钢结构在高层建筑结构优化设计中的应用

浅谈我国高层建筑钢结构现状和发展

浅谈我国高层建筑钢结构现状和发展摘要：近些年，我国经济飞速发展，人们对生产和生活水平的有了的较高的要求。这就给钢结构带来了巨大的机遇和挑战。在我国钢结构起步比较晚，但是我国钢结构发展迅速。随着经济的发展，社会对钢结构提出的要求越来越高。关键词：钢结构优势钢结构现状发展 1高层建筑钢结构的优势钢材的种类比较多，其主要是含铁和碳，碳的含量影响着钢材的韧性。我国钢建筑起步晚，它的建造规模、数量与我国整体经济实力是不相称的。钢固有的高抗压、施工速度快、延展性好、污染小，可以称得上是绿色环保建筑。钢结构建筑主要材料从国内采购，价格相对从国外采购的少，质量也有保证，加上钢的施工速度快，质量也有保证，导致我国钢结构建筑发展异常迅速。 1.1抗压、抗震延展性好钢材的质量相对比较小，而韧性强面积大，所以能承担较大量的荷载，使其抗压能力比较强。由于采用了弯型钢构件做成的三角型屋架体系。构成了牢同的钢结构体系，发生地震时，房屋的地震作用可以减少一半，所以钢结构的建筑之所以有良好的抗震能力。在高烈度地震区，人们对房屋的抗震能力要求高，这种结构体系在那里得到充分的利用。另外，钢结构的延展性好，使部分构件易进入塑性，更能提高抗压抗震能力。 1.2施工速度较快钢结构在施工过程中由于其有着较大的空间，所以施工起来非常的方便。如建造柱子时，工人可同时安装柱、框架及柱子进行装修，这样既减少了工作时间，又提高了工作效率。 1.3较高的质量钢的构件一般是在工厂由专门的员工制造，加丁精度高，增加了制造钢的专业性。另外在工厂制造．减少了工地模板储运等作业时间及砂石堆放所需要的场地，这些都使得钢的质量得到很好的保证。 1.3使用中易改造而且污染小钢结构建筑在使用中易接高，扩大楼面时割，变动的灵活性大，在进行房屋部分微调时，也减少了工人的工作，使用过程中很容易改造。其次钢结构可以重复利用，减少了矿产资源的开发，节约了社会资源。钢结构施工时，无粉尘污染，噪音小等特点使得钢结构的建筑成为了绿色环保性建筑，它的使用得到国

浅谈高层建筑结构设计的优化

浅谈高层建筑结构设计的优化摘要：在社会经济快速发展的背景下，城市建筑用地资源日益紧张，高层乃至超高层建筑项目不断兴起，在城市建筑领域中占据着相当重要的地位，并带动着建筑行业的蓬勃发展。高层建筑项目建设中，结构设计的质量水平会对高层建筑物的整体性能产生影响，如何对高层建筑结构进行优化设计是业内人士必须关注的一项课题。本文即探讨在高层建筑结构优化设计中存在的不足之处，并提出了高层建筑结构优化设计的解决措施与方法，望能够促进建筑结构设计方案的进一步优化与发展。关键词：高层建筑；结构；设计；优化引言：高层建筑凭借着自身众多优势而成为当前城市建设中最重要的类型。而结构设计的科学合理性对高层建筑的安全稳定性、适用性、耐久性及经济性等有重大影响，因此优化高层建筑结构设计意义重大。高层建筑结构优化的主要目的是在满足人们基本居住要求的前体下，实现对有限空间及资源的更合理分配，以提升房屋的安全、舒适及美观性。建筑工程包含的内容众多，因此结构设计优化的内容也是多方面的，在结构优化设计中，只有从多角度进行全面的优化设计，才能从整体上促进高层建筑结构优化设计水平的提高。 1、高层建筑历史与现状发展在很早以前就有了结构化优化的思维，是在很多建筑设计者的实践中提炼出来的，林同炎设计大师就是首次在国内提出结构化优化的方法。之后在我国高层建筑迅速发展，目前发展已经十分惊人，各种优化方法也层出不穷。在早前，手工画图时代，结构设计师都是依靠先把空间问题转换成平面问题。此时通过计算力学效应，逐步分析计算和考核，强度、整体受力情况都需要一一验算核准，强调安全性，也要满足设计的基本要求。然后凭经验初取截面，再进行强度验算校核、整体受力验算等步骤。由于受到当时条件制约，整体上要既要实现经济，又要完全达到优化设计是很难达到的。随着计算机的普及，在建筑设计上的应用，利用计算机来优化建筑设计结构，研究成果虽然取得了突破性的进展，但是应用上并不如人意。那是因为科研的结果与现实的运用在很大程度上有一定的距离，现实中会考虑更多的约束条件，工程的复杂性在现实中得到体现。不是科研中的简单函数关系就能处理完成，需要考虑实际情况。工程的复杂和不可复制性，就决定了结构化优化的难度。各种计算机语言和软件的出现，为建筑结构化设计提供了精准的计算，让设计更有迅速。即便如此，科学研究的最优解和建筑实际的最优化还是有很大的区别，理论和实践区别在于实践的变化性。这就需要以实践为基础，更深入的去研究，从结构优化，到安全、美学、功能等方面进行优化。 2、设计高层建筑结构合理性所遵守的原则 2.1 高层建筑结构基础设计方案要合理高层建筑场地的地址因素是决定高层建筑结构基础方案如何选择的参考依据。合理、有效的高层建筑结构基础方案的设计，必须结合相应的地址勘探条件，必须切实、全面的考虑周边原有建筑群体、施工限制条件、地基荷载分布情况与高层建筑结构类型等相互间的关联因素。 2.2 保证高层建筑结构设计方案的合理性

