(xù)變化的，因此，傳統(tǒng)的優(yōu)化方法，如各種梯度算法、對偶算法等解析算法均無法勝任。而且，由于問題的規(guī)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.高層建筑結構優(yōu)化設計的方法

3.1方法

對高層建筑結構方案進行優(yōu)化采用何種方法，首先應分析這一問題的目標函數(shù)、目標函數(shù)中的各種變量，這些變量之間的各種數(shù)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(yōu)化還是直接優(yōu)化方法來確定。高層建筑結構方案優(yōu)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(nèi)力后的強度計算及位移變形等條件。因此，目標函數(shù)很難用明確的數(shù)學解析式來表達，不能用數(shù)學上求極小值的方法，也就是一般所說的間接優(yōu)化方法來優(yōu)化。高層建筑結構方案的優(yōu)化只能采用直接優(yōu)化法來解決，即給目標函數(shù)中變量以已知值，經(jīng)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(shù)的最優(yōu)值。因此，可以采用滿應力法進行高層建筑結構優(yōu)化設計。

3.2滿應力設計法是在桁架等桿系結構的設計中發(fā)展起來的，是結構優(yōu)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(guī)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(yōu)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。

3.3利用滿應力設計法進行高層建筑的結構優(yōu)化設計要遵循以下步驟：①要根據(jù)常規(guī)做法和經(jīng)驗確定結構構件的初始截面尺寸，并按構件分類分別建立柱、墻、梁可供選擇截面尺寸的數(shù)據(jù)庫；②要對結構構件進行力學分析，算出各工況下結構的位移及內(nèi)力，并對結構構件進行承載力計算；③要根據(jù)計算結果，對構

件截面尺寸進行調(diào)整，在滿足位移條件的前提下，盡量充分發(fā)揮

構件材料的性能，即按規(guī)范計算使其接近滿應力狀態(tài)。

總之，由于目前我國高層建筑發(fā)展迅速，在其結構設計中經(jīng)常遇會到各種問題，這就需要結構設計人員不斷地積累經(jīng)驗，自主創(chuàng)新，利用正確概念進行結構設計。因此，結構工程師必須在每一個工程項目的設計中都能做到不斷地探求自然法則，不懈地追求相對的最優(yōu)，要通過反思比較，在經(jīng)驗積累中不斷提高自己的判斷力和創(chuàng)新力。通過結構優(yōu)化設計來降低工程造價是控制工程投資的一個有效途徑，而正確處理技術與經(jīng)濟的對立統(tǒng)一是控制投資的關鍵。不能片面強調(diào)節(jié)約投資，而降低技術和質(zhì)量標準，又要反對重技術、輕經(jīng)濟，設計保守浪費的現(xiàn)象。建筑結構設計的首要任務是滿足建筑功能的需求，實現(xiàn)建筑物適用、安全、美觀、經(jīng)濟的目標。

參考文獻

[1]沈蒲生.高層建筑結構設計[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.

篇2

關鍵詞：建筑結構；優(yōu)化設計；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

中圖分類號：S611文獻標識碼：A 文章編號：

一般而言，在建筑結構的設計方案產(chǎn)生之初，建筑的結構從各個方面就存在一定的優(yōu)劣問題，然后再利用建筑的后續(xù)設計以及相關工序的計算研究設計等等，選擇合適的材料可以對設計的結構進行一定的優(yōu)化。本文重點談論了對于建筑結構優(yōu)化的相關措施，指出平常設計中存在的一些缺陷，作為專業(yè)的結構設計師，應把握結構設計中的原則特點，重視質(zhì)量，設計出符合規(guī)定的建筑。以下種種，僅當各位借鑒參考之用。

一、高層建筑的一般結構體系

1、 框架――剪力墻體系

何謂框架――剪力墻體系，即在有些框架體系的硬度和強度達不到預期的要求，需借助外力來維持其正常形態(tài)時，可以在建筑平面的相關地方設計能承受相當力量的剪力墻以替代一部分的框架，這樣的建筑體系即為框架――剪力墻體系。一般而言，體系中的剪力墻需要承受建筑的水平方向的剪力，而框架則需承受垂直方向。該墻的設計，在某方面而言大大的加強了結構在側向方面的剛度，減少建筑水平位移，使得建筑在各個平面上的受力更為均勻，因此在結構設計中來說，這種體系要優(yōu)于框架體系。

2、 剪力墻體系

剪力墻體系的主要特點是建筑的受力主體基本上全部為剪力墻構成，其中，單片剪力墻需要承受建筑的所有垂直方向的負載。該體系在結構的剛度等方面要優(yōu)于框架體系和框架――剪力墻體系，它的位移曲線一般是彎曲的，這使得它具有很好的延伸能力，建筑各面受力更為均勻直接。同時也具有很好的整體性，能夠抵抗相當?shù)牡顾Γ且豁椣喈敳诲e的結構體系。

3、筒體體系

筒體體系是指建筑的筒體的結構體系為抗測力構件組成的體系。其中包含了很多建筑型式，主要是單筒體、多束筒或是筒中筒等等。筒體屬于空間構件之一，一般分為實腹筒和空腹筒。其中前一種一般是用相關的結構單體在建筑的平面或者曲面方向圍成三維豎向結構體，而后一種則是指一定的空間受力構件，這些構件主要由密排柱或開孔的鋼筋等組成。這種體系的構件受力合理，建筑的抗風、震能力突出，結構剛度強度較大，一般用于高層建筑。

二、現(xiàn)代高層建筑結構設計存在的缺陷

其實對于大部分建筑來說，基本在橫向和側向方面的設計原理沒有什么差別的，不管該建筑是高層低層或是多層。但是，高度越高，側向方面需要考慮的設計因素要求更多，究其原因有二，一是因為樓層越高，建筑在豎向需要承受的壓力越大，這就要求設計更大的柱、筒、墻等等。二是在建筑中一般的側向力比橫向力產(chǎn)生的傾覆與變形壓力要大很多，對于豎向負載而言，壓力的變化不是線型增加而是急劇增加，這使得建筑在抗壓抗震等方面的效果更為明顯。而在現(xiàn)代具有較高樓層建筑，存在的問題絕不僅僅只體現(xiàn)在結構的抗剪中，更為重要明顯的問題出在建筑整體的抗彎曲和變形上。在低層建筑與高層建筑的結構受力方面一直存在很大的差異，設計中尤其需要注意這一問題，其中的共振、水平側向位移或是剪重等等也是不可忽視的問題之一，設計師在設計時應綜合考慮并研究其受力分析。

三、優(yōu)化建筑結構設計的措施

1、重視建筑的概念設計

概念形成是人們從感性到理性的升華，反映了人們對事物的客觀認識。而結構設計師在必須掌握基本的概念設計，因為只有正確的概念設計才能設計出結構合理、構件平衡、安全經(jīng)濟的建筑，這一概念是工程設計的基本思想并被貫穿于設計的整個過程。設計師運用自己深厚的設計理論及自身積累的經(jīng)驗，形成自己的設計概念，并運用這一概念完成高水平的設計工程。是以概念設計是設計師應具備的水平之一。

2、加強抗震設計的理念

總所周知，對于高層建筑而言，除了需要承受建筑物本身的垂直負荷之外，還需要承受相當?shù)膫认蝻L負載以及地震的沖擊，顯然后一種更為重要。而在高層建筑中不同高度在抗側力方面的強度也不盡相同，這就導致了薄弱層面的出現(xiàn)，這在設計中應要盡量避免或是減弱。目前，在我國的建筑抗震設計規(guī)范中，對于抗震有著兩個階段的設計方式，以求提高建筑的抗震能力。在第一個階段中，設計師在設計時要充分運用地震參數(shù)對建筑結構在彈性的狀況下產(chǎn)生的地震效應等進行相應的計算。而在第二個設計階段中，則采用相應的地震參數(shù)計算建筑的薄弱樓層，然后對薄弱環(huán)節(jié)進行側向位移或者是轉(zhuǎn)角處理，但得使設計要小于規(guī)定的限值，這樣才能在不影響建筑本身的情況下盡量減弱薄弱層的影響。

3、綜合考慮優(yōu)化結構設計

設計師在設計建筑時要考慮結構設計中的幾種優(yōu)化方案，并同時綜合考慮各方面的外界和內(nèi)部因素。內(nèi)部因素包括各個構件的可能承受的受力負載，特別是高層建筑需要重點考慮其豎向方面的受力承受，采取那種結構體系更為合理，但也要遵循經(jīng)濟的原則，而水平受力方面則要考慮建筑的抗倒塌等能力，外界因素則要考慮建筑所在地方的平常風力，抗震以及溫度應力等等，綜合各個方面進行設計。在設計地基時，應理論結合自己的實踐經(jīng)驗綜合設計，同時預測可能出現(xiàn)的各種問題，并分析提出一定的解決措施。在對建筑的受力等進行計算時要記住“強柱弱粱、強剪弱彎、強壓弱拉”的這一原則,切不能憑自己的想象隨意增加建筑的配筋量，而要仔細考慮構件本身的各項性能，對于建筑的薄弱環(huán)節(jié)重點關注，盡量減少危害發(fā)生的可能。同時也要對建筑的組成材料考慮溫度應力的問題，對于鋼筋等材料而言，溫度具有一定的影響?？偠灾?，在設計過程中，從建筑結構選型、設計布置以及相關的計算過程，都要綜合考慮每個可能出現(xiàn)的因素及問題，最好進行一下建筑受力極限驗算，這樣才能保證該設計方案的可行性與安全性。

總而言之，高層建筑的結構設計是一項相當繁重的任務，設計師在設計時在設計時應考慮的問題很多，需充分應用自己的理論知識，結合自己多年豐富的經(jīng)驗，按照需求，科學的計算設計出符合的建筑，并對其進行一定優(yōu)化完善，保證建筑的安全與經(jīng)濟。

