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高层建筑结构优化设计范文1
关键词：高层建筑；结构；优化设计
近几年来，随着社会经济的不断发展和科学技术的不断进步，我国高层建筑技术取得飞跃性发展，高层建筑在城市建设中被广泛采用。高层建筑的结构设计方法是否准确、合理，直接影响到建筑的安全性、适用性、耐久性及经济性。因此，对高层建筑结构设计进行优化尤为必要。
1.高层建筑结构设计特点
1.1水平荷载因素
其一，楼房本身的重量和其楼面使用的荷载在竖构件中所引起的轴力、弯矩的数值与楼房的高度成一次方的正比，而水平荷载对结构产生的倾覆力矩，以及由此在竖构件中引起的轴力，是与楼房高度的两次方成正比；其二，当楼房的高度一定时，竖向的荷载大体上是一固定的数值，但是，在水平方向上的荷载。就风荷载和地震荷载，对某一定高度楼房来说，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，其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。
1.2轴向变形因素
高层建筑中，竖向荷载数值很大，能够在柱中引起较大的轴向变形，从而会对连续梁弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩之和端支座负弯矩值增大，并且从纵向观察，沿着其高度发生的纵向变形很厉害，同时中部构件与边部构件及其角部构件的变形存在很大的不同，这对于其结构内力的分配具有很大的影响，因此，对于构件中的轴向变形影响必须加以慎重的分析。
1.3侧移控制指标因素
高层建筑不同于低层建筑，在高层建筑结构设计中，结构侧移已成为其最主要因素，水平荷载下结构的侧移变形会受到楼层高度的影响，水平荷载下结构的侧移变形迅速增大，楼层越高，其变形越大，因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。与较低楼房不同，结构侧移已成为高楼结构设计中的关键因素。
1.4结构延性因素
相对于较低楼房而言，高楼结构更柔一些，地震作用下的变形也会相应较大。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，避免其发生倒塌，特别需要在构造上采取恰当的措施，来保证结构具有足够的延性。
2.高层建筑结构分析
2.1结构分析的基本假定
弹性假定。目前工程上实用的高层建筑结构分析方法均采用弹性的计算方法，在垂直荷载或一般风力作用下，结构通常处于弹性工作阶段，这一假定基本符合结构的实际工作状况，但是在遭受地震或强台风作用时，往往会产生较大的位移，进入到弹塑性工作阶段，此时仍按弹性方法计算内力和位移时不能反映结构的真实工作状态的，应按弹塑性动力分析方法进行设计。
刚性楼板假定。大部分高层建筑结构的分析方法均将平面外的刚度忽略不计，而对于楼板在自身平面内的刚度则假定无限度的大。对于框架体系和剪力墙体系来讲，他们通常采用这一假定，并且这样的做法也是完全可以的，但是，当遇到结构的竖向刚度有突然性的变化，楼板的刚度比较小，并且抗侧力构件之间的距离过于大，楼层的层数比较少等情况时，楼板的形形就会受到很大的影响甚至发生强烈的变形。尤其是结构的底部和顶部，它们各层的内力和位移都会受到很大的影响，可以通过调整剪力来解决这一问题。
计算图形的假定。高层建筑结构体系整体分析采用的计算图形有三种：1）一维协同分析；2）二维协同分析；3 三维空间分析；三维空间分析的普通杆单元每一节点有6个自由度，按符拉索夫薄壁杆理论分析的杆端节点还应考虑截面翘曲，有7个自由度。
2.2结构静力分析方法
筒体结构。其分析方法按照对计算模型处理手法的不同可分为三类：等效连续化方法、等效离散化方法和三维空间分析。等效连续化方法是将结构中的离散杆件作等效连续化处理。一种是只作几何分布上的连续化，以便用连续函数描述其内力；另一种是作几何和物理上的连续处理，将离散杆件代换为等效的正交异性弹性薄板，以便应用分析弹性薄板的各种有效方法。等效离散化方法是将连续的墙体离散为等效的杆件，以便应用适合杆系结构的方法来分析，这一类方法包括核心筒的框架分析法和平面框架子结构法等。等效连续化和等效离散化更为精确的计算模型是完全按三维空间结构来分析筒体结构体系，其中应用最广的是空间杆、薄壁杆系矩阵位移法，这是目前工程上采用最多的计算模型。
框架-剪力墙结构。其结构内力与位移计算的方法很多，由于采用的未知量和考虑因素的不同，各种方法解答的具体形式亦不相同，框架、剪力墙的机算方法，通常是将结构转化为等效壁式框架，采用杆系结构矩阵位移法求解。
剪力墙结构。剪力墙的受力特性与变形状态主要取决于剪力墙的开洞情况。不同类型的剪力墙，其截面应力分布也不同，计算内力与位移时需采用相应的计算方法、剪力墙结构的机算方法是平面有限单元法，此法较为精确，而且对各类剪力墙都能适用，但因其自由度较多，机时耗费较大，目前一般只用于特殊开洞墙、框支墙的过渡层等应力分布复杂的情况。