优化设计在材料中的应用

复合材料结构稳定性约束优化设计纤维增强复合材料结构, 以高的比强度和比刚度, 在航空航天领域得到了广泛的应用。许多空天结构的设计, 均利用复合材料结构特殊的屈曲特性, 以达到提高稳定性和降低结构重量的目的, 如机身、航天器的承力筒、直升机地板等。复合材料具有较强的可设计性, 可通过优化铺层参数, 如层数和纤维铺设角, 提高结构的临界屈曲载荷, 在满足稳定性要求的前提下减轻结构重量。有关复合材料结构稳定性优化以及稳定性约束优化的研究不断发展, 如文献[ 1] 研究了层合板临界屈曲载荷的优化方法及灵敏度分析方法, 文献[ 2] 通过引入层合板刚度矩阵求解过程的中间变量,对屈曲载荷进行了优化; 近年来遗传算法也逐渐被应用于该问题, 扩大了研究对象的结构形式范围,提高了优化设计的效率。但是, 多数复合材料稳定性方面的优化工作采用的是确定性的优化设计方法, 即不考虑材料及载荷的不确定性, 得到的优化结果濒临失效边界, 难以满足结构的可靠性要求。纤维增强复合材料, 材料性能离散度大, 工作环境复杂, 各向异性的特点使其对载荷相当敏感。20 世纪90 年代, 设计者们逐渐意识到不确定性因素给复合材料结构带来的影响[ 3], 因此复合材料结构的可靠性优化设计越来越多地受到工程界的重视, 并开展了相关研究。文献[ 4, 5] 基于层合板临界屈曲载荷的解析表达式, 构建极限状态方程, 计算结构的失效概率。但是, 工程实际中的结构通常需要使用有限元等方法进行结构分析, 缺少显式的极限状态函数, 造成可靠度计算困难。对此, 一些学者提出了结构可靠性分析的响应面法, 使可靠度计算得以简化，并且一般能够满足工程精度

机械结构优化设计

机械结构优化设计 ——周江琛2013301390008 摘要：机械优化设计是一门综合性的学科，非常有发展潜力的研究方向，是解决复杂设计问题的一种有效工具。本文重点介绍机械优化设计方法的同时，对其原理、优缺点及适用范围进行了总结，并分析了优化方法的最新研究进展。关键词：优化方法约束特点函数优化设计是一门新兴学科,它建立在数学规划理论和计算机程序设计基础上,通过计算机的数值计算,能从众多的设计方案中寻到尽可能完善的或最适宜的设计方案,使期望的经济指标达到最优,它可以成功地解决解析等其它方法难以解决的复杂问题,优化设计为工程设计提供了一种重要的科学设计方法,因而采用这种设计方法能大大提高设计效率和设计质量。优化设计主要包括两个方面:一是如何将设计问题转化为确切反映问题实质并适合于优化计算的数学模型,建立数学模型包括:选取适当的设计变量,建立优化问题的目标函数和约束条件。目标函数是设计问题所要求的最优指标与设计变量之间的函数关系式,约束条件反映的是设计变量取得范围和相互之间的关系;二是如何求得该数学模型的最优解:可归结为在给定的条件下求目标函数的极值或最优值的问题。机械优化设计就是在给定的载荷或环境条件下,在机械产品的形态、几何尺寸关系或其它因素的限制范围内,以机械系统的功能、强度和经济性等为优化对象,选取设计变量,建立

目标函数和约束条件,并使目标函数获得最优值一种现代设计方法,目前机械优化设计已广泛应用于航天、航空和国防等各部门。优化设计是20世纪60年代初发展起来的，它是将最优化原理和计算机技术应用于设计领域，为工程设计提供一种重要的科学设计方法。利用这种新方法，就可以寻找出最佳设计方案，从而大大提高设计效率和质量。因此优化设计是现代设计理论和方法的一个重要领域，它已广泛应用于各个工业部门。优化方法的发展经历了数值法、数值分析法和非数值分析法三个阶段。20世纪50年代发展起来的数学规划理论形成了应用数学的一个分支，为优化设计奠定了理论基础。20世纪60年代电子计算机和计算机技术的发展为优化设计提供了强有力的手段，使工程技术人员把主要精力转到优化方案的选择上。最优化技术成功地运用于机械设计还是在20世纪60年代后期开始，近年来发展起来的计算机辅助设计（CAD），在引入优化设计方法后，使得在设计工程中既能够不断选择设计参数并评选出最优设计方案，又可加快设计速度，缩短设计周期。在科学技术发展要求机械产品更新日益所以今天，把优化设计方法与计算机辅助设计结合起来，使设计工程完全自动化，已成为设计方法的一个重要发展趋势。优化设计方法多种多样，主要有以下几种：1无约束优化设计法；无约束优化设计是没有约束函数的优化设计，无约束可以分为两类，一类是利用目标函数的一阶或二阶导数的无约束优化方法，如最速下降法、共轭梯度法、牛顿法及变尺度法等。另一类是只利用目标函数值的无约束优化方法，如坐标轮换法、单形替换法及鲍威尔法等。此法具有计算

高层建筑结构设计特点.

浅论高层建筑结构特点及其体系 [摘要]文章分析高层建筑结构的六个特点,并介绍目前国内高层建筑的四大结构体系:框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构和筒体结构。 [关键词]高层建筑;结构特点;结构体系我国改革开放以来,建筑业有了突飞猛进的发展,近十几年我国已建成高层建筑万栋,建筑面积达到2亿平方米,其中具有代表性的建筑如深圳地王大厦81层,高325米;广州中天广场80层,高322米;上海金茂大厦88层,高420.5米。另外在南宁市也建起第一高楼:地王国际商会中心即地王大厦共54层,高206.3米。随着城市化进程加速发展,全国各地的高层建筑不断涌现,作为土建工作设计人员,必须充分了解高层建筑结构设计特点及其结构体系,只有这样才能使设计达到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量的基本原则。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: (一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。因为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。