參考文獻：

[1]李志；高層建筑抗震設計分析[J]；中外建筑；2010年

篇3

關鍵字：高層建筑；框剪結構；優(yōu)化設計；必要性；措施分析

中圖分類號：TU74文獻標識碼：A

引言

在高層建筑施工設計的過程中，為了能夠達到最佳的使用效果，需要采用恰當?shù)慕Y構設計形式，而框剪結構以其獨特的優(yōu)勢成為目前在高層建筑結構設計過程中應用較為廣泛的結構形式?？蚣艚Y構能夠為建筑提供較大的平面空間，并且其具有較強的抗側力剛度，能夠更好的保證建筑物的穩(wěn)定性。本文就在分析框剪結構優(yōu)化設計必要性的基礎上，對于剪力墻的合理選型和優(yōu)化設計的措施進行分析，并指出抗震概念設計思想在該結構優(yōu)化設計中的應用。

一 高層建筑框剪結構優(yōu)化設計的必要性分析

和傳統(tǒng)的高層建筑結構設計方法相比，框剪結構具有一定的優(yōu)勢，能夠更好的發(fā)揮建筑物的使用性能。傳統(tǒng)的結構設計方法中，一個很大的制約因素就在于其求得的一組截面并不一定是最好的，工程結構建設起來之后可能會出現(xiàn)重量大造價高的現(xiàn)象，這和之前的結構設計過程密不可分。但是框剪結構優(yōu)化設計雖然和傳統(tǒng)的結構設計有著一樣的設計過程，但是其最終的目標是使得高層建筑具有良好的使用性能，并且能夠最大限度的降低工程的施工造價，實現(xiàn)經(jīng)濟性和實用性的統(tǒng)一。

高層建筑框架剪力墻結構具有良好的受力性和適用性，在現(xiàn)代高層建筑設計的過程中應用非常廣泛。隨著高層建筑的快速增長，對框剪結構的合理選型和優(yōu)化設計對于節(jié)約施工建設的成本來說也具有一定的指導意義。當前的《高層建筑混凝土結構設計規(guī)程》中對于高層建筑結構選型，尤其是對于合理布置結構還沒有形成一個明確的規(guī)定，這樣就為高層框剪結構的優(yōu)化設計提供了更為充足的設計理由。

二 高層建筑框剪結構選型和優(yōu)化設計的措施分析

高層建筑框剪結構在選型和優(yōu)化設計的過程中需要注意很多事項，例如影響剪力墻用量的因素和相應的確定方法、剪力墻的截面尺寸大小以及剪力墻的平面設計等相關因素，下面本文就對這幾點進行詳細的分析。

（一）影響剪力墻用量的要素分析

在高層建筑框剪結構設計的過程中需要滿足位移角限值的要求，還要充分的發(fā)揮該結構中各抗側力構件的作用，以此來保證建筑的穩(wěn)定性和安全性。在設計中，因為剪力墻是框剪結構中的主要抗側力構件，所以剪力墻的用量和框剪結構的平面設計有著密切的關系，在設計中需要按照分散、均勻、對稱和周邊的原則進行。分散就是剪力墻的設計需要考慮到地震力分散作用在相等的多片剪力墻上，以避免地震集中造成剪力墻的破壞；均勻就是要同方向的各片剪力墻需要均勻的布置在建筑平面的每一個區(qū)域內(nèi)，并且要保證每道剪力墻的承受水平力不能夠超過總體水平力的40%；對稱指的是剪力墻要最大限度的對稱布置，以減弱地震時結構的扭轉(zhuǎn)效應；周邊就是要保證剪力墻沿著結構的周邊進行布置，以此來提升結構的整體抗扭能力。

其次影響剪力墻用量的因素就是地震等級的大小。結構總水平地震作用將會隨著剪力剛度的增加而增加。剪力墻增多，結構剛度增大，地震作用就會越強。為了能夠發(fā)揮框剪結構的特性，剪力墻承擔的地震傾覆力矩值需要大于地震總傾覆力矩值的50%。剪力墻不能夠無限制的增加，需要根據(jù)實際的情況進行設計，以滿足底部一般剪力的要求。當?shù)卣鹆^大的時候需要適當?shù)臏p少剪力墻用量。

在剪力墻用量的設計中還需要考慮到抗震設防烈度、場地土、近場遠場的影響以及結構側移限值的影響等多個方面，在設計的過程中需要認真考慮各種因素，要在滿足規(guī)范規(guī)定的位移限值條件下減少剪力墻的數(shù)量，實現(xiàn)經(jīng)濟效應和穩(wěn)定效果的統(tǒng)一。

（二）剪力墻的平面設計

通常來講，剪力墻需要沿著縱橫兩個方向布置，否則將會造成建筑物平面兩個方向的剛度差異較大，增加了建筑物的扭轉(zhuǎn)效應。剪力墻在設計時要盡量的設置在豎向荷載較大的地方，平面形狀變化處或者是樓梯間、電梯和管道井的位置。當剪力墻不能夠在結構縱橫兩個方向進行設計時，需要在剛度較弱的方向采用壁式框架等抗側力構件以拉近兩個方向在水平力作用下的位移值。

（三）剪力墻的截面尺寸確定

在框架剪力墻結構中，剪力墻需要有邊緣的約束構件，即邊框柱和邊框梁。根據(jù)相關的規(guī)定，抗震要求的一二級剪力墻的底部加強部位的厚度要在200毫米以上，并且不能夠小于層高或者是無支長度的十六分之一，其他的情況下要在滿足不小于160毫米的基礎上還需要小于層高或者是無支長度的二十分之一。在實際的設計過程中需要嚴格的按照規(guī)定進行，保證設計的順利完成。對于框剪結構的邊框梁的寬度來講，需要和墻的厚度保持一致，高度可以為厚度的兩倍。

（四）框剪結構優(yōu)化設計

在對框剪結構進行優(yōu)化設計的過程中需要對框架和剪力墻分別進行優(yōu)化。對于鋼筋混凝土框架結構的優(yōu)化需要遵循以下步驟。首先要進行初始選型，確定之后進行結構分析，分析完成之后需要根據(jù)實際的情況，并結合自身的設計經(jīng)驗進行截面的優(yōu)化設計，設計完成之后進行收斂性判斷和可行性判斷，確定之后再進行施工建設。需要注意，根據(jù)框架結構構件內(nèi)力的計算結構分別對框架柱、框架梁和樓板結構實施優(yōu)化設計。

剪力墻結構的優(yōu)化設計則包括最優(yōu)厚度設計和設置位置設計。對于框剪結構中剪力墻抗側移構件的水平截面面積進行優(yōu)化設計，需要在水平地震的租用下保證結構水平側移值最大程度的接近相關規(guī)定中的最大側移值。在所有優(yōu)化設計完成之后再將框架結構計算得出的尺寸和剪力墻構件的最優(yōu)厚度進行重新組合，形成新的框剪結構體系，對其結構內(nèi)力進行分析，并且按照得到的結果對框剪結構的構件進行重新的優(yōu)化設計。

三 抗震概念設計思想在該結構優(yōu)化設計中的應用

通常來說，高層建筑框剪結構的優(yōu)化設計體現(xiàn)為抗震設計，在抗震設計的過程中，概念設計思想十分關鍵。概念設計就是通過對建筑物的總體結構進行控制之后，再選用體型較為簡單、平面對稱性良好、抗側力體系的剛度和承載力上下變化連續(xù)的方案來設計出抗震性能良好的建筑，以保證建筑物的穩(wěn)定性和安全性。

框剪結構的本身就是抗震概念設計的一個重要體現(xiàn)，因為框架結構柱網(wǎng)布置十分靈活，能夠滿足使用的功能要求，并且是主要豎向受力構件。除此之外，框剪結構設計的過程中，對于連梁的設計也充分的體現(xiàn)了這一設計思想。在小震和風荷載的作用下，連梁能夠起到聯(lián)系墻肢并且增大剪力墻側向剛度的作用；在中震的作用下，連梁需要先出現(xiàn)彎曲裂縫，之后通過塑性耗能減小墻肢在地震作用下的受損程度。

結束語：在高層建筑設計過程中，框剪結構以其優(yōu)勢獲得了較為廣泛的應用空間，在設計的過程中對于框剪結構的選型和優(yōu)化設計十分關鍵。本文就以高層建筑框剪結構優(yōu)化設計為中心，從結構優(yōu)化設計的必要性、選型和設計措施以及抗震概念設計思想的應用三個方面進行了分析論述，希望對于今后的高層建筑框剪結構設計有一定的幫助作用。

參考文獻：

[1] 張成秀 淺談高層建筑的框剪結構設計 建材發(fā)展導向，2012年第18期

[2] 劉重光 淺談高層建筑框剪結構設計 城市建設理論研究，2012年第29期

[3] 石健 高層建筑框剪結構設計探討 廣東建材，2007年第12期

篇4

關鍵詞：高層建筑；剪力墻結構；優(yōu)化設計

中圖分類號：TU973+.16文獻標識碼：A文章編號：1673-0038（2015）52-0107-02

作者簡介：李駿如（1975-），男，工程師，大學本科，主要從事結構設計方面的工作

在經(jīng)濟建設不斷發(fā)展的過程中，人們的生活需求不斷變化，基礎設施建設的規(guī)模逐漸擴大，高層和超高層建筑業(yè)隨之誕生，很大程度上反應出國家建筑科技和經(jīng)濟發(fā)展水平的提高[1]。人口密度不斷增長的過程中，高層建筑成為當今城市建設的主要趨勢，也代表著城市現(xiàn)代化水平。為了提高高層建筑的抗震性和經(jīng)濟性，國內(nèi)眾多學者開展了對剪力墻結構的研究。針對同一建筑，經(jīng)濟指標的差異會由于結構墻體布置的不同而不同，主要影響因素為混凝土用量和鋼材量。

