浅谈高层建筑结构设计的优化设计分析
高层建筑混凝土结构的优化设计探析
科
工 程科 技 ｌ｝ｌ
苏赐 钦
高层 建筑混凝土 结构 的优化设 计探析
高层建筑结构抗震优化设计探讨
高层建筑结构抗震优化设计探讨摘要：高层建筑结构设计的要求更高，同时，在抗震设计方面，高层建筑也比普通建筑的设计要更加的严格，这样才能够保证高层建筑抗震的性能。
本文将从以下几个方面来分析如何进行高层建筑结构抗震优化设计。
关键词：高层建筑；结构；抗震；优化设计一、前言目前，我国高层建筑抗震性能还有待于提高，在地震中，高层建筑遭到的破坏远远超过了设计允许的范围。
所以，研究如何进行高层建筑结构抗震优化设计很有必要。
二、高层建筑抗震设计的必要性在历年的地震灾害中，结构工程师逐渐认识到工程结构中宏观的“概念设计”比“数值设计”的抗震更为重要，所以对“概念设计”越来越重视。
建筑建筑结构概念设计的定义就是在结构的宏观整体的基础上，根据结构系统及结构整体的要求，正确处理结构总体方案、细部构造及材料使用等，进而达到对建筑的合理结构设计。
对在结构中遇到的结构体系、构件延性、刚度分布等问题，从宏观的角度上对其进行鉴别、选择等处理，通过适当的计算及构造来消除高层建筑抗震设计中的薄弱环节。
工程师在进行概念设计时要充分运用其思维和判断力，确定结构设计中的基本问题。
因此，在进行抗震设计时，工程师要充分理解结构抗震的特点，分析振动中结构受力特性，抓住关键问题，用正确的思维才能得到科学合理的结构设计。
三、影响高层建筑结构抗震能力的主要因素抗震能力主要是指整体建筑结构抵御地震作用的能力，其由建筑结构的变形能力和承载力共同决定。
高层建筑结构抗震能力的强弱直接决定着该建筑面临倒塌的风险程度。
一般来讲，影响高层建筑结构抗震能力的主要因素包括：第一，结构总体布置。
在对高层建筑进行结构设计之时，需要注意结构体形要简单、结构要对称、强度和刚度要连续均匀变化；第二，结构选型。
首先，超静定次数要多，这样可以消耗地震的输入能量，提高抗震可靠度。
其次，要根据建筑施工地的地质特征选择合适的结构类型。
第三，结构整体性。
不仅需要增强房屋的竖向刚度，更需要构件间的可靠连接，保证建筑基础具有较强的整体性，适应地震时大变形的延性要求；第四，材料选用。
高层建筑结构抗震优化设计论文
浅谈高层建筑结构抗震的优化设计【摘要】综述了高层建筑抗震设计的必要性，论述了我国高层建筑抗震设计中的一些问题，并论述了我国高层建筑结构抗震的具体设计和提高结构抗侧力和构件的延性应注意的事项。
【关键词】高层建筑；结构抗震；优化设计1.高层建筑抗震设计的必要性20世纪70年代以来，结构工程师在总结历次地震灾害的经验中逐渐认识到宏观的概念设计比以往的数值设计对工程结构抗震来说更为重要，因此，人们对于概念设计愈来愈重视。
抗震概念设计就是从结构总体方案设计一开始，就运用人们对建筑结构抗震已有的正确知识去处理好结构设计中遇到的诸如房屋体型、结构体系、刚度分布、构件延性等问题，从宏观原则上进行评价、鉴别、选择等处理，再辅以必要的计算和构造措施，从而消除建筑物抗震的薄弱环节，以达到合理抗震设计的目的。
２．我国高层建筑抗震设计中的一些问题2.1高度问题按我国现行高层建筑混凝土结构技术规程(jgj3-2002)规定，在一定设防烈度和一定结构型式下，钢筋混凝土高层建筑都有一个适宜的高度。