国外钢结构建筑的发展历史

国内外钢结构建筑的发展历史一、国外钢结构建筑的发展历史最早在建造房屋中使用的金属结构可以追溯到18世纪未的英国。由于当时棉纺厂经常发生火灾，因而在厂房结构中采用了铁框架。100年后，美国的芝加哥学派建造了一批钢结构摩天大楼，法国工程师埃菲尔建造了著名的铁塔，金属建筑从此进入了第一个光辉时代。在那个时代，人们也建造金属结构的独户住宅，有些金属住宅，至今状态良好。在以后的半个多世纪里，钢筋混凝土结构兴起，金属在建筑领域里失去了它的名声和魅力，主要用于建造工厂、飞机库等。钢结构建筑在20世纪60年代再次开始新发展。建筑钢材获得了突破性进展，计算机也开始早期应用，金属建筑的各种结构体系日趋成熟。70年代法国蓬皮杜文化中心建成，高科技潮流开始出现；到80、90年代，雷诺汽车零件配送中心、香港汇丰银行、法国里昂机场TGV铁路客运站、日本关西国际机场等则把钢结构推向了一个新的高度。与此同时，建筑师们在中小型项目中，也把钢结构技艺发挥得淋漓尽致，如FRANCE建筑工作室设计的大学生餐厅、儒勒. 瓦尔纳中学、美国ABC公司制造的住宅等。特别值得指出的是，西方发达国家已提出预工程化金属建筑概念，预工程化金属建筑是指将建筑结构分成若干模块在工厂加工完成，从而使钢结构建筑的设计、加工和安装得以一体化，这就大大降低了建筑成本（比传统结构型式低10 ~20%），缩短了施工周期，使钢结构的综合优势更加明显。

在新结构方面，许多国家都加大了研究力度，现在人类已具有建造跨度超过1000m的超大型穹顶与高度超过1000m最高至4000m 的超高层建筑的能力。大跨度开合空间钢结构亦有较大的进展，1989年建成的加拿大多伦多天空穹顶体育馆，跨度205m，能容纳7万人，屋盖关合后可做全封闭有空气调节的体育场。1993年建成的日本福冈室内体育场，直径222m，是当代世界上最大的开合空间钢结构。膜结构的发展亦令人瞩目，1992年在美国亚特兰大建成的奥运会主馆“佐治亚穹顶”，平面尺寸为240m×193m，是世界上最大跨度的索网与膜杂交结构屋顶。由于科技之发展及钢材品质之进步，钢结构之重要性被先进国家所肯定，在欧洲、美洲、日本、台湾等地，厂房之兴建全部采用钢结构。而在一些先进城市，大楼、桥梁、大型公共工程，亦多采用钢结构建筑。最近10年，在美国，大约70% 的非民居和两层及以下的建筑均采用了轻钢刚架体系。二、钢结构建筑的主要优点 1.强度高、刚度大、自重轻。大体而言钢结构与钢筋混凝土自重之比约为1:1 .6，而地震力=质量*地震加速度，故重量愈轻，地震力也减少。钢结构若以适当处理，对耐地震力更有效。同时还可以减少基础工程量和基础造价。 2.钢结构件及其配套技术相应部件绝大部分可以实现工厂化制作，使质量容易保证，便于标准化及推广使用。

浅谈高层建筑结构设计_0

浅谈高层建筑结构设计上世纪末以来，城市化进程加速，城市人口激增，社会经济蓬勃发展，高层建筑在城市中越来越多。如今，城市中的高层建筑已经成为当地经济繁荣的重要标志。标签结构设计；高层建筑；控制参数；载荷；抗震 1 高层建筑的特点《高层建筑混凝土结构技术规程》规定，10层及10层以上和高度超过28 m 的钢筋混凝土民用建筑属于高层建筑。相比多层建筑而言，高层是向空中发展，容积率一定的情况下，建造高层建筑可以节省规划用地面积，提高城市绿化率，还可以缓解城市用地紧张的局面。高层建筑基础需要计算确定深度，独立的高层建筑单体而言，基础埋深比较容易确定，但现今住宅多为数十栋高层建筑群，地下车库相互连接，这时，既要充分考虑地下车库应的侧向刚度作为高层建筑的侧限。高层建筑比多层建筑多出较多的设备用房，如电梯、管道井等，这样就会增加建筑物的造价，增加公共面积；从建筑防火的角度看，高层筑的防火要求要高于中低层建筑，也会增加高层建筑的工程造价和运行成本。 2 高层结构设计体系特点地震作用和风荷载的影响下高度的增加，水平作用对高层建筑结构安全的控制作用更加显著。高层建筑的抗震性能、抗侧刚度、承载能力、造价高低，与所采用的结构系统密切相连。不同的层数、高度应采用不同的结构体系。 2.1 筒体结构单个筒体可分为实腹筒、框筒和桁筒。平面剪力墙组成空间薄壁筒体，即为实腹筒；框架通过减小肢距，形成空间密柱框筒，即框筒；筒壁若用空间桁架组成，则形成桁筒。实际结构中除烟囱等构筑物外不可能存在单筒结构，而常常以框架—筒体结构、筒中筒结构、多筒体结构和成束筒结构形式出现。在层数很多或设防烈度要求很高时，可用筒体结构。 2.2 剪力墙结构体系利用建筑物墙体作为承受竖向荷载、抵抗水平荷载的结构，称为剪力墙结构体系。剪力墙结构体系于钢筋混凝土结构中，由墙体承受全部水平作用和竖向荷载。现浇钢筋混凝土剪力墙结构的整体性好，刚度大，在水平荷载作用下侧向变形小，承载力要求也容易满足。但剪力墙结构体系平面布置不灵活，结构自重往