1高層建筑剪力墻結構的概念設計

高層建筑需要保持較高的穩(wěn)定性，在承受梁內(nèi)所有重力載荷的同時，必須要承受外界風力和地震的影響，避免出現(xiàn)過大的振動和水平位移，保證建筑內(nèi)的裝飾和填充墻等完好無損，為居住者提供舒適安全的環(huán)境。高層建筑結構同時承受水平和垂直載荷，在低層結構中，水平位置的載荷較小，通常情況下可以忽略不計。在高層結構中，水平位置的載荷和地震都會對建筑造成影響，成為共同的控制因素。在建筑物高度不斷增加的同時，水平載荷的位移也將發(fā)生變化，因此在高層在高層建筑設計的過程中，必須綜合考慮建筑的承載能力和抗側剛度，對水平位置的載荷進行有效控制。在水平力作用下，剪力墻結構會出現(xiàn)側向變形。剪力墻結構在垂直方向上可以承受較大的載荷，在水平方向上也可以承受較大的載荷，整體性較高，側向剛度較大，在水平力作用下，發(fā)生的位移較小，在不采用梁柱等外凸裝置的情況下，提高了房內(nèi)布局的合理性，但是無法提供更大的住宅空間，結構延性存在一定的缺陷。建筑物的地下室有多層時，需要采用部分框支剪力墻結構，設置科學的過渡層，保證框架-剪力墻結構向剪力墻結構良好過渡。剪力墻結構在水平方向和垂直方向上承受的載荷均較大，可以廣泛應用于高層建筑，主要應用于以小房間為主的住宅，例如賓館、公寓等。賓館中需要較大的空間時，將其設置在另外的建筑單元中。為了滿足不同方向水平力的要求，針對矩形平面，往往將剪力墻設置在縱橫兩個方向上，針對圓形平面，剪力墻設置在沿徑向位置和環(huán)向位置上，針對三角形平面，剪力墻結構沿三個主軸方向設置[2]。

2剪力墻結構設計和計算的優(yōu)化方法

2.1結構設計的優(yōu)化

剪力墻結構中的空間結構，一般沿主軸方向形成雙向布置，如果剪力墻有抗震需求，需要保證多個方向的布置，使多個方向上的抗側剛度相同，提高建筑物的空間工作性能。剪力墻具有較高的抗側剛度和承載力，為了充分發(fā)揮剪力墻結構的性能，減輕結構重量，需要結合具體建筑增大剪力墻結構的可利用空間，合理控制墻體的布置密度，保證墻體結構具有良好的側向剛度。在設計剪力墻墻肢截面的過程中，應秉持一定的規(guī)則，豎向剛度保持均勻，剪力墻結構的門窗洞口上下對其，在垂直方向上成列布置，保證墻肢和連梁的準確性，另外，需要提高應力分布的均勻性，結合設計圖紙，提高設計的安全性和可靠性。在設計過程中，保證墻肢剛度相同，如果剪力墻結構的洞口出現(xiàn)錯?或者疊合的情況，必須將墻內(nèi)配筋設置成框架形式[3]。如果剪力墻結構的長度較長，必須開設合適的洞口，將剪力墻分割成長度均勻的墻段，利用弱連梁將不同墻段連接起來，為了避免剪力墻結構引發(fā)剪切破壞，不同的獨立墻段的總高度必須為界面高度的2倍以上。在抗震設計過程中，如果小墻肢截面的高度小于墻厚度的4倍，應設置合理的框架柱，并對框架柱的加密區(qū)進行全高加密。由于剪力墻結構平面內(nèi)具有較大的承載力和剛度，而平面外剛度和承載力較小，因此為了提高剪力墻結構平面外的穩(wěn)定性，必須對剪力墻平面外的彎矩進行控制。如果剪力墻結構和平面外的樓面梁連接時，必須避免梁端彎矩對墻體造成的影響。由于結構的抗側剛度會受到剪力墻布置方式的影響，因此一般都會將剪力墻自下而上布置，同時在垂直方向山給改變墻體的厚度和混凝土的強度等級，或者可以減少一部分墻肢，減小側向剛度。必須注意到剪力墻結構如果沿垂直位置不連續(xù)，將導致剛度突變，影響建筑結構的抗震效果。剪力墻設計過程中，先結合實際工程對結構進行分析，符合層間位移、周期比等指標的要求，確定出剪力墻厚度，結合建筑的抗震需求，滿足結構的構造要求。

2.2計算優(yōu)化

在剪力墻結構設計中，重點關注結構設計的合理性，如果剪力墻就結構的剛度較大，將不能滿足層間位移的要求，結合樓層的最小剪力系數(shù)，保證計算結果接近規(guī)定值?？刂坪媒Y構扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期與平動為主的自振周期之比符合要求?？紤]地震影響的過程中，高層建筑豎向構件的最大水平位移在樓層平均值的1.2倍以下，同時保證剪力墻連梁和底部加強區(qū)的軸壓比滿足要求。在調(diào)整樓層最小剪力系數(shù)的過程中，減少剪力墻的布置，保證結構的側向剛度滿足要求，使樓層的最小建立系數(shù)達到規(guī)范限值。減輕結構自重，減小地震的影響，降低工程造價。在最大層間最大位移和層高之比調(diào)整的過程中，充分考慮樓間的彎曲變形，在高層建筑匯總盡可能將扭轉(zhuǎn)變形控制在最小，結合層間位移的特點，增強豎向構件的剛度。在實際工程設計中，不可盲目增加豎向構件的剛度，必須注意實際結構的剪重比，如果剪重比較大，必須先減小對應一側的結構剛度，減小地震作用的同時，提高結構的整體效果[4]。

3應用實例

3.1工程概況

某高層建筑總高度52.6m，共18層，層高2.9m，建筑面積6500m2，基本地震加速度值為0.20g，抗震設防烈度Ⅷ度，基本風壓為0.55kN/m2，采用二級剪力墻結構，混凝土強度等級為C30~C25，鋼筋梁強度HRB400，鋼筋板強度HPB235。

3.2結構布置

原結構標準層剪力墻結構的布置未優(yōu)化前采用純剪力墻結構，墻肢底部加強部位寬度為250mm，底部以上寬度200mm，利用SATWE方法計算后發(fā)現(xiàn)該剪力墻的利用率較低，底層墻肢軸壓比為0.35~0.40之間，將結構位移控制在1.2以內(nèi)，結構周期和位移角較小，整體剛度較強。結合實際工程的特點，對主要的問題進行分析，對剪力墻結構布置進行優(yōu)化調(diào)整。優(yōu)化前和優(yōu)化后的剪力墻結構對比后可以看出，原結構攻讀較大，層間位移不足，優(yōu)化后的機構剛度適宜，分布也較為均勻，位移角和位移比均有所增加，在結構布置和墻肢長度的調(diào)整過程中，將底層軸壓比控制在0.50以下，使得剪力墻成分發(fā)揮出較高的承載力和剛度，優(yōu)化后的成根本明顯低于優(yōu)化前。

4結束語

剪力墻結構在高層建筑的應用過程中，設計階段的成本控制影響著后期的施工成本，項目設計一般都存在較大的優(yōu)化空間，在建筑領域應用優(yōu)化設計，不僅可以節(jié)約能源，還可以提高建筑物本身的性能。結構優(yōu)化設計中可以降低成本造價，增大建筑的應用空間，值得在實際工程設計中推廣。

參考文獻

[1]王艷軍.高層建筑剪力墻結構優(yōu)化設計淺析[J].山西建筑，2010，36（5）：73.

[2]黎星才.高層剪力墻結構優(yōu)化設計與經(jīng)濟分析[J].新建設：現(xiàn)代物業(yè)上旬刊，2011，12（8）：200.

[3]林小楊.淺談高層建筑剪力墻結構優(yōu)化設計[J].河南大學，2015，12（3）：74.

篇5

關鍵詞：高層住宅；結構；優(yōu)化設計

Abstract: with the improvement of people's living standard, housing is not only a shelter, rest, but also for people to enjoy life place. Now, the construction of residential design of increasingly high demand, optimizing the structure design of high-rise residential buildings, not only can improve the degree of safety, but also can reduce the engineering cost, construction cost savings. Several suggestions are put forward to optimize the design of high-rise residential buildings in this paper, we hope to help design personnel.

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

中圖分類號：TU318 文獻標識碼：A 文章編號：

引言

高層住宅結構的優(yōu)化設計是指對建筑物結構進行合理分析，提出結構設計優(yōu)化方案，目的是在設計滿足國家相關建設法規(guī)的前提下，提高建筑物的技術質(zhì)量，降低總成本，使投資利益最大化，并且能保證建筑物抗震性能和安全性。結構設計優(yōu)化是對設計再次分析，再次加工的過程。盡量使住宅結構剛度適中、整體結構布局均衡，從而減小構件在外力影響下的變形或者破壞，達到既美觀又兼顧抗震的效果，這是高層住宅結構優(yōu)化的目標。

在高層住宅結構優(yōu)化設計中，每一道工序都要精心設計，做到計算合理準確，方案合理可行，本文對設計優(yōu)化存在的問題進行分析并提出幾點可行建議。

1高層住宅結構設計現(xiàn)狀

1.1 住宅結構設計現(xiàn)狀

多層建筑和高層建筑橫向和豎向的結構體系設計基本原理是相同的，但是建筑高度越高，結構設計越復雜，這也是建筑界正在努力解決的問題之一。住宅結構越高，就要求有截面較大的柱子或者墻來承受豎向壓力，這對建筑材料的要求比較高。另外，住宅結構越高，水平力所產(chǎn)生的剪切變形和傾覆力矩就要大得多，而且水平荷載產(chǎn)生的響應并不是線性的，而是隨著高度增加而迅速增大。高層建筑與低層建筑結構有著很大差異，需要考慮的因素也很多，例如共振、扭轉(zhuǎn)、水平側向位移等。

1.2 高層住宅結構設計影響因素

住宅越高，建筑結構的安全性就越來越要重視，設計中要考慮的因素也就增多，主要影響因素有水平荷載、側向位移、結構延性等。

(1) 水平荷載。水平荷載包括風荷載和地震作用。一般來說，垂直方向的荷載只與樓房高度有關，但是水平方向的受力情況卻比較復雜。例如，風荷載的大小和建筑物所在地的地貌及周圍環(huán)境有關，與建筑物本身高度、形狀及表面狀況有關；地震作用同場地類別及本地區(qū)抗震設防烈度有關。所以水平荷載是影響住宅結構設計的主要因素。