可实际上，已有许多混凝土结构高层建筑的高度超过了这个限制，对于超高限建筑物，应当采取科学谨慎的态度。
在地震力作用下，超高限建筑物的变形破坏形态会发生很大的变化，有些参数本身超出了现有规范的适宜范围，如安全指标、荷载取值、力学模型选取等。
2.2材料的选用和结构体系问题在高层建筑中，应注意结构体系及材料的优选，现在我国钢材生产数量已较大，钢结构的加工制造能力已有了很大提高，因此在有条件的地方，建议尽可能采用钢骨混凝土结构，钢管混凝土（柱）结构或钢结构，以减小柱断面尺寸，并改善结构的抗震性能。
在超过一定高度后，为减小风振需要采用混凝土材料，钢骨、钢管混凝土通常作为首选。
2.3抗震设防烈度较低现在许多专家提出，现行的建筑结构设计安全度已不能适应国情的需要，认为我国“取用了可能是世界上最低的结构设计安全度”，并主张“建筑结构设计的安全度水平应该大幅度提高”。
高层商住楼结构优化设计防范措施
浅谈高层商住楼结构优化设计及防范措施摘要：采用钢筋混凝土剪力墙结构的高层商住楼已成为城市主要的建筑结构类型，如何实现其结构优化，实现经济节能的设计目标越发受到业界的关注和重视。
本文根据笔者多年结构设计实践，详细阐述了高层商住楼结构优化设计的方法与途径，并结合工程实例，对高层商住楼结构优化设计进行了探讨分析。
关键词：高层商住楼；剪力墙结构；结构设计；优化设计；最优比1引言随着社会经济的发展，全国各地兴建的高层建筑特别是商住楼数量日益增多，在结构上大多采用钢筋混凝土的框架剪力墙结构。
当今是“节约型”社会，建筑节能已成为全社会的共识，因此，优化建筑结构设计，降低成本越发受到业界的普遍关注和重视。
如何实现高层商住楼结构设计过程中的优化，也成为广大设计师不断研究探讨的课题，下面结合笔者实践经验，谈谈个人的看法，供同行借鉴参考。
2优化高层商住楼结构设计的方法与途径分析2.1建筑结构优化设计的目标国内外学者在建筑构件优化方面已经进行过很多的研究工作，但到目前为止仍没有一个满足各种结构设计规范条件、符合设计人员习惯、尽可能接近最优解、能够适用于高层建筑结构设计的成熟的数学模型。
尽管如此，但有一个观点还是比较明确的，也是大多数学者所赞同的，那就是：当结构的各个构件的内力都达到最大承载力时，即可认为结构是最优的。
当然，要想各个构件都能如愿的在同一时间发挥出所有潜能是很困难的，往往现实设计中是不可能办到的。
但是，设计者可以以此为目标来优化设计，让设计尽可能的接近最优解，从而达到保证质量的前提下的结构合理、降低造价、节约投资的设计目标。
2.2形状优化比尺寸优化更有意义在高层建筑的一个独立结构单元内，宜使结构平面形状简单、规则，刚度和承载力分布均匀，平面长度不宜过长，突出部分长度i不宜过大，详见图1。
l、i等值宜满足表1的要求。
高层建筑的竖向体型宜规则、均匀，避免有过大的外挑和内收，结构的侧向刚度宜下大上小，逐渐均匀变化，不应采用竖向布置严重不规则的结构。
高层建筑剪力墙结构优化设计分析探讨
幢 高 层 建 筑 犹 如 一 根 竖 直 放 置 于嵌 固 于 地 基 的 开 孔 、
（） 剪力墙结 构 中 ， 力 墙宜沿 主轴方 向或其他方 向 １在 剪
双 向布 置 ， 成 空 间 结 构 ； 震 设 计 的剪 力 墙 结 构 ， 避 免 仅 形 抗 应