结构优化设计在房屋结构设计中的运用

结构优化设计在房屋结构设计中的运用发表时间：2019-04-04T09:06:49.333Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第34期作者：严明煜 [导读] 建筑行业的发展机遇与挑战共存，并且随着越来越多的建筑企业参与到市场竞争中，使得建筑行业的竞争也越发激烈。因此，如果建筑企业想要在暗流涌动的市场格局中争得一席之地，就必须要改进原有的建筑结构设计，优化设计技术水平。因此，当前对建筑结构设计中优化技术的研究是必不可少的。严明煜浙江东南建筑设计有限公司浙江杭州 310000 摘要：建筑行业的发展机遇与挑战共存，并且随着越来越多的建筑企业参与到市场竞争中，使得建筑行业的竞争也越发激烈。因此，如果建筑企业想要在暗流涌动的市场格局中争得一席之地，就必须要改进原有的建筑结构设计，优化设计技术水平。因此，当前对建筑结构设计中优化技术的研究是必不可少的。关键词：建筑结构设计；优化技术；应用探讨 1建筑结构设计优化的概念、特点以及重要意义所谓建筑结构设计优化，主要是指建筑在最初的设计之时，除了要保障房屋建筑等的施工安全性以及实用性，还要能够在基本满足人们最基本生活要求的同时，尽量保证房屋结构不仅美观，还要合理、舒适，使得房屋建筑具有安全性、适用性、经济性、科学性、美观等的综合性设计方案。一般建筑结构设计优化方法普遍具有以下几个特点：（1）建筑结构优化设计方法具有多样性和综合性的特点。（2）建筑结构优化设计方法是与艺术等审美标准相融合的设计，直观效果比较强。（3）建筑结构优化設计的安全系数得到了整体的提高。（4）建筑结构优化设计的适用性增强。（5）建筑结构优化设计能够体现当今时代的低碳要素，具有节能性和环保性。（6）建筑结构优化设计的经济化趋向愈来愈明显。（7）建筑结构优化设计在管理中更加简易、方便、快捷。（8）建筑结构优化设计具有科学性（9）建筑结构优化设计具有明显的创新意识、突破了传统的设计形式。建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用具有以下重要意义：建筑结构优化设计方法在房屋结构设计的应用中，是以优化房屋的结构、保障房屋建筑的质量及其安全为目的的。根据近年来我国城市建筑的发展趋势以及科学技术的发展情况来看，与传统的房屋设计相比，经过优化设计的建筑所采取的设计理念以及设计技术更为先进和科学，能够充分发挥房屋建筑建材的性能以及其设备的性能的优势，成本支出也更为低廉，从而实现企业利益的最大化。除此之外，建筑结构优化设计方法应用于房屋结构设计中，能够实现房屋建筑内部结构的协调和整合，有效提高房屋建筑的质量以及安全性。现代的建设结构优化设计方案和传统的建设房屋比较，运用设计方法后的建筑可以降低工程的建设投入成本和投资，提高建筑结构的优化方法，可以节省建设材料的使用，充分利用建设材料。 2结构设计优化技术在建筑结构设计中的步骤 2.1结构优化模型房屋结构整体优化设计方法分以按3个步骤进行。首先，选择设计变量。一般把对设计要求起主要影响作用的参数作为设计变量，如目标控制参数（结构造价C1和损失期望C2）和约束控制参数（结构的可靠度PS）；而将那些对设计要求来讲，变化范围不大或是根据结构要求或局部性的设计考虑就能满足设计要求的参数等作为预定参数，这可以大大减少设计、计算和编制程序的工作量；其次，确定目标函数。寻求一组满足预定条件的截面几何尺寸和钢筋截面积以及失效概率，从而使总费用最小；第三，确定约束条件。房屋结构基于可靠度优化设计的约束条件，则包括尺寸约束、结构强度约束、应力约束、变形约束、裂缝宽度约束、构件单元约束、结构体系约束、从正常使用极限状态下的弹性约束到最终极限状态的弹塑性约束、从可靠指标约束到确定性约束条件等。在设计中，要使结构优化设计应用于实际房屋结构工程，则是路房屋结构设计中实际的约束条件与目标约束条件相比较，保证各约束条件都符合现行规范的要求，以实现最优设计。 2.2设定优化设计计算方案房屋结构基于可靠度的优化设计问题属于比较复杂的多变量、多约束非线性优化问题，一般情况下，在计算过程中，应转化问题求解，即将有约束优化问题转化为无约束问题。可以利用起来的优化设计计算方法有复合形法、拉氏乘子法、Powell法等。 2.3进行程序设计根据基于可靠度的结构优化模型和选择的优化设计计算方法，编制功能齐全、运算速度快的综合程序。 2.4结果分析对计算结果进行分析，确定最优设计方案。在上述步骤的执行过程中，涉及的问题包括多个方面，所以要全方位、多角度地考虑。这主要是因为建设投资这项工程的耗资非常大，涉及到的情况非常多，所以，总法则和考虑必须综合进行，不能片面地追求资金的节约而不顾设计的优化作用。技术与经济之间存在一对矛盾，要能够正确处理，因为它是控制投资中至关重要的环节。因此，在设计中片面强调经济节约是不正确的，应满足技术上的相应要求，使项目达到相应的功能倾向，与此同时，要反对重视技术，轻经济、设计保守浪费的现象。 3建筑结构设计优化在房屋设计中的具体运用 3.1整体和布局的统一性以湖南省某处建筑设计为例，建筑平面图如图1所示，在建筑设计过程当中，经常会运用到艺术建筑设计理念，在项目的整体性工程设计方面，需要对建筑设计和艺术性设计实施完美的结合。因此，在建设过程中需要充分地考虑到整体建筑项目风格以及对建筑环境的和谐统一。从另外一个角度上来进行分析，建筑的局部美和整体性设计上都需要进行和谐统一，不管是在走线的方式还是建筑给排水管道的铺设上，都需要以整体性和安全性为主要的设计原则，在充分的保证建筑安全性的前提下来进行美观性设计。 3.2建筑结构的优化设计在建筑结构设计优化工作当中，需要充分考虑到建筑剪力墙的优化设计，在建筑优化设计过程中主要表现在对建筑的安全性能的保障方面。充分结合建筑设计的中心位置以及剪力墙的整体受力形式，尽可能降低剪力墙的设计指标，在降低建筑受力方面，需要重点考虑建