(2) 側向位移限制和舒適度要求。在正常使用條件下，高層住宅結構處于彈性狀態(tài)并且應有足夠的剛度，避免產(chǎn)生過大的位移而影響結構的承載力、穩(wěn)定性和使用條件。過大的側向位移會使主體結構出現(xiàn)裂縫甚至破壞，會使結構產(chǎn)生附加內(nèi)力，會使人不舒服影響正常使用。所以在設計的時候，要注意在水平荷載作用下的側移要控制在要求范圍之內(nèi)。

(3) 結構延性。高層住宅建筑在地震作用下允許結構某些部位進入屈服狀態(tài)，形成塑性鉸。這時結構進入彈塑性階段，結構可以通過塑性變形耗散地震能量，同時必須保證結構的承載能力，結構不能破壞，這種性能稱為結構延性。延性越好，抗震能力越強，要特別注意在構造上采取合適的措施，保證住宅的安全。

2高層住宅結構設計優(yōu)化

2.1 選擇設計結構方案

進行高層住宅結構設計優(yōu)化時，首先要進行結構方案的選擇。結構方案的好壞決定了結構設計的好壞，對于同一個建筑設計要求，其結構方案往往是不唯一的，但是不同的設計方案會影響工程質(zhì)量和工程造價，在設計時，一定要選擇合理的結構設計方案。

首先，根據(jù)相關建筑結構規(guī)范的規(guī)定來完成結構設計方案總體要求，處理好建筑與結構的相互關系，充分發(fā)揮結構的最佳受力狀態(tài)，使結構形式盡可能簡單明確，具有足夠的承載力，良好的延性和剛度。

其次，要保持結構的安全可靠。應該仔細考慮每一個構件，使各個構件能夠相互協(xié)調(diào)，發(fā)揮最大功能，保證設計目標水準，使結構既經(jīng)濟又安全。

再次，要盡量避免或者減小外力作用下的扭轉(zhuǎn)效應。因為抵抗扭轉(zhuǎn)效應所需要的材料用量很大，而且結構也會很復雜，會提高工程造價，不經(jīng)濟也不實惠。

最后，要積極與建筑專業(yè)進行溝通。結構設計者往往對建筑做法和材料不是很了解，在設計結構方案時，要與建筑師進行交流，聽取他們提出的建議，結構設計師要充分理解結構概念，真實客觀地進行設計，通過反復優(yōu)化、修改，最后設計出質(zhì)量最安全，造價最經(jīng)濟的結構方案。

2.2 設計優(yōu)化

在優(yōu)化設計時，應注意以下幾個方面：

(1) 正確認識結構設計優(yōu)化的重要性。

現(xiàn)在房地產(chǎn)已經(jīng)是一個大產(chǎn)業(yè)，人們對住宅要求也越來越高，而作為投資方，追求的是利益的最大化，進行住宅結構設計的優(yōu)化，不但可以有效降低總成本，還可以使建筑結構更美觀安全，更經(jīng)濟合理的節(jié)省材料，從而降低工程造價。

(2) 設計方案優(yōu)化。

設計時，首先要進行建筑結構分析，主要由豎向抗側力構件構成，包括框架、剪力墻、筒體等。主要分析他們的受力狀態(tài)，使構件充分利用起來。在進行計算分析時，不能盲目地依賴計算機，還要結合工程師的實際經(jīng)驗，選擇合適的計算參數(shù)，經(jīng)過多次計算比較，找到最佳參數(shù)值。

其次是根據(jù)住宅結構平面，分析豎向荷載和水平荷載，根據(jù)實際情況，合理布置構件，選用合適材料進行結構分析和內(nèi)力分析，根據(jù)分析結果適當調(diào)整結構形式。此外，還要進行可行性判斷，對優(yōu)化結果進行內(nèi)力分析，滿足設計要求的前提下，校驗可行性；如果不可行，就要調(diào)整設計方案，直到方案可行為止。

(3) 地基處理的優(yōu)化。高層住宅建筑更要注重地基的處理，否則將前功盡棄，在選擇地基時，要選擇地質(zhì)條件不復雜，容易施工的地質(zhì)，因為地質(zhì)條件越復雜，地基處理的造價越高，而選擇相對簡單的地質(zhì)條件，不僅可以降低地基處理的成本，地基安全度也會增加，從而降低工程造價，提高工程性價比。

(4) 進行建筑材料的優(yōu)化。優(yōu)化建筑材料目的就是花盡量少的錢，做到經(jīng)濟安全、符合設計要求工程。這就要求在選擇建筑材料時，要合理利用材料性能，根據(jù)不同的需求來選擇不同的材料。實際上，因材料選擇不當造成浪費的情況很多，設計時，要充分考慮這些因素。

3結論

高層住宅結構設計優(yōu)化能夠有效降低工程造價，帶來可觀的經(jīng)濟效益，不僅能讓建筑物安全實用，又能使其經(jīng)濟美觀，舒適。所以進行結構優(yōu)化設計至關重要，實際設計中，要結合實際情況和具體條件來靈活運用設計優(yōu)化方法，實現(xiàn)住宅結構設計既安全又經(jīng)濟。

參考文獻：

篇6

關鍵詞：高層建筑；剪力墻結構；優(yōu)化設計

Abstract: Pay attention to the design optimization of high-rise shear wall structure design. In this paper, the optimization design of shear wall structure of starting, analysis of several problems needing attention in design, finally put forward the optimization measures of shear wall structure design of high-rise building.

Key words: high-rise; shear wall structure; optimization design

中圖分類號：TU2

1 剪力墻結構的優(yōu)化設計

剪力墻結構一般承受水平力、豎向力的能力較大，橫向剛度也大，可建造的建筑與框架結構相比層數(shù)更高、更多。因此，設計剪力墻時，應根據(jù)各型墻體的特點，并與實際的工程背景相結合，對高層剪力墻結構的優(yōu)化進行認真研究是有必要的。對于結構專業(yè)來說，好的設計應該是技術合理、安全可靠且經(jīng)濟指標要優(yōu)良。剪力墻布置數(shù)量、位置及其層數(shù)與抗震強度等是優(yōu)化設計的重要內(nèi)容。

1.1 結構布置

剪力墻盡可能布置在結構周邊護墻位置，在結構中部宜減少剪力墻的布置量，且各墻肢布置時應考慮如何減少邊緣構件獲得滿足規(guī)范要求的抗側、抗扭剛度。在布置剪力墻時，應考慮剪力墻連續(xù)轉(zhuǎn)折及小墻垛布置對邊緣構件的影響，在水平力的作用下，可以按照懸臂構件來計算整體墻的截面彎矩和剪力，剪力墻的布置數(shù)量及其組合形式與結構總體剛度關系密切。

1.2 洞口設置

對于小開口的整體墻，因洞口的影響，墻肢間不是直線應力分布，但偏離不大，在整體墻計算方法的基礎上可加以修正，在對抗震設計時，盡可能避免在洞口與墻邊或兩個洞口之間形成墻肢截面高度與厚度的比要小于 4 的小墻肢。

1.3 剪力墻的構造措施

剪力墻的特點是平面外剛度及承載力相對很小，而平面內(nèi)剛度及承重力大，因此剪力墻平面外的彎矩應有所控制；抗震墻結構應當滿足墻肢軸壓比限值界線值時可按規(guī)定設置構造邊緣構件，一般剪力墻墻體配筋要求是水平鋼筋放在外側，豎向鋼筋放在內(nèi)側；剪力墻頂部設置暗梁，以便連梁、框架梁縱筋及剪力墻豎向鋼筋錨固，按構造要求配置縱筋和箍筋。

1.4 剪力墻結構方案的選擇

在結構優(yōu)化設計中，方案階段的優(yōu)化影響大約占到百分之七十，由此看來，在方案階段應考慮結構形式的合理性與經(jīng)濟性，并使建筑功能與結構布置結合，對工程實施的順利進行是有著重要作用的。合適的結構體系的選擇，在方案階段可以控制總體成本，對于層數(shù)較小的高層住宅（比如在 20 層以下），可采用短肢剪力墻結構體系，若 20 層以下的高層住宅采用現(xiàn)澆剪力墻結構設計，因各墻肢軸壓比較小，墻體配筋為構造配筋，墻體承載能力就不能發(fā)揮出來，工程費用也相對有所提高，解決以上不足之處可采用短肢剪力墻結構；超過 20 層的建筑物結構最好還是采用傳統(tǒng)的現(xiàn)澆剪力墻，如若采用短肢剪力墻體系，結構就會較柔，結構頂點位移和層間位移規(guī)范要求就不一定能夠得到滿足，底部剪力系數(shù)也偏低，就會造成不安全的結構。有時在采用傳統(tǒng)的現(xiàn)澆剪力墻結構時，結構的剛度過大可以采用在墻肢上開孔，或者將窗臺改成磚砌結構等措施進行調(diào)整。

2 剪力墻結構設計計算的原則

剪力墻結構剛度大，整體性好，水平荷載作用下側向變形也小，剪力墻的設計計算是考慮水平和豎向作用下進行結構整體分析，梁進行框架剪力墻調(diào)整與不調(diào)整兩次計算，有選擇的進行配筋設計。剪力墻連梁的跨高比不應小于 2.5，否則很容易出現(xiàn)剪力和彎矩超過規(guī)范限值，調(diào)整后的連梁彎矩、剪力設計值不應低于使用狀況值，也不應低于比設防烈度低一度的地震組合所得的彎矩設計值，否則會造成危險；剪切變形的控制以豎向構件的多少來決定，高層建筑應盡量減少扭轉(zhuǎn)變形，但也不能只根據(jù)這些層間位移而不加分析地盲目增加豎向構件的剛度，在工程實際設計中，可能有些設計人員一看到某一方向?qū)娱g位移的規(guī)范要求不能滿足，就會不斷地增加該項的側向剛度；樓板在自身平面內(nèi)的剛度可視為無限大，而在平面外的剛度很小，可以忽略；根據(jù)結構類型與受力情況，對剪力墻兩端及洞口兩側的加強邊緣，按墻肢在重力荷載代表值作用下墻肢軸壓比的界線及加強部位要求可分為約束邊緣構件和構造進行設計。在實際工程設計中，應將結構豎向構件盡可能沿建筑周邊布置，降低結構中間構件的剛度，這樣不但可提高結構的側向剛度，也能夠大幅度提高結構的整體剛度；隔墻盡可能采用輕質(zhì)墻體，以減輕荷載，較小地震作用，減低基礎造價，高層或超高層剪力墻結構樓層連梁及框架梁內(nèi)力及配筋隨高度的變化較大，因此建議適當選擇合并樓層數(shù)，這樣可以節(jié)約用鋼量。