带 横 肋 的 巨 型 空 间 构 架式 的 “ 臂梁 ” 悬 。它不 仅 要 承 受 “ ” 梁 内 所 有 重 力 荷 载 的 作 用 并 保 持 稳 定 ， 且 要 承 受 风 荷 载 、 震 而 地 等 水 平 荷 载 的作 用 并 保 持 一 定 的 刚度 ， 免 过 大 的水 平 位 移 避 和振动 ． 证“ ” 保 梁 内各 种 建 筑 装 饰 、 充 墙 等不 受 损 坏 ， 提 填 以
ｔｎ ｅ ｏ ｅ ｏ ｔ ｚ ｔ ｎ ｄ ｓｇ ｒｔ ｅ ｓｒ ｃｕ ｅ ｄ ｓｇ ｏ ｃ ｐ ｆｈ ｇ － ｓ ｈ ａ ａ ｌ ｔｕ ｔ ｒ ｎ ｎ ｒ ｄ ｃ ｓ ｍａ ｎ ａ ｃ ｆ ｈ ｐ ｉ ａ ｉ ｅ ｉ ｎ ｆ ｔ ｔ ｒ ｅ ｉ ｃ ｎ ｅ ｔｏ ｉ ｈ ｒ ｅ ｓ ｅ ｒｗ ｌ ｓｒ ｃｕ ｅ ａ ｄ ｉ ｔｏ ｕ ｅ ｉ — ｔ ｍｉ ｏ ｏ ｈ ｕ ｎ ｉ ｌ ｅ ｓｒ ｃｕ ｅ ｃ ａ ａ ｔｒｓ ｃ ｈ ａ ａｌａ ｄ ｌｙ ｕ ｒ ｃｐ ｅ Ｍｅ ｎ ｈ ｌ ｈ ｒ ｂ ｅ ｈ ｔｓ ｏ ｌ ｅ ｐ ｉ ｔ ｎ ｙ ｔ ｔ ｔｒ ｈ ｒ ｃｅ ｔ ｓｏ ｓ ｅ ｒｗ ｎ ａ ｏ ｔ ｉ ｉｌ ． ａ ｗ ｉ ｈ ｕ ｉ ｉ ｆ ｌ ｐ ｎ ｅ，ｔ ｅ ｐ ｏ ｌｍｓｔ ａ ｈ ｕ ｄ ｂ ａｄ ａｔ — ｅ ｔ ｎ ｔ ｅｓｒ ｃｕ ｅ ｄ ｓ ｎ．ｃ ｃ ｌｔ ｎ ａ ｄ ａ ａ ｙ ｉ ｅ ｓ ｅ ｒ ｌｌａ ｅｄ ｓ ｕ ｓ ｄ ｉ ｏ ｔ ｔ ｔ ｒ ｅ ｉ ｏ ｈ ｕ ｇ ｌ ａ ｕ ａ ｉ ｎ ｎ ｌ ｓｓｏ ｔ ｈ ａ ｉｃ ｓ ｅ ． ｏ ｆ ｈ ｗａ ｒ
浅谈高层建筑结构设计存在的问题及措施
到１ 作 上认 真 负责 ， 建筑 的结 构 的设 计 肯定 是完 美 的 。
要求使用需要进行误差分析 ， 基于此 ， 结构设计工程师在得到 了 通 过计算机
应该进行校核， 进行合理判断， 得出准确结果。 同时 ， 作 为一 个 庞大 复杂 的 系统 ， 高层 建筑 的结 构 设 计 ， 一方 面 要满 足 包 软件得到的结果以后 ， ３ ． ４高层建 筑 的结 构设 计要 采 用相 应构 造措 施 括抗 震 ， 抗风 等在 内 的安 全性 能 的要 求 ， 另 一方 面 ， 也要 满 足 高层 建 筑结 构 的
尤其是计算机技术被广泛的应用于各行各业。 根据不 同 辱 需求， 技术人员 中。 在高 层建 筑 丁程 中 ， 建 筑 结构设 计 是整 个 项 目建设 的关 键 ， 是建 筑施 工 的 活 。 形 态 功能 各异 的 软件 。 利用 不 同 的软件 ， 可 以实 现不 同 的功 莺 要环 节 ， 因此要 非 常密 切 的关 注结 构 的设 计工 作 。虽 影 响 建筑 结 构设 计 的 开 发 了各 种各 样 ， 同样， 要想实现建筑结构的功能 ， 也要求技术人员使用专业的建筑软件进 因 素较 多 ， 只要 我 们 在设 计 过程 中遵 守 国家 法 律 法规 和相 关 设计 规 范 ， 贯 彻 能 。 当然， 在使用软件 的过程中难免出现模型与建筑实体的差异性 ， 这就 优 化设 计 原则 ，熟 悉 了解设 计 过程 中所 出现 的 问题并 能 及 时 的给 予解 决 ， 做 行工作。
浅谈结构优化设计