【精品结构设计知识】高层混凝土结构和高层钢结构的区别与联系

我们只分享有价值的知识点，本文由李雪梅老师精心收编，大家可以下载学习！此行文字可以删除。【精品结构设计知识】高层混凝土结构和高层钢结构的区别与联系高层混凝土结构和高层钢结构的区别与联系钢结构自重小，延性好，但耐火性差，易受外界腐蚀，密闭性差。混凝土结构自重大，刚度大，地震作用下震害比较明显，但抗压性、整体性比较好，不易受外界侵蚀，密闭性好从多个角度比较分析和比较了高层混凝土结构和高层钢结构的异同点，加以分析并提出了未来的展望。随着经济和科技的发展，世界各国莫不致力于高层建筑，甚至超高层建筑的发展。高层建筑之所以有如此大的生命力，是因为它能有效地利用空间，能在有限的土地面积内增加建筑面积，缓解用地紧张的问题，同时高层建筑的建筑高度的竞争也反映了国家的政治地位和经济实力。而先如今，我国的高层建筑结构采用的比较多的是钢筋混凝土结构和钢结构，并且高层钢结构发展仅处于起步发展阶段，高层钢筋混凝土结构发展较成熟。本文从多个角度对高层混凝土结构和高层钢结构进行比较分析，试图能为高层结构的发展大概地指出一个方向，并为之努力。 1.从定义方面进行比较。联合国教科文组织所属的世界高层建筑委员会1972年召开的国际高层建筑会议，将9层和9层以上的建筑定义为高层建筑。当然主体用的钢筋混凝土的是高层混凝土结构，目前钢筋混凝土结构广泛应用于各种建筑，而主体是刚结构的是高层钢结构，目前主要用于轻钢厂房，大跨建筑，高层建筑和嗦膜结构等。 2.从二者的优缺点进行比较。首先谈谈混凝土结构的优缺点。优点：（1）可模性好。（2）整体性好。（3）耐久性好。（4）耐火性好。（5）易于就地取材。钢筋混凝土结构具有下述主要缺点：（1）自重大。（2）抗裂性差。（3）性质脆。综上所述不难看出，钢筋混凝土结构的优点多于其缺点。

浅谈高层建筑结构设计的重点和难点

林业科技情报2014Vol.46No.1 浅谈高层建筑结构设计的重点和难点梅雅莉（黑龙江省林业设计研究院）［摘要］由于我国人口数量的增多，为解决住房等问题需要发展建筑行业，尤其是要发展高层建筑行业。随着建筑高度的不断增加，建筑的形式和结构功能也变得复杂多样，因此，高层建筑的结构设计工作便成为建筑工程师在设计过程中的重点和难点。本文着重对高层建筑结构设计过程中应注意的问题进行分析。［关键词］高层建筑；结构设计；重点问题 Discussion On The Emphasis And Difficulty Of The Structure Design For High－Ｒise Building Mei Yali （Forest Designing AndＲesearch Institute Of Heilongjiang Province） Abstract：With the increasing for the population in our country，it is necessary to develop architecture industry，es-pecially the high－rise buildings，to solve the housing problem．Associated with the increasing number for the high －rise building，the type of the architecture and the structure function has got much more complex．As a result，the design for high－rise building becomes the emphasis and difficulty for the architecture engineering worker．The par-ticle mainly analyzes the problem emerging from the high－rise building design process． Key words：high－rise building；structure design；emphasis problem 1高层建筑结构设计的概况及意义随着我国城市化进程不断加快，城市人口显著增多，高层建筑在城市建设中发挥着越来越重要的作用。即使在建筑设计理念和方法日益先进的今天，仍会因为高层建筑复杂的结构，较广的学术知识涉及和较大的工程量而出现设计失误的现象。高层建筑结构设计的意义有：首先，如果建筑所使用的面积一定，设计和建造高层建筑可以获得相对多一些的使用面积，可以解决城市用地紧张、房价高涨等问题。另一方面，精美的高层建筑设计还可以改善城市的外观，或者说成为城市的一道风景。比如马来西亚的石油大厦和上海的金茂大厦等等。而如果设计的建筑高层密度、结构不合理，就会给城市带来热岛效应，影响城市居民的生活环境，甚至由于高层的玻璃因反光而发生光污染的现象。其次，如果是在建筑面积与建设场地面积的比值一定，那么建造高层建筑就会有效地节约城市土地面积，得到更多的空闲地面，用这些空闲出来的地面来进行城市绿化或者供人们休息娱乐。与此同时，建筑高层的土地结构设计会为城市带来更充足的日照、更良好的采光和通风效果。在新加坡新建的居住区中，由于建造了很多的高层建筑群，得到了许多空闲的地面，使人们的休闲活动空间也得到了拓展。最后，一般情况下，高层建筑也可以使人们的内心得到舒展，所以说高层建筑对于城市人们的生活非常重要。因此，高层建筑的结构设计也非常重要，良好的建筑结构可以使人们生活得更加安全，更加舒心。也会使城市更加美观，拥有良好的生态环境。高层建筑结构设计师们要发挥自己的所学所能，设计出美观、经济、实用的高层建筑。 2高层建筑结构设计中应注意的问题在高层建筑结构的设计中，我们需要注意一些问题，主要有以下几方面。 2.1剪力墙的设计在高层建筑中，剪力墙对建筑有着重要的影响，所以，在剪力墙的设计过程中，要充分考虑剪力墙的结构体系。也就是以建筑物墙体作为承受水平、竖向荷载的结构，要求混凝土剪力墙具有较好的结构，较强的刚度，以满足其承载力的要求。在对剪力墙进行计算配筋时，切记要为墙肢一端配筋。在短肢剪力墙相对较多的结构中，将较短的墙段划为约束边缘的构件是不妥的，这会使墙肢中和轴附近的钢筋无法发挥作用。另外，剪力墙间距也不能过大，因为这会使得平面的布置显得死板，无法满足公共建筑功能需求。此外，一旦剪力墙自身的结构过大，高度超过标准就会引起悬臂墙变形， · 03 ·