3、設計中需注意的幾個問題

（1）在運用軟件進行計算機輔助設計時，應根據(jù)實際情況調(diào)整軟件的各項參數(shù)及簡化模型，使其最大限度地反映實際工程的情況，盡可能地使其計算結果與實際模型相一致。了解各參數(shù)的實際意義，合理設置各參數(shù)。對于整體性系數(shù)較大的短肢墻，應盡可能使其肢強系數(shù)小，這樣的結構在水復荷載作用下耗能能力強；（2）工程設計不能盲目依賴計算機的計算結果，更不能因某一部分的計算結果有誤差就全盤否定計算軟件，只有在實踐中逐步了解軟件并在工作中避免其產(chǎn)生誤差，這樣才能使我們的設計更安全，更合理；（3）要充分利用梁、墻等構件可任意偏心布置的特點，盡可能避免近距離的軸線和節(jié)點，提高計算精度。如節(jié)點距離過近，可能會引起后面計算出錯，同時應注意構件偏心布置時偏心不能太大，尤其不能跨節(jié)點或軸線；（4）SAT-WE 程序中，在各種抗震等級下，墻的內(nèi)力放大系數(shù)均是隱含值，但作為設計者，應清楚這些系數(shù)的取值；（5）合理確定連梁和墻肢的強度，要確保連梁的屈服先于墻肢的屈服。和框架結構一樣，短肢剪力墻的設計也要遵循強肢弱梁、強剪繼彎的原則；（6）對由軟件計算的結構進行合理分析與判斷；（7）在進行短肢剪墻結構整體設計時，必須要重視概念設計，使房屋各項指標都滿足“抗震規(guī)范”及“高層建筑混凝土結構技術規(guī)程”的要求。

4 高層建筑剪力墻結構設計優(yōu)化其它措施

4.1 施工過程應注意的問題

在框架結構中框架梁及與框架柱相連的其他結構構件的受力筋都要錨入框架柱內(nèi)并滿足錨固長度；在一定條件下抗震墻本身可以具有較好的延性和耗能能力，但是這種延性和耗能能力需要靠剪力墻自身分布鋼筋的合理配置才能實現(xiàn)；施工過程設置邊緣構件目的是增加結構的延性和耗能能力以提高結構的抗震性能。

4.2 控制建筑結構成本的措施

暗柱、梁、板采用高強鋼筋，以減少計算配筋量，墻體荷載可以扣除，明確建筑使用功能以確定活荷載，去掉不必要的荷載。配筋應以滿足計算及規(guī)范建議的最小配筋率就可以，但是地下部分的墻體配筋應通過計算確定，框架和剪力墻共同承擔外部荷載時，二者間為保持變形協(xié)調(diào)還存有相互的作用。

4.3 連梁優(yōu)化設計

經(jīng)過調(diào)整后的連梁應確保其彎矩、剪力設計值應不小于使用階段實際值，也不應低于設防烈度低一度的地震組合所得的彎矩設計值，以防止在正常使用時而產(chǎn)生裂縫，影響結構安全。對于轉(zhuǎn)換層結構設計，其本身的剛度與質(zhì)量不宜過大，一般可通過水平力作用下精確的空間分析來檢查轉(zhuǎn)換層附近的層間位移角是否基本均勻。

5 結語

綜上所述，高層剪力墻結構設計時應關注設計優(yōu)化，通過調(diào)整概念設計理論、結構設計、結構計算設計原則及一系列合理的技術措施，才能保證高層建筑的安全、經(jīng)濟，滿足全民的住房需求。

參考文獻

[1] 陳耀. 高層建筑剪力墻結構優(yōu)化設計分析探討[J].福建建材.2011(07)

[2] 王艷軍. 高層建筑剪力墻結構優(yōu)化設計淺析[J].山西建筑.2010(02)

篇7

【關鍵詞】：高層建筑；剪力墻；結構；設計；優(yōu)化；

中圖分類號：TU97 文獻標識碼：A 文章編號：

一．引言

國家土地政策和住宅產(chǎn)業(yè)政策在經(jīng)濟的帶動下有了很大的調(diào)整,這就在一定程度上擴大了我國的房地產(chǎn)事業(yè)，拓寬了我國的房地產(chǎn)市場，使得它不斷朝著高空化的路線發(fā)展。最普遍的住宅形式就是所謂的高容積率的高層住宅小區(qū)。對于高層住宅來說，他們的結構體系復雜多樣, 存在經(jīng)濟指標最好的結構，那便是鋼筋混凝土剪力墻結構。鋼筋混凝土剪力墻結構在高層住宅建設過程中成為了最主要的建筑結構形式?？刂平Y構成本是房地產(chǎn)開發(fā)商必須考慮的關鍵問題，所以在多數(shù)情況下，他們都會在設計合同或合同附件里對此提出要求。不僅如此，我們還必須要確保結構安全及建筑使用功能，這是個前提條件。只有做到讓有限的材料資源成功配置到能充分發(fā)揮其作用的關鍵部位,才能體現(xiàn)結構設計人員的能力。由此看來，優(yōu)化結構設計迫在眉睫,我們必須要創(chuàng)新技術水平，提高能力。努力做到經(jīng)濟合理是我們目前的主要任務，也是結構工程師關注的重點問題之一。

二．高層建筑剪力墻結構設計原則

（一）剪力墻結構優(yōu)缺點及優(yōu)化設計的意義

在實際的施工中，高層建筑剪力墻結構所采用的結構可分為好幾類：鋼筋混凝土結構、鋼結構、砌體結構和混合結構。但有些建筑結構在高層建筑中幾乎不采用它們。比如砌體材料有著較低的抗拉強度，而且它的抵抗水平荷載作用的能力以及延性都非常的差，所以一般不采用砌體結構。

近年來，高層建筑迅猛發(fā)展，原來的框架結構因為露梁露柱現(xiàn)象已經(jīng)逐漸被淘汰，逐漸被剪力墻結構替代。剪力墻是豎向構件，有著幾十米甚至上百米的寬度，其可以承受很大水平地震力。

剪力墻結構的優(yōu)點主要有：

①剛度大是剪力墻結構的一大優(yōu)勢特點。

同時有著不錯的整體性，適中的鋼量；

②外觀結構整齊是剪力墻的又一亮點。

讓框架結構露梁、露柱現(xiàn)象得到很好的解決實現(xiàn)，讓承重墻數(shù)量得到降低，同時降低其成本。 剪力墻結構這些巨大的優(yōu)點讓它變得非常受歡迎，甚至成為現(xiàn)在高層住宅中主要采用的結構形式，這是剪力墻技術發(fā)展的有利時機，是我國建筑事業(yè)不斷發(fā)展，逐步與國際接軌的標志。

但是剪力墻結構的設計中仍然存在以下幾個問題需要我們?nèi)ソ鉀Q：

剪力墻結構要求抗側剛度大，這就會讓上部結構和基礎費用變多，讓地震反應也變大。其次就是它的構延性很差。這都是需要進一步解決的關鍵性問題。為了結構的安全性，設計師一般會采用相對來比較保守的設計方案，那就是對結構配筋進一步加強，讓結構剛度得到提高。剛度大的結構一般有以下特點，震災較輕，但成本會大大增加，這種方法極不合理。這個方案之所以沒有被廣泛的采納，原因在于成本太高，同時也不能真正保證結構安全。近年來工程界加大了這方面的關注力度，更多的關注到了剪力墻的優(yōu)化設計工作，并且給予了很大支持和鼓勵，相信對剪力墻結構的優(yōu)化設計工作起到積極的推動作用。這對于我們下一步的成本節(jié)約有著重大意義。

三．連梁超筋的處理

連梁超筋:在進行計算分析過程里面,經(jīng)常出現(xiàn)的就是個別連梁超筋現(xiàn)象。對超筋連梁,一般采用加高連梁的方式。但是這種辦法收益不大。我們要考慮的方法是對洞口寬度的擴大或者說是對梁截面的減小,讓連梁的跨高比增加,一定程度上對該片聯(lián)肢墻剛度進行減小,讓其承擔的部分地震力得到很好轉(zhuǎn)移,只有做到這樣，才可以真正做到降低連梁內(nèi)力，達到我們要求的不超筋的目的;對調(diào)整困難的梁,是可以通過可靠水平力傳遞路徑來進行的，這樣也是可以降低梁的彎剪剛度但是卻不用減小梁截面的方法，這種方法在實際的施工過程中得到了廣泛的應用。我們只有把每一個要點都處理好了，才能從根本上解決住宅的結構設計工作。處理好每一個因素所帶來的問題都很重要，因為建筑工程的不可更改性，要求我們的建筑設計師門必須重視每一個設計環(huán)節(jié)，確保建筑工程合理科學保質(zhì)保量的完成。

四．控制建筑結構成本的措施

1.目前，剪力墻結構中填充墻采用輕質(zhì)墻體已經(jīng)得到很多設計師認可。比如說加氣混凝土砌塊、輕質(zhì)墻板等一系列的輕質(zhì)材料,采用這些材料做為填充墻，可以有效的減輕豎向荷載,讓地震作用降到最低最小化,從而讓我們工程建筑成本降到最低。另一種辦法是建立墻體、暗柱、梁、板可以采用高強鋼筋,這樣可以減少計算配筋量，進一步減少工程造價。