１．１先 要 特 别 注 重 概 念 设计 概念 设计是 借助 国 内外成 功建筑 工程 案例 ，对 相关 模拟 试
验和 设计应 用试 验进 行分析 和 总结而 得 出的 。科学 合理 的结 构 设计 方案不 仅 能够保 证建筑 工程 的整 体施 工质 量 ，达到 良好 的 施工 效果 。而且 在 工程施 工过 程 中也能够 节省 大量 的人 力和 物 力 ，达 到事 半功 倍 的效果 。结 构概念 设计 需要 结构 工程 师对 相 关规 范 中的设计 进行 重视和 评 估 ，最 大程 度确 保结 构计 算与 设 计 的科学性 和合 理性 。工程 师 不仅要 确保 建筑 工程 结构 设计 的 合理 ， 同时也要对 其抗 震性 能和抗 风性 能进 行兼顾 。 １．２概念设计是高层建筑结构设计过程中的核 心要素
高层建筑中混凝土结构的优化设计要点
高层建筑中混凝土结构的优化设计要点浅谈摘要：本文主要从高层建筑的特点入手，探讨了高层建筑混凝土结构优化设计的具体方法，进而提出了合理使用高强砼和高强钢筋，注重剪力墙的平面布置，多使用结构简单的独立单元等优化设计等具体方法。
关键词：高层建筑；混凝土结构；优化设计随着高层建筑的迅速发展，对其要求也越来越高，而混凝土施工是高层建筑施工中的一个关键环节，这就需要从混凝土结构方面对高层建筑进行优化设计以达到理想效果。
一、高层建筑结构设计的要求（一）结构设计要考虑侧向力侧向力（风或水平地震作用）成为影响结构内力、结构变形及建筑物土建造价的主要因素。
高层建筑和低层建筑一样，承受自重、活载、雪载等垂直荷载和风、地震等水平力。
在低层结构中，水平荷载产生的内力和位移很小，可以忽略不计；在多层结构中，水平荷载的效应（内力和位移）逐渐增大；在高层建筑中，水平荷载和地震力将成为主要的控制因素。
（二）结构应具有适宜刚度随着高度的增加，高层建筑的侧向位移迅速增大。
因此设计高层建筑时不经要求结构有足够的强度，而且要求结构有适宜的刚度，使结构有合理的自振频率等动力特性，并使水平力作用下的层位移控制在一定范围之内。
（三）结构应具有良好的延性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。
建筑结构的耐震主要取决于结构的承载力和变形能力两个因素。
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，避免高层建筑在大震下倒塌，必须在满足必要强度的前提下，通过优良的概念设计和合理的构造措施，来提高整个结构、特别是薄弱层（部位）的变形能力，来保证结构具有足够的延性。
因此，在结构设计中应综合考虑这些因素，合理设计，使结构具有足够的强度、适宜的刚度、良好的延性。
二、高层建筑混凝土结构的优化设计的具体方法高层建筑混凝土结构的优化设计首先得适应于高层建筑结构设计，而且要追求接近最优解。
优化设计，关键是要有整体和局部的概念，要从整体入手，落实到局部，整体和局部都要兼顾。
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浅谈高层建筑结构设计的优化设计分析
摘要：近年来，随着我国建筑行业不断发展，高层建筑结构设计的安全和科
学性被人们所重视，因此，文章针对当前高层建筑剪力墙结构的分类进行分析，
并对结合优化设计进行探讨。