高层建筑钢结构设计与混凝土结构设计

高层建筑钢结构设计与混凝土结构设计【摘要】如今的高层建筑基本上采用的是钢结构设计或混凝土结构设计方法，也有将两者结合建造的建筑物，这两种结构设计在高层建筑中各自有什么特点？在高层建设期间对两者结构设计的要求是什么？本文将针对性地做简要的分析。【关键词】高层建筑;钢结构;混凝土;设计一、高层建筑的钢结构特点 1、质地坚固、自重轻钢材材质十分坚固是众所周知的。在高层建筑的施工中，相较于混凝土结构的工程，钢结构的建筑没有其横截面积大的问题，另外，由于钢结构自重较轻，所以利用钢材结构建造的建筑物重量较轻，这样就有效提高了建筑内部的抗干扰性能。 2、塑性好、韧性强钢材良好的可塑性与伸缩性、坚强的韧性可以适应不同的负载重量。利用钢结构设计建造的建筑物比其他结构建造的建筑物的抗震性能更强。 3、钢材质地较为均匀钢材质地较为均匀，钢材在建造钢结构的建筑物时符

合力学计算上的要求。二、几种常见的高层建筑结构 1、剪刀墙结构剪刀墙及结构设计常常出现在钢混结构的高层建筑中，其缺点主要是不能有效满足对空间的布置要求，同时载重能力较差，极少应用在共建建筑结构上。 2、框架结构框架结构的高层建筑主要组成部分是梁和柱，是通过两者之间的连接点组成的，钢结构与钢混结构建造而成的高层建筑物基本上采用的是框架结构，其优势是其结构较为灵活，应用相当广泛，更能满足对室内空间的布置便利的要求;其劣势在于这种结构的高层建筑的抗震性不高。 3、简体结构与巨型结构简体结构与巨型结构在高层建筑的建设中被应用的方式是一样的，通常情况下是与其他结构的建筑结构相结合，应用在高层建筑的建设中。 4、剪刀墙结构与框架结构相结合的设计结构在高层建筑的建设中，如果单独采用剪刀墙结构或者框架结构的设计方式，建造完成的高层建筑在载重力、刚度、负荷力等方面都较弱，但是如果采取框架结构与剪刀墙结构相结合的设计方式，在应用到高层建筑的建设中时，其在载重力、刚度和负荷力方面都更为优越，所谓“1+1>2”的效

结构优化设计的几点应用

结构优化设计的几点应用摘要：提出结构优化设计的概念，重点分析和推导了钢筋混凝土受弯构件造价最省的条件，可以为设计人员判断受弯构件的截面是否优化提供参考。关键词：结构优化设计；钢筋混凝土受弯构件；造价 1. 引言一般结构设计的流程按图一进行，结构选型、布置和截面等是设计师根据设计要求和实践经验，参考类似的工程设计确定的。设计中大量的工作都是对初步选定的设计方案进行校核，现行设计规范的表述模式一般是不等式，如，因此满足不等式的结构方案必定是无限多种的。在满足设计规范和使用要求的前提下，另外确定一个特定指标使其达到极大或极小（如造价最省、工期最短、自重最轻、梁高最小等），就是结构优化设计。

优化设计用数学的方法描述就是目标函数的极值问题。一个结构的设计方案是由若干个变量来描述的，这些变量可以是构件的截面尺寸，也可以是结构的形状布置，还可以是材料的力学或物理参数。结构设计的所有变量计为[X]，结构设计必须满足建筑功能和设计规范的要求，也就

是所有的变量必须满足一定的约束条件： H(X)=0 G(X)≥0 设定的优化目标必定是[X]的函数F（X）,F(X)→min(或max)所求的一组解[X0]就是最优化设计的解。 [X]的维数决定了优化设计的过程离开计算机是无法实现的，遗憾的是现阶段的结构设计软件除少数钢结构软件有构件截面的自动优选外，一般都没有引入优化设计的概念。因此现阶段可以操作的优化设计依然是电脑与人脑的结合，即所谓的概念设计，根据一定的经验指标判断计算结果是否已达优化，也就是如图二所示，在一般设计的流程中加入最优化的判断。 2. 结构优化设计的分类：根据结构设计的流程，优化设计可以分为宏观优化和微观优化，宏观优化包括结构选型和结构布置的优化，微观优化主要是指杆件截面的优化。结构选型的优化包括基础方案和上部结构的优化，结构选型的优劣直接决定了结构设计的质量，更多的依靠设计人的经验和能力，当复杂的问题超出经验的范围时，对不同的结构方案进行试算不失为一种可行的方法，这时忽略一些微观的因素，相当于大大降低了自变量[X]的维数，少量的计算比较就可以找到比较优化的结构选型。比如框架-筒体的超高层建筑，外框架可采用钢筋混凝土、钢管混凝土、型钢混凝土，可以加斜撑，也可以做加强层，在不能准确判断采用哪种方案的时候，逐一试算，比较钢材和混凝土的用量或其他目标函数，可以在较短的时间内