2.對于很大的門、窗洞口,其墻體荷載可以進行及時的扣除, 做好精心的荷載工作。同時明確建筑使用功能，更好的確定活荷載,才能夠合理的去掉不必要的一些荷載。

3.合理的結構布置和精細的計算

1) 在保證豎向及水平承重符合標準的前提下，要做到盡量拉大剪力墻的布置間距。

2)剪力墻厚度必須要沿結構高度均勻變化。

3)剪力墻之間要有一定的梁連接,這樣可以避免出現(xiàn)獨立懸臂墻肢及半框墻肢。

4)剪力墻的軸壓比要努力接近規(guī)范限值,這樣可以更好的減少剪力墻布置數(shù)量和結構自重。

5) 在剪力墻布置時必須考慮剪力墻轉(zhuǎn)折及小墻垛布置對邊緣構件的影響，這樣可以在一定程度上避免不必要的大暗柱設置。

6)連接較厚剪力墻的框架梁及連梁的寬度可以和墻不一樣,這樣的設計可以更好的實現(xiàn)建筑的功能。

7)在考慮豎向荷載的時候，各剪力墻的軸壓比要做到基本接近，這樣做可以有效避免通過連梁來調(diào)整各墻肢的軸向變形。

8)層間位移角盡量靠近規(guī)范限值。嚴格按計算結果配筋很重要，大家必須要提高重視。在模型荷載等一系列問題都準確無誤的情況下，需根據(jù)計算結果和概念設計進行配筋工作，這樣可以更好的保證結構的安全。

五．結束語

結構設計人員和建筑師之間要進行密切的配合。通過具體的結構概念知識初步確定剪力墻布置,有利于調(diào)整建筑方案中存在的不合理的問題，能夠有效避免不規(guī)則或嚴重不規(guī)則的建筑體型出現(xiàn)。要想取得結構優(yōu)化的成效，同時需要各專業(yè)之間的密切配合，以及充分的溝通交流。經(jīng)過一系列的設計優(yōu)化，才能制定出一個合理最優(yōu)的結構布置方案。我們知道好的結構布置重要,它會對房屋建設成本的控制起到核心的作用。相信通過我們的精心設計，一定可以得到一個優(yōu)秀的設計方案,進而讓我們的技術更加的先進。經(jīng)濟合理、質(zhì)量高超及滿足業(yè)主限額要求的設計是我們一直不懈追求的目標。

參考文獻：

[1]方鄂華.高層建筑鋼筋混凝土結構概念設計[M].北京:機械工業(yè)出版社,2004.

[2]張會珍.高層住宅建筑中豎向抗側力構件的優(yōu)化設置.南昌大學.2012年11月

[3]吳飛.高層剪力墻結構住宅的優(yōu)化設計研究.太原理工大學.2012年5月.

[4]黃小燕.框剪結構中剪力墻的優(yōu)化設計研究.海南大學.2011年7月.

篇8

【關鍵詞】優(yōu)化設計高層住宅剪力墻安全經(jīng)濟

中圖分類號：TU97 文獻標識碼：A

一.前言

近年來高層住宅小區(qū)大量普及，在高層住宅的各類結構體系中，鋼筋混凝土剪力墻結構從結構安全、使用功能、施工管理、設計成本多方面考慮其性價比及經(jīng)濟指標很好，因而成為高層住宅設計中常用的結構形式。由于其量大面廣，如何正確處理技術性和經(jīng)濟性的關系，做到既保證結構的安全和質(zhì)量，又節(jié)省投資，成為設計人員面臨的挑戰(zhàn)。貫徹于建筑結構設計的全過程的優(yōu)化設計可以實現(xiàn)這一目標。優(yōu)化設計是在確保結構安全及建筑使用功能的前提下，通過合理的結構布置、科學的計算論證、適度的構造措施，充分發(fā)揮材料性能，合理節(jié)約造價，將有限的材料資源配置到能充分發(fā)揮其作用的關鍵部位。在不降低結構安全的情況下，做到技術可行、經(jīng)濟合理。高層住宅建筑剪力墻體系在各個階段的優(yōu)化目標、措施和控制點如下：

二. 方案設計階段：

方案設計階段是結構優(yōu)化設計的首要也是一個重要環(huán)節(jié)，此階段結構設計工程師通過與建筑師應充分溝通，對建筑的平面布置、立面造型、柱網(wǎng)布置等提出合理的建議和要求，使結構的高度、復雜程度、不規(guī)則程度均控制在合理范圍內(nèi)，避免抗震審查不合理，為降低含鋼量爭取主動權，同時避免出現(xiàn)為不合理的奇形異狀增大不必要的投資。

建筑方案合理布置應盡量避免平面凹凸不規(guī)則或樓板開大洞；應控制平面長寬比；應合理設縫；應使結構剛度中心與質(zhì)量中心盡量靠近以減小扭轉(zhuǎn)效應；在建筑豎向應避免有過大的外挑或內(nèi)收；應控制高寬比。以上幾點都是增加單位面積用鋼量，影響建筑造價的宏觀控制因素，優(yōu)化設計時應多方考慮。

在住宅平面布置時利用剪力墻的合理布置，調(diào)整平面偏心及樓層剛度，應選擇合理對稱、均勻的墻間距，使板、梁、墻的受力合理，以降低構件的用鋼量。住宅中小開間剪力墻結構的作用不能得到充分發(fā)揮，過多剪力墻還會導致較大的地震作用，可考慮采用大開間結構體系，既節(jié)約造價，又便于建筑靈活布置。

三．初步設計階段：

在此階段主要工作是優(yōu)化結構布置，確定結構構件尺寸和混凝土強度等級。按符合結構實際受力狀態(tài)的結構計算程序上機試算。通過對結構體系、結構布置、建筑材料、設計參數(shù)、基礎型式等內(nèi)容的多方案技術經(jīng)濟性比較，對設計進行調(diào)整優(yōu)化，選出最優(yōu)方案，整體控制含鋼量。

1.剪力墻布置優(yōu)化：

在高層剪力墻住宅建筑標準層單位面積含鋼量中，剪力墻墻身用鋼量約占45%-65% ,剪力墻邊緣構件用鋼量約占30% - 50%(該數(shù)據(jù)為7度區(qū)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，以下同)，因此剪力墻布置的優(yōu)劣直接關系到整個結構的經(jīng)濟指標。剪力墻布置的基本原則是:盡量減少剪力墻數(shù)量，且各墻肢布置時應考慮如何減少邊緣構件，以期通過布置較少的抗側力構件獲得滿足規(guī)范要求的抗側、抗扭剛度。具體措施如下:a.強周邊，弱中部原則，這樣布置可以便于提高主體結構的抗扭剛度，控制結構的周期比與位移比，同時有利于建筑外墻防水。b.多均勻長墻(長度≤8m)，少短墻，通過加長剪力墻墻肢長度，減少剪力墻數(shù)量，使結構整體抗側剛度增加，邊緣構件數(shù)量減少，且由于墻間距拉大，增加了建筑平而布置靈活性。 c.多L形、T形、十字形墻肢，少復雜形狀轉(zhuǎn)折在布置剪力墻時，應考慮剪力墻連續(xù)轉(zhuǎn)折及小墻垛布置對邊緣構件的影響，減少暗柱數(shù)量及避免設置不必要的大暗柱，因墻體轉(zhuǎn)折處必須設置暗柱。 d.多連續(xù)，少半框，應盡量將結構兩個方向的剪力墻通過連梁或框架梁連成整體，形成貫穿整個結構寬度或長度的抗風、抗震結構，避免獨立墻肢或半框架墻肢出現(xiàn)，這有利于增加結構的整體抗側剛度，從而以較少的剪力墻布置量來滿足層間位移角限值要求。e.各墻肢軸壓比宜接近：如此可避免通過連梁或框架梁來調(diào)整各墻肢的軸向變形差，使梁配筋量增大，甚至配筋困難。

2.梁板布置優(yōu)化：

應選擇經(jīng)濟合理的樓蓋體系。在高層剪力墻住宅中，一般梁板的標準層單位面積含鋼量約占建筑總用鋼量的35%-55% ,所以梁板布置也不容忽視。對高層住宅，荷載一般不大，樓板絕大多數(shù)均為構造配筋，板厚就決定了樓板用鋼量的大小，所以樓板厚度一般按撓度、裂縫及板內(nèi)設備穿管的最低要求取值，不必過厚。 樓層梁布置時，應保證梁具有簡單明確的傳力路徑，避免多重次梁、多次傳力的情況。不宜設置高連梁，建筑的洞口頂可設置后澆過梁，再砌梁上填充墻;較小跨度(3.6m以內(nèi))的板上有隔墻或開有洞口時，墻位置或洞口邊可不設置梁，可在板內(nèi)設置加強筋的方式予以解決，這樣可降低由于設置梁而出現(xiàn)受力復雜或設置梁構造配筋而增加用鋼量的情況。

施工圖階段：

施工圖是工程設計的最終產(chǎn)品，是現(xiàn)場施工實施的技術文件，在此階段更要考慮結構優(yōu)化設計，通過與其它專業(yè)的密切配合、精確的荷載計算、細致的模型調(diào)整，使結構達到最優(yōu)受力狀態(tài)。