关键词：高层建筑；结构分类；设计；
随着我国建筑行业的不断发展，剪力墙结构以其特有的刚度大、用刚量
小等优点在我国建筑结构设计中应用广泛，尤其是在高层建筑的设计施工中更是
得到了频繁的应用。
1.高层建筑结构的分类
高层建筑按照其使用材料的不同，可分为砌体结构、混凝土结构、钢结构以
及钢-混凝土组合结构四类。[1]
1.1砌体结构
砌体材料是一种脆性材料，其抗拉、抗弯、抗剪强度都比较低、抗震能力差
等特点，于是高层建筑中很少采用这种无筋砌体结构。若在砌体中配上钢筋，就
可改善砌体的受力性能，这样就能在地震区或非地震区的中高层建筑中得到应
用。
1.2混凝土结构
混凝土结构具有取材方便、良好的耐火性和耐久性、较大的承载能力，良好
的刚度、节约钢材、造价低、良好的可模性以及可浇筑形状复杂的截面等优点，
而且经过合理设计的现浇整体式混凝土结构具有良好的抗震性。由于可对混凝土
结构灵活布置，组成不同类型的受力结构体系，因此广泛应用于现代高层建筑中。
尤其是高层建筑中以混凝土结构为主的我国以及一些发展中国家。
1.3钢结构
钢结构以材料强度高、截面小、自重轻、良好的塑性和韧性、制造工艺简单、
施工周期短、良好的抗震性等优点，在高层建筑中也有广泛应用。近些年，随着
钢产量的大幅度提高和高层建筑高度的不断增加，对钢结构应用的高层建筑也越
来越多。尤其是那些地基条件差或抗震要求高而又较高的高层建筑，就特别合适
采用此结构。
1.4钢—混凝土结构
钢—混凝土结构以其钢结构自重轻、截面小、施工快、抗震好等优点以及兼
有混凝土结构刚度大、防火性能好以及造价低廉的优点，被认为高层建筑结构中
较好的结构形式，在我国得到迅速发展。该结构是将钢材放置在构件内部，在构
件的外部由钢筋混凝土做成或在钢管里填充混凝土，然后做成外包构件。[2]
2.剪力墙结构的设计
（1）对于剪力墙结构的设计，其应沿着主轴方向双向或多向布置。不同方
向的剪力墙宜联结在一起，应尽量拉通、对直成为工形、T 形、L 型等有翼缘
的墙，形成一定空间结构。抗震设计时，为了使其具有有较好的空间性能，不能
单向设置剪力墙。应使两个受力方向的抗侧刚度相近，剪力墙墙肢截面宜简单、
规则。为了能充分利用剪力墙结构的能力，在设计时必须减轻墙体结构的自量、
加大空间面积、提高剪力墙的承载力和抗侧刚度等。除此之外，剪力墙的布置不
能太密，使结构具有适宜的侧向刚度。若侧向刚度过大，不仅加大自重，还会使
地震力增大。
（2）剪力墙墙段的要求是需要保持墙体规则、简单，竖向刚度均匀，门窗
孔洞需整齐布置、上下对齐，形成一个明确的剪力墙肢和连梁。剪力墙肢和连梁
的应力要分布均匀有规则，也必须符合目前常用的设计计算简图。避免剪力墙墙
肢上的孔洞刚度差异大。
（3）如果剪力墙较长，应先将其平均分成多个墙体，开挖孔洞，各剪力墙
之间的链接部分采用弱连梁连接的方法。但值得注意的是，在进行抗震设计时，
应尽量避免开挖孔洞，并且在两个孔洞之间形成墙体肢截面高度与厚度比小于4
的小墙肢。当墙厚大于小墙肢截面的1/4 时，需按框架柱设计要求对箍筋进行全
高加密。
（4）当剪力墙结构平面内的刚度和承重力较大，而平面外刚度和承载力相
对较小。为了保证剪力墙平面外的稳定性，就应控制剪力墙平面外的弯矩。
（5）剪力墙的设置能够影响到结构的抗侧刚度的大小，为避免刚度发生改