高层建筑结构设计特点及体系分析

高层建筑结构设计特点及体系分析发表时间：2016-07-08T16:27:19.500Z 来源：《基层建设》2016年6期作者：李晓瑞 [导读] 近年来，我国高层建筑设计及施工又有很大的发展，各种结构型式得到充分应用。广西南都建筑设计有限公司 530021 摘要：近年来，我国高层建筑设计及施工又有很大的发展，各种结构型式得到充分应用，高层建筑的体型和功能更加多样化，结构复杂程度增加。基于此本文着重对高层建筑结构设计特点及体系进行了分析，旨在为提高高层建设工程质量提供参考。关键词：高层建筑；结构设计；体系前言高层建筑结构的最主要特点是水平荷载为设计的主要因素，侧移限值为确定各抗侧力构件数量和截面尺寸的控制指标。有些构件除必须考虑弯曲变形外，尚需考虑轴向变形和剪切变形的影响，地震区的高层建筑结构还需要控制结构和构件的延性指标。目前国内高层建筑类型不断增多，发展较快，由此需要结合钢结构和混凝土结构的优点，承载力高、延性好、变形能力强等理论基础，对建筑结构设计进行研究。 1高层建筑结构设计特点分析 1.1重视侧向荷载对结构的影响随着建筑高度的增大，侧向荷载对结构影响的增长速率大于竖向荷载的增长速率，到某一高度时，侧向荷载对结构的影响将超过竖向荷载。从这开始，侧向荷载将成为确定高层建筑结构方案和影响土建造价的决定性因素。为此，对侧向荷载的作用，该倍加关注。 1.2结构设计除需满足承载力以外，还需满足侧移要求（1）侧移的限值结构受侧向荷载后，结构将发生水平变位——侧移。按侧移对结构的影响，可分为绝对侧移和层间侧移这两项。这里，绝对侧移是指建筑结构相对于地面原点的水平变位大小；而层间侧移则是指两相邻楼层绝对侧移值之差(见图1)。绝对侧移量过大，将会使结构产生P-效应，增大结构内力；有时甚至还会引起电梯运行困难，增加结构倾覆和失稳的危险性；同样，层间侧移过大，将会导致装修和非承重墙体的损伤[1]。图1绝对侧移和层间侧移（2）减少侧移的途径一是减少风荷载或地震作用。对不考虑地震作用的高层建筑，风荷载是侧向荷载中的主要荷载。减少风荷载，就可减少侧移量。圆形平面时的风荷载最小，约只为矩形平面时的60%；即使将房屋的已定平面形状略加修饰，使之更近于流线形时，则同样也可起到减少风压的效果。二是选用合适的结构方案。根据房屋的高度、高宽比、平面形状和它的体型，在选择结构方案时，将一并考虑控制侧移的这一因素。因一旦选定了结构方案，实际上，这时结构的侧移也就确定了。三是设置刚性层。如我国某高层建筑 (地上37层、地下2层、高140m)，钢筋混凝土框架一核芯筒结构，平面呈单轴对称的六边形，高宽比达5.2。但由于在第20层和第35层处各设了一道刚性层，使结构的顶点侧移量、由原先的284mm降至250mm，减少了10%。 1.3注意减轻楼面自重，减少楼面的结构高度楼面(包括楼板及楼面梁)自重将占结构竖向荷载的大部分，由于高层建筑的层数多，虽每层的竖向荷载减少有限，但积累后的值对下层的柱、墙和基础都会产生不小的影响。在确保楼层净高不变的条件下，减少楼面的结构高度，就可减少每层的层高。积累后，有时使房屋总高不变而增加楼层层数达1层或2层；或也可在楼层层数不变的条件下，减少房屋的总高。这些都将产生十分可观的经济效益。 2高层建筑结构设计体系分析 2.1框架结构体系对于水平荷载作用，常用的方法有以下几种： 1）反弯点法。反弯点法的基本假设是把框架巾的横粱简化为刚性梁，因而框架节点不发生转角，只有侧移，同层各柱剪力与柱的移

高层建筑结构体系的发展和应用

天津大学网络教育学院专科毕业论文题目：高型超高层建筑结构体发展完成期限：2016年7月5日至 2016年11月5日学习中心：选择一项。专业名称：选择一项。学生姓名：[此处键入学生姓名] 学生学号：[此处键入学生学号] 指导教师：[此处键入教师姓名]

高型超高层建筑结构体发展一、研究背景近年来随着世界人口的增加，住房紧张的问题越来越严重，传统意义的住房已满足不了人们的需求。在这种情况下，高层建筑因运而生。所以高层建筑是社会生产的需要和人类生活需求的产物，是现代工业化、商业化和城市化的必然结果。而科学技术的发展，高强轻质材料的出现以及机械化、电气化在建筑中的实现等，为高层建筑的发展提供了技术条件和物质基础。虽然高层现在也有很多缺点，但是随着科技的发展和技术的进步，高层建筑的缺点会逐步改正并成为未来大多人们的居住房。二、研究内容 1、高层建筑发展情况 19世纪末，随着科学技术的发展，钢筋混领土结构、钢结构在土木工程领域中代替传统的砖、石、木结构得到了推广和应用，建筑高度的增加、层数的增多、跨度的增大，现代意义上的高层建筑开始出现。回顾高层建筑的发展历史，我们可以看到其中代表建筑是美国1931年建成的纽约帝国大厦（高381m，102层）、1972年建成的纽约世界贸易中心的姊妹楼（417m和415m，100层，“9.11”事件中被毁）和1974年建成的芝加哥西尔斯大厦（441.9m，110层），前苏联和波兰与1953年和1955年分别渐层的莫斯科国立大学（239m，26层）和华沙科学文化宫（231m，42层），1978年澳大利亚悉尼建成的MLC中心（229m65层）。1985年以来，亚洲的日本、韩国、马来西亚、朝鲜及中国等国家迅速发展了高层及超高层建筑，其中有1996年建成的深圳的帝王大厦（高325m，69层）、广州中信广场（321.9，80层），1998年建成的吉隆坡石油大厦（400m，88层）上海金茂大厦（395m，69层）。将世界上最高的100幢高层建筑的建筑年代和在世界上各地的分布表作统计表（表1），则可看出：随着时间推移20实际中，北美洲在前100幢高层建筑中所占的数量由多变少，而亚洲则从无到有，有少变多。并由此推论在21实际中亚洲将成为世界建造高层及超高层建筑的中心。世界高的100幢高层建筑的建筑年代及分布表将较熟悉的世界上10幢最高的建筑物数据加以列表，（见表2）