1.結構建模階段優(yōu)化：

a．采用輕質(zhì)高強材料：隔墻盡可能采用輕質(zhì)墻體，以減輕荷載減小地震作用，降低基礎造價。暗柱、梁、板采用高強鋼筋，以減少計算配筋量。

b． 精心的荷載清理： 如有大量的門、窗洞口，其墻體荷載可以扣除，明確建筑使用功能以準確確定活荷載值。

2.結構調(diào)整計算階段優(yōu)化：

a．剪力墻的軸壓比盡量接近規(guī)范限值，以減少剪力墻布置量及結構自重;在布置剪力墻時，應考慮剪力墻轉(zhuǎn)折及小墻垛布置對邊緣構件的影響，以避免不必要的大暗柱設置; 在僅考慮豎向荷載的情況下，各剪力墻的軸壓比應基本接近，以避免通過連梁來調(diào)整各墻肢的軸向變形差;層間位移角盡量靠近規(guī)范限值1/ 1000，這樣可以減少剪力墻的設置數(shù)量。

b．樓層最小剪力系數(shù)(剪重比)的調(diào)整原則：在滿足短肢剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩占結構總底部地震傾覆力矩的不超過40％的前提下盡可能少布置剪力墻，以大開間剪力墻布置方案為目標，使結構具有適宜的側向剛度，使樓層最小剪力系數(shù)接近規(guī)范限值(不小于限值)。這樣能夠減輕結構自重，有效減小地震作用，同時降低工程造價。c．若周期比、位移比不滿足規(guī)范要求，可采取以下措施:1)將結構周邊程序定義為連梁的梁改為框架梁或增加連梁高度，以增加結構剛度;2)減少結構中部剪力墻布置量及降低連梁高度以增大結構的平動周期而間接改善周期比、位移比;3)查看結構空間振型曲線，找出位移最大點，在該位置處適當增加剪力墻布置量。若層間位移角較規(guī)范限值富余較多，應適當調(diào)整梁布置及減小梁截面，將部分連接復雜的梁改為鉸接梁，以降低梁剛度，從而減小地震作用，降低成本。

3.結構施工圖繪圖階段優(yōu)化

a．高層或超高層剪力墻結構樓層連梁及框架梁由于地震作用的原因，其內(nèi)力及配筋隨高度的變化較大，建議在畫梁施工圖時適當選擇歸并樓層數(shù)。一般按3- 6層歸并為一層(歸并時應注意梁配筋沿高度的變化，不應把配筋差別大的樓層歸并到一起)，以節(jié)約鋼材用量。

b． 嚴格按計算結果及構造要求配筋：模型荷載都準確無誤的情況下嚴格按計算結果配筋，不盲目放大，可保證結構安全。

五.結束語：

結構優(yōu)化設計需要建筑設計全過程實施，并應與各專業(yè)設計人員密切配合。結構優(yōu)化的目的不是不分輕重地都按規(guī)范或計算的底限進行設計，而是“物盡其用”，充分發(fā)揮材料性能。對影響結構性能的重點、關鍵部位及計算程序不能準確分析，或計算模型與實際情況有出入的部分，應采取措施重點加強或補充分析，做到有的放矢，突出重點。保證建筑結構設計安全、適用、經(jīng)濟、美觀的設計優(yōu)化目標得以實現(xiàn)。

參考文獻

篇9

關鍵詞：民用高層建筑；混凝土結構；優(yōu)化設計

1 高層建筑混凝土結構優(yōu)化的設計原則

適用性。高層建筑中結構設計的適用性原則是以該建筑設計時所設定的具體使用年限為參照，保證建筑的結構設計能夠在此年限中，使自身的裂縫、變形、振動等各項性能變動始終控制在允許的限度內(nèi)，使建筑在各項結構性能的支撐下得以為建筑用戶正常順利地提供各方面的使用功能。

可靠性。高層建筑中結構設計的可靠性原則是指高層建筑的結構設計必須在設計的基準期與建筑的使用年限范圍內(nèi)充分達到耐久性、安全性、穩(wěn)定性、剛度、動力性能等各方面的性能要求，即使超出年限的基準期范圍也能夠在各項性能出現(xiàn)不同程度降低的基礎上維持正常的使用。

安全性。高層建筑中結構設計的安全性原則也是以設計使用年限為依據(jù)，使該建筑的結構設計在預定年限范圍內(nèi)，始終可以達到對內(nèi)部與外部各項荷載力的有效承受，即使遭遇某些偶然的破壞性事故也能使自身結構控制在整體穩(wěn)定的狀態(tài)中，避免出現(xiàn)大范圍的結構性損害。

耐久性。高層建筑中結構設計的耐久性原則是指建筑的結構設計必須在規(guī)定的使用年限內(nèi)，維持足夠的結構耐久性，比如混凝土結構出現(xiàn)的裂縫寬度不得超出允許的范圍且鋼筋保護層的厚度不能變得過于單薄，以免鋼筋在遭受外部潮濕空氣的狀況下出現(xiàn)銹蝕問題。

2 高層建筑混凝土結構優(yōu)化的設計方法

完善單元結構的布局設計。獨立的結構單元設計是高層建筑中的主要結構設計內(nèi)容，此結構設計工作適合采用簡單規(guī)則的平面形式，但平面的整體長度與突出部分的長度應控制在適當?shù)姆秶揖邆渚鶆蚍植嫉某休d力與剛度，同時豎向結構適合采取均勻規(guī)則的形式，以保證建筑的外挑與內(nèi)收問題得到有效控制。要實現(xiàn)這一目標，混凝土結構的設計者應在制定結構設計方案階段努力將概念設計的理念與知識作為參考，在滿足建筑的適用性與美觀度等要求的基礎上，通過結構設計的優(yōu)化使其結構的平面與豎向布局盡可能地實現(xiàn)簡單、均勻與規(guī)則性，保證其結構剛度與承載力的合理分布，避免建筑獨立結構單元出現(xiàn)過于集中的塑性變形或應力。

優(yōu)化高強度的混凝土與鋼筋使用。高層建筑建設要耗費較多的混凝土、鋼筋等材料，若混凝土和鋼筋的強度過大，勢必會造成建筑材料總造價的超限，同時加大其他構件的造價，從而降低建筑建設的經(jīng)濟效益。因此混凝土結構設計人員應對高強度的混凝土與鋼筋的使用進行合理的優(yōu)化控制。以軟土地基上的高層建筑結構設計為例，該結構地基受到的荷載較高，設計人員可通過優(yōu)化高強度的混凝土與鋼筋的使用，使建筑中各構件的截面尺寸得到合理優(yōu)化，從而減輕建筑的結構自重，大幅削減建筑的基礎工程建設難度，降低工程的地基處理工作造價。以位于震區(qū)的高層建筑結構設計為例，建筑的自重與地震作用程度成正比例關系，設計人員通過減少高強度的混凝土與鋼筋的使用量可以在減輕其梁、板、墻、柱等構件自重的基礎上降低地震的作用力，進而保證建筑結構的安全程度，提升建筑的整體安全度。

合理設計剪力墻平面結構。以建筑的各項基本結構功能為依據(jù)，在滿足這些功能的前提下，盡可能地使剪力墻的布置實現(xiàn)相對的集中化與均勻化，對具有較高的恒載或者平面形式變化較大的部位設計剪力墻，應盡量縮小其間距；以建筑的主軸方向或者是其他方向為基準，對剪力墻進行雙向的布置且墻肢截面適合為具備較小的側向剛度的簡單規(guī)則的形式，在設計中還要盡量減少對短肢剪力墻的使用。

3 高層建筑混凝土結構優(yōu)化的具體措施

3.1結構安全性

設計人員應當在保證建筑各項功能的同時通過考慮結構自身的抗震性能及外部人為因素可能造成的結構破壞，有目的地提升高層建筑的抗震等級。此外還要從整體上加強結構設計的穩(wěn)定性與牢固度，避免將磚砌體承重或者裝配式的混凝土結構應用于公用屬性較高的高層建筑中，而要優(yōu)選現(xiàn)澆的鋼筋混凝土結構。

設計人員要從建筑建設過程中及投入應用后的各個方面入手，綜合考慮其荷載變化的狀況，盡可能地將建筑結構的荷載標準值與構件承載力設置出較大的彈性度并且為樓面等部位進行額外的增加荷載的設計，以保證建筑在各級的地震與火災等災害中都可以實現(xiàn)對于自身結構安全的維護。

3.2 抗震概念

高層建筑的混凝土結構在應用過程中最易受到破壞的是來自地震的威脅，在進行設計的過程中，設計人員要以抗震概念設計為依據(jù)，通過進行抗震試驗得出該建筑結構的抗震等級或者借鑒相似建筑的抗震設計經(jīng)驗等對高層建筑的結構體系、平立面設計、結構構件延展性等進行優(yōu)化設計，以使建筑的抗震能力得到有效提升。

在結構體系方面，設計人員要盡可能地選擇空間結構及平面布局簡單、規(guī)則的形式作為建筑的整體結構形式。以平面布局為例，可將矩形、圓形、方形、扇形的結構作為抗震結構的體系形式，并減少對于不對稱的側翼或過長的伸展翼的使用。同時設計人員還要通過合理的布局使建筑的質(zhì)量與剛度實現(xiàn)均勻平衡的分布。

在平立面設計方面，設計人員可將墻體設置為均勻?qū)ΨQ的形式，并提升樓梯或電梯的井筒等具備較高剛度的結構布置的集中性，同時將抗震墻設計為符合建筑結構整體抗震需求的形式，以提升建筑平面結構的抗震性能，此外還要保持各轉(zhuǎn)換層結構在豎向剛度方面分布的接近并使設計的剪力墻能將墻面豎向持續(xù)地貫通到建筑底部。

在結構構件延展性方面，設計人員可將梁、柱端的組合剪力加大或者提高柱體抗彎性能，配合提升梁端的鋼筋實際彎矩，以使建筑梁端早于柱端發(fā)揮塑性，使二者在外部荷載下，保持結構變形的穩(wěn)定協(xié)調(diào)。

3.3耐久性

選擇良好的混凝土材料。設計人員應當在保證混凝土材料的質(zhì)量與基本性能的基礎上，重點從結構的穩(wěn)定性能、抗侵入性能、抗裂性能等幾個方面入手，選擇堅固、耐久、潔凈的骨料及含堿量與水化熱反應較低的水泥，減少對于硅酸鹽水泥與用水量的應用，并適當?shù)貙⒌V物摻合料加入到材料中。

優(yōu)化結構使用設計工作。高層建筑中的混凝土結構物普遍包括多個構件，每一個構件所處的環(huán)境存在顯著的差別，這就決定了不同構件具備的耐久性壽命存在差異，因此設計人員要根據(jù)實際的使用環(huán)境，明確建筑中不同結構構件的使用界限與注意事項。以屋面、陽臺及女兒墻的設計為例，這些部位的梁柱構件的耐久性壽命普遍低于室內(nèi)，因此必須合理設定這些部件維修或更換的時間。

合理設計結構構造形式。設計人員根據(jù)建筑的具體侵蝕環(huán)境與設計使用年限，設計厚度在 20mm～70mm之間的混凝土保護層并通過協(xié)調(diào)構件的截面積與表面積避免侵蝕性物質(zhì)集中停留區(qū)域的形成，同時注意高侵蝕度的環(huán)境中混凝土墻板的通風效果，并注意配筋間距的合理設計，以減少鋼筋銹蝕、保護層剝離等問題的出現(xiàn)。

4 結束語

高層建筑中混凝土是影響建設質(zhì)量的關鍵性因素之一，因此結構設計人員必須加強對其設計原則的分析與掌握，立足于具體的設計原則，從整體的設計工作及具體的設計內(nèi)容等方面入手，采取有效的策略推動混凝土結構設計的優(yōu)化完善。

參考文獻：

[1]毛羽亮，唐根麗，陜吉祿.大跨度鋼-混凝土組合梁的結構設計與有限元分析[J].工程建設與設計，2012，（06）.