变，应自下而上连续布置。为了避免墙体刚度发生突变，可沿其高度适当的减少
墙体的厚度、降低混凝土强度或者减少一些墙肢等，以使得墙体的侧向刚度随着
高度的降低而逐渐减少。但是值得注意的是，若剪力墙沿高度不连续，会对导致
剪力墙结构的刚度沿高度而发生突然变化。
（6）对于剪力墙的设计，为确定个剪力墙的厚度，必须满足轴压比、位移
比、周期比、抗震等级以及层间位移等各个构造要求。
3.结构优化计算
在进行剪力墙结构设计时，根据《高规》或《抗震设计规范》等有关规定，
结构布置要合理，比如剪力墙结构设计中它的刚度不能过大。同时在满足楼层最
大层间位移和层高之比的基础上，确定楼层最小剪力系数，使计算出的数值最接
近规范设定值。
控制好高层建筑结构的扭转刚度为主的第一自振周期Tt 与平动为主的自振
周期T1 之间比值，其A 级不能＞0.9。在考虑偶然偏心对地震作用影响下，楼
层间位移和楼层竖向构件的最大水平位移不能超过该楼层的平均值的6/5，也不
能高于该楼层平均值的3/2。此外，还应检测剪力墙连梁是否在规定限制范围内、
剪力墙的底部加强区的轴压之比是否满足设计规范要求。
3.1调整楼层最小剪力系数的原则
短肢剪力墙承受力应满足的条件是，在地震倾覆力矩的第一振动模式为不超
过40%的前提下，尽量减少剪力墙的设置数量，以有较大的空间的剪力墙布局为
目标，使结构具有适当的侧向刚度，最大限度地减少楼层最小剪力系数，使其接
近（或不小于）规格限制。以减轻重量，减小地震作用的输入，降低工程造价。
[3]
3.2调整层高和楼层最大位移比的原则
根据现有我国高层建筑设计规范规定，在对高层建筑设计时应尽量减少扭曲
变形。在增加熟悉构件刚度时要综合考虑，不能只考虑层间位移。而在实际工程
设计中，有些设计者当看到层间位移比不能满足设计要求时，就急于增加构件的
侧向刚度，但没有注意到这时结构的剪重比。若接近规范限制数值时可行，反之
不可行。在剪重比较大的情况下，应减小相应侧的结构刚度，减少地震作用，也
可达到较好的效果。
3.3结构侧向刚度和抗扭刚度的调整原则
（1）保证结构平面的规则性，为了减小结构的扭转效应，在计算建筑结构
的扭转效应时，必须充分考虑偶然偏心力对结构的影响。
（2）结构扭转自震周期与平动自震周期比的调整原则。
根据众多地震灾害房屋受损情况研究表明，高层建筑结构设计平面不规则、
抗扭曲力弱等房屋破坏最为严重。所以在设计时，必须保证建筑的有较强的抗扭
曲能力，保证建筑结构的平面规则性。在实际工程设计中，应将结构竖向构件尽
可能沿建筑周边布置，这样即可以提高结构的侧向刚度，同时又能够较大幅度的
提高结构的抗扭刚度。若在结构的形心附近加大竖向构件刚度，则对侧向刚度的
贡献大而对结构整体的抗扭刚度贡献甚微。[4]
4.结语
由此可见，对剪力墙的结构进行优化设计，不但能增大其抗侧刚度，还能提
高高层建筑的抗震性，有效降低工程造价成本，为建筑市场的布展发展做出突出
贡献。
参考文献
[1]姚琦.高层住宅剪力墙结构的优化控制因素探讨[D].重庆大学,2006.
[2]陈耀.高层建筑剪力墙结构优化设计分析探[J].福建建材,2011.
[3]曹杨,李杰.双连梁短肢剪力墙结构非线性损伤分析[J].同济大学学报,2007.
[4]王月华.七度区高层剪力墙数量优化研究[D].中国石油大学(华东),2006.