浅谈建筑结构优化设计的应用

浅谈建筑结构优化设计的应用发表时间：2015-10-14T11:00:47.510Z 来源：《工程建设标准化》2015年6月总第199期供稿作者：王猛 [导读] 目前各种建筑的工艺越来越复杂，相应的技术越来越先进，因此对建筑结构的设计与实践运用提出了更高要求。【摘要】随着现代科学技术的快速发展，人们对物质需求越来越强烈，对市场的需求以及对各种事物的要求越来越高，其中就表现在建筑结构上，目前各种建筑的工艺越来越复杂，相应的技术越来越先进，因此对建筑结构的设计与实践运用提出了更高要求。我们应该充分结合理论与实际，发掘新特点优势，从实际出发，立足本质，进行好建筑结构的优化和实际部署应用，本文从建筑结构优化的意义以及优化设计的应用进行了探究。【关键词】建筑结构；结构优化；实际运用建筑是一种艺术，人们都是带着审美的眼光去审查一栋建筑，建筑是从美观的外形和结构功能设计来审判的，适用、经济、便于施工是建筑结构设计的追求，建筑的艺术性是追求建筑的美观、力度的美学、外型的总体效果、建筑的结构设计和建筑的艺术性完美的融合，只有这样才能把建筑有限的空间无限扩大、有限的资源的最大发挥，实现建筑整体性的完美，建筑结构设计优化方法要遵循满足建筑外型美观要求、满足建筑结构安全、合理的原则。 1．建筑结构优化设计的现实意义随着社会经济的迅速发展，城市里突现的是钢筋水泥的建筑，住宅越来越多，层数越来越高，成本明显增高，要设法降低单位面积的成本，整体降低总成本，因此建筑结构的优化设计可以降低成本的总造价；由于建筑的层数增加，楼体结构自重相应增加，接踵而来的是水卫和点气管线增长等一系列问题，因此建筑结构的优化可以提高建筑结构的经济性。经过考证，结构优化之后要比传统结构的工程造价低7%-35%左右，达到经济高效的效果，又可实现建筑物美观实用，在实际运用中，最合理的利用材料的性能，可以使建筑内部各单元得到最好的利用，在建筑整体造价和建设施工工期方面也有较为良好的贡献，建筑结构优化的最终目的是实现适用、经济和安全，实现经济效益的最大化。 2．建筑结构优化设计应用的理论建筑结构优化应用有两方面的作用，一是在建筑分部结构的优化设计方面的作用，二是在房屋工程结构总体的优化设计方面的作用，两者都有细分，例如结构总体的优化设计囊括了总体方案优化设计和细部结构方案的优化设计等，从另一方面讲包含了形体结构选型、布置、机构体的受力分析、建筑整体造价分析等项目。在建筑结构优化的实际应用中，可以根据使用简单、应用方便的原则，对建筑工程进行结构优化设计，在建筑结构设计过程中，要满足设计意图、平面布置规则、整体形态对称原则、质量中心和刚度中心整体布局原则、建筑物水平荷载作用等一系列问题[1]，做到在理论上为实践提供前提、提供理论基础，做好准备工作。 3．建筑结构优化设计应用的方法简介 3.1做好建筑结构优化设计的函数模型建筑结构优化要选择主要参数，建立数学模型（函数模型），根据科学合理的方法，得出最优的答案，从而得出最合理的优化方案，结合建筑结构的规律和自身的实践经验，对各方面的影响因素进行全面的综合考虑，找出行之有效的结构方案设计，模型的建立有两个步骤[2]，一是选择变量，即选择影响较大的参数，减少计算编程的工作量；二是确定目标函数，例如房屋结构，确定房屋结构的约束条件，在既定的条件下得出最优解，这种设计方法具有一定的准确性，在实际的房屋建造中具有重要的参考作用。 3.2做好建筑结构优化的方案设计建筑结构优化方案设计是做好优化的前提，做好方案设计，设计多个变量、多个条件，编制相应的运算程序，得到最优结果。4．建筑结构优化设计的实际应用 4.1建筑场地的合理选择建筑的拔地而起需要选择合理的建筑场地，在进行建筑场地选择中要考虑很多因素，如防护距离、建筑退界、日照间距、抗震、地段选址等因素[3]，必要时选择合理相应的抗震措施。 4.2建筑主体结构的选择建筑结构的设计要遵循规则结构效应的原则，有利于降低造价，通过对墙、柱、梁的调节使不规则的建筑体型产生规则结构效应，例如剪力墙结构布置。需要进行优化设计的主要部分有很多，如基础、墙、柱、梁、楼板、屋面板等，这些是建筑的主要构成部分，在基础的优化设计中，选择合理的基础形式、控制好基础的截面尺寸，相对减少基础结构的造价费用，柱子的截面对工程的造价也有直接的影响；对于柱网布局和柱子截面的优化设计，确定好柱子的行间距，而柱网布局确定着竹子的行间距，因此柱网布局对工程的造价起着至关重要的作用；梁的设计，为了提高材料的利用率，在实际应用中一般都采用平面架来替代矩形梁，减轻了自身重量，经济又实用；钢筋的优化设计，在建筑结构的优化设计中，要对钢筋的型号进行选择，施工过程中钢筋的型号不同，会造成施工的结果不同，如钢管砼结构和钢结构在自重和承载力相近时，前者比后者节约将近45%的钢材，大大节约了工程成本。 4.3初期方案阶段和抗震设计的应用对于建筑结构来说，前期方案的确定直接影响到最终建筑的成本投资，而目前的市场情况是前期的方案设计部分不参与结构优化设计，而且在前期的建筑方案设计中，很多没有考虑到主体结构的分析或者对于部分分析不到位、不精准，作为一个合格的结构设计人，应该依靠自身所基本的结构概念去布置结构方案，结合建筑空间结构和结构模型概念以及函数模型来进行方案设计。因为运用概念设计方法，在初期方案的设计中，可以根据简单的函数模型，估算出构件的截面面积[4]。建筑结构优化还要考虑最为重要的一点，就是建筑的抗震性，在建筑抗震设计过程中，大多数建筑结构的优化设计主要按照概念设计进行工作，而软件计算并不是建筑结构优化的主要依据，建筑的使用过程中，抗震效果是居民考虑的一个重要问题，尤其在地震多发地带，由此看来，建筑物的耐久性、安全性、功能性是建筑结构设计的三个重点内容，在节约成本以及达到规定年限的前提下，满足抗震功能是重中之重，在地震中，房屋不倒塌是最优目标，由于地震的不规律性，在没有防范措施的情况下会对建筑物造成巨大的破坏，采取行之有效的抗震设计是实现居民财产安全不受侵害的前提，根据建筑物的延展性设计，可以防止建筑物在地震的作用下发生破坏，根据结构优化的原则，对称设计是提高抗震效能的重要手段。