[2]鐘棟.探討大跨度混凝土框架結構設計[J].中華民居，2012，（07）.

篇10

關鍵詞： 框架結構、混凝土、設計、結構優(yōu)化

引言：

隨著社會的發(fā)展與進步，高層建筑在城市中應運而生，鋼筋混凝土框架結構是當前我國建筑結構設計中一種量大面廣普遍的結構形式，由于近些年來建筑結構設計在市場的需求量逐漸增大，它的出圖方案時間也縮得越來越短了，從而忽視鋼筋混凝土框架結構設計方案的優(yōu)化。建筑是人類文化的載體，是我們生活的場所，尤其近幾年自然災害（地震，洪災）頻繁，為了我們的家人，我們的同胞。所以我們設計建筑任何一個環(huán)節(jié)都需達到規(guī)范、規(guī)程的要求，因此掌握鋼筋混凝土框架結構優(yōu)化設計的方法尤為重要。

一、梁、柱結構平面布置

1、梁的布置

（1）梁是板的支承構件，因此梁應盡量根據(jù)板的經(jīng)濟跨度來布置。

（2）梁必須有可靠的支承構件，一般為柱或承重墻。

（3）當梁的支承構件為承重墻時，梁的位置宜避開門、窗洞口。

（4）當樓板有超過1.0m的大洞口時，宜在洞邊布置梁。

（5）作為預制板的支承梁時，梁的間距應符合預制板的長度。

2、選取縱橫向框架梁均勻承重的結構布置形式。結構布置若能盡量做到縱橫向框架梁均勻承重，不但結構整體抗震性能好，而且能發(fā)揮縱向框架梁的作用，同時也使得柱配筋上下均勻，柱截面大小合理。

3、選取豎向荷載傳至柱的傳荷路徑最短的結構布置形式?？蚣苤⒖蚣芰旱牟贾脩x取在上下各層墻體基本對齊的軸線上，以便絕大部分墻體荷載直接經(jīng)框架梁傳至框架柱；次梁的布置應使墻體荷載及樓、屋面恒活荷載傳至框架梁的傳力路線最短，這樣使得梁的數(shù)量最少。如圖1所示為一種較好的次梁布置形式：橫向次梁為一級次梁，內(nèi)走廊墻下次梁為二級次梁。

4、次梁盡可能連續(xù)布置且外挑。連續(xù)梁自身的受力性能和經(jīng)濟性比單跨梁優(yōu)越，這是由于多跨連續(xù)梁為非靜定結構，梁撓度較小，梁截面可取得較小，彎矩包絡圖連續(xù)均勻分布在梁上下兩側，梁截面配筋上下均勻，梁裂縫寬度容易滿足規(guī)范要求，裂縫寬度控制時不必增加太多的鋼筋。如圖2 所示是一種較好的次梁布置形式，如果次梁按樓層墻體分隔位置布置，則在2.7m跨內(nèi)走廊及2.1m外挑處不布置次梁， 則帶外挑的連續(xù)次梁變成兩根單跨梁，單跨梁兩端的嵌固作用對支承梁產(chǎn)生扭矩，故加大了支承梁的抗扭縱筋和箍筋；外挑梁端大跨度的邊梁對端部挑梁也產(chǎn)生了較大的扭矩。采用連續(xù)帶外挑的次梁布置形式，次梁的支承梁扭矩就大大減小。

當大空間房間有內(nèi)柱時，若縱橫向柱間距相等或者相差不超過20%，則宜在縱橫向均勻布置次梁，形成連續(xù)井字梁， 這樣使得縱橫向框架梁高度相同且最小，井字梁高度也相同且最小，最大限度地滿足了建筑在大空間使用時凈高的要求。無內(nèi)柱的大空間房屋井字梁布置四周向外連續(xù)或外挑，其優(yōu)越性更明顯，所示是一種較好的井字梁布置形式。

二、優(yōu)化梁、柱截面選取與配筋

1、梁截面的選取與配筋

a、簡支梁的截面高度一般取跨度的1/10～1/14，懸臂梁的截面高度一般取挑出長度的1/6左右，一般做到懸挑長度的1/6，但懸挑長度一旦大于3米，配筋就非常大。梁截面的高寬比一般取2.0到2.5，T形截面取2.5到4.0，一般梁h=250、300、350、400……750、800、900、1000……，寬度 b=120、150、180、200、250、300……

b、懸臂梁根部高度一般取懸臂長度的1/5，實際設計時可以將端部高度減小，做成楔形截面。一般上部鋼筋受拉，下部可按構造配筋。鋼筋砼梁高一般為跨度的1/14～1/8，梁寬為梁高的1/3～1/2，且梁的高與寬應符合有關模數(shù)規(guī)定。梁的寬度不大于支撐柱在該方向的寬度，很多時候梁要托住上面多層的墻和板或板荷載比較大（底框比較典型），這時候單靠跨度來算很難接近正確值，比如有的跨度只有3米，托一層的墻板，梁高只要350，而有的3米跨卻要托五層墻板，那么梁高就要達到700。一般大概算下該梁承重上面多少墻板重，然后求出彎矩，翻鋼筋混凝土結構計算圖表，通過彎矩直接查到需要多高多寬的梁，這樣得出的數(shù)據(jù)接近正確值。

（2）鋼筋混凝土結構梁截面的選取按縱筋配筋率在1.0%～2.0%之間為最佳。當梁縱筋配筋率2.0%時梁端箍筋加密區(qū)范圍內(nèi)的箍筋最小直徑要加大2mm。

（3）連續(xù)梁各跨梁截面應按梁縱筋配筋包絡圖及剪力包絡圖選取。連續(xù)梁各跨梁截面的選取在滿足梁撓度要求的條件下，使得梁縱筋配筋率在1.0%～2.0%之間，同時應使梁縱筋配筋包絡圖連續(xù)均勻地分布在梁上下兩側?？v筋配筋在滿足縱筋最小凈距的條件下，應使配筋排數(shù)最少，以便使得梁截面有效高度最大。外挑梁截面可設計成變截面，變截面的斜度根據(jù)其剪力及彎矩包絡圖決定。

2、柱截面選取與配筋

柱截面按柱軸壓比控制，以絕大多數(shù)柱配筋是構造配筋為最優(yōu)結果。按規(guī)范規(guī)定，柱縱筋配筋率大于3 %時，柱箍筋直徑不應小于8mm，且宜采用焊接接頭，這就使得配筋費用變大。

三、新型材料的優(yōu)越性和應用

普通磚混凝土結構的建筑抗震性不好，塌倒了砸傷的人的傷害大。而且在攪拌、運輸、澆筑、振搗、養(yǎng)護條件的波動以及氣溫的變化和用水量或骨料含水量的變化所引起水灰比的波動等因素都會影響混凝土的質(zhì)量，這樣磚混凝土的施工方面遠遠就比鋼架結構的大了。

隨著科學技術的發(fā)展， 無國界的技術交流，采用國家推薦的新型技術材料用于新科技工程建設的工程實踐， 如高強度高性能混凝土、高強度鋼材、輕質(zhì)墻體材料等， 工程技術人員應及時收集這方面的資料及工程應用情況，從工程經(jīng)濟的角度分析其應用條件，以使得工程設計經(jīng)濟合理。由于工程綜合效益的需要設計寬扁梁時，寬扁梁的受力縱筋選用HRB400鋼筋較為合理，一方面降低了配筋率，另一方面使得縱筋配筋排數(shù)最少， 梁的有效高度增大。對于地面以下或處于潮濕工作環(huán)境中的梁，由于梁的裂縫寬度控制較嚴，梁的受力縱筋選用HRB400鋼筋有時就不經(jīng)濟了。輕質(zhì)墻體材料較普通墻體材料單方價格要高，但工程中如果墻體較多，柱網(wǎng)跨度較大， 地基承載力又低，采用輕質(zhì)墻體材料是最適合的了，這些都要具體分析選取。

四、結束語

總之，建筑是文化的載體，是人們生活的場所，建筑的設計首先各個環(huán)節(jié)都要達標，否則就是一個失敗的害人建筑品，不存在意義。通過對鋼筋混凝土框架結構的合理優(yōu)化設計，能夠顯著抗震性、較少鋼材、商品混凝土的用量，一方面可以降低工程的建設成本，另一方面還可以有效的減緩建筑能耗，達到集約化建設的目的，因此在現(xiàn)代化的工程建設中，應當大力推廣結構優(yōu)化設計方法。

參考文獻：

[1]劉禮聯(lián).小高層住宅短肢剪力墻結構設計優(yōu)化措施分析探討[J].中外建筑，2010