3.高层建筑结构优化设计方法
结构平面布置。在考虑抗震设计时，结构的平面布置、体型及构造措施是否合理比计算是否精确更直接影响结构安全。在高层建筑的一个独立单元内，宜使结构平面形状简单、规则，刚度和承载力分布均匀、对称，要使结构的刚度中心和质量中心尽量重合，以减少水平荷载作用下扭转的影响。建筑平面长度不宜过长，否则可能因两端振动不一致使建筑物破坏。不应采用严重不规则的平面设计。对平面形状的要求，所以《高层建筑混凝土结构设计技术规程》（JGJ3-2002）对抗震设计的A级高度钢筋混凝土高层建筑的平面布置提出如下具体要求：平面宜简单、规则、对称，减小偏心；平面长度不宜过长，突出部分长度L不宜过大；不宜采用角部重叠的平面图形或细腰形平面图形。抗震设计的B级高度钢筋混凝土高层建筑，混合结构的高层建筑其平面布置应简单、规则，减少偏心。
结构竖向布置。结构竖向设计应做到刚度均匀而连续，避免由于刚度突变而形成薄弱层，在地震区高层建筑的立面宜采用矩形、梯形、金字塔形等均匀变化的几何形状。高层建筑结构的竖向抗侧移刚度的分布宜从下而上逐渐减小，不宜突变。在实际工程中往往沿竖向分段改变构件截面尺寸和混凝土强度等级。截面尺寸的减小与混凝土强度等级的降低应在不同楼层，改变次数也不宜太多。《高层建筑混凝土结构设计技术规程》（JGJ3-2002）对需要抗震设防的高层建筑，要求沿竖向体型应规则、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，不应采用竖向设计严重不规则的结构。
结束语
总而言之，我国建筑发展至现在的高层和超高层，经历了诸多的演变，这期间研究建筑力学结构的设计逐渐向深层次、扩学科的方向前进。随着社会经济的发展，建筑也会产生更加复杂、多元的建筑需求，这就要求建筑设计时在满足建筑使用需求的基础上精益求精的对建筑结构优化设计进行研究，创造建筑多变形式的力学结构设计方案。
参考文献：
高层建筑结构优化设计范文2
关键词：概念设计高层建筑结构设计优化设计
1工程概况
某工程项目用地共计11.25hm2，总建筑面积约为72万m2，拟建成包括高档公寓、SOHO公寓、普通住宅、商业、写字楼等多种功能的大型商业综合体，整个综合体共分为A、B、C、D、E5个建筑组群。本工程为其中的B区，建筑面积1O万m2，地下部分为两层地下室，平时主要用于商业、设备用房及车库，地下二层战时为核5级人防地下室；地上部分裙房2～4层，两栋住宅塔楼均为40层。
工程结构设计使用年限为50年，建筑结构的安全等级为二级，地基基础设计等级为甲级。抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.1g，设计地震分组为第一组，建筑场地类别为Ⅱ类。风荷载按lOOa重现期的风压值计算，基本风压wo=O.60kN/m2，地面粗糙类别采用B类，由于塔楼高宽比4.34＞4.0，风荷载体形系数采用1.4。
2基础及地下室设计
2.1 工程地质及水文地质情况
根据勘察报告，场区地貌属山前坡洪积平原。场地内岩土分层自上而下描述如下：第1层：杂填土，第2层：细砂，第3层：粉质粘土，第4层：强风化云母片岩，第5层：中风化云母片岩，该层未穿透。场区内无不良地质现象，无液化土层，区域稳定性较好，适宜工程建设。
场区地下水位标高0.85～3.43m(黄海高程)。地下水类型为第四系松散岩类孔隙水及基岩裂隙水。抗浮设计水位标高建议值为4.00m2，相对于±0.00为-0.25m。
2.2 基础类型
根据勘察报告，并考虑抗浮要求，裙房部分的基础采用筏板基础，以第3层粉质粘土层( fak =280 kPa )或第4层强风化云母片岩层( fak =3OO kPa )为基础持力层。筏板厚度为0.6m框架柱位置根据抗冲切需要设置相应尺寸的柱墩。
塔楼基础考虑过两种方案，一是天然筏板基础，二是大直径人工挖孔桩基础。通过从结构造价、施工方便等方面综合比较，最后采用了传力直接的大直径人工挖孔桩+墙下承台梁+防水板基础。挖孔桩桩长约13m，桩径1000～1600，扩底1800―2900，桩端持力层为第5层中风化云母片岩，桩端极限端阻力标准值pr q =6000 kPa 。
2.3 地下室抗浮设计
地下室抗浮设计水位为-0.25m，需要进行抗浮设计。设计上采用抗拔锚杆（Φ150)进行抗浮，锚杆进入强风化岩不小于lOm，长度不小于14m，单根锚杆抗拔承载力特征值为360kN。
2.4 地下室结构超长及主裙楼差异沉降
地下室平面尺寸为206x137m，大大超过规范要求。但考虑到设缝对建筑结构的不利影响，设计时通过采取适当的结构措施(采用微膨胀混凝土、设置后浇带、加强配筋等)、建筑措施(纯地下室顶板及墙加强保温措施)及施工措施(分段施工、加强养护、采用添加剂等)，在地下室范围内不设变形缝而设置收缩后浇带。另外，为解决主裙楼之间的差异沉降问题，在主裙楼之间还设置了沉降后浇带。收缩后浇带要求在混凝土浇筑两个月后可进行封闭，沉降后浇带则需根据沉降观测的结果进行分析后再选择合适时机进行封闭。
3上部结构方案
工程地下室部分不设伸缩缝和沉降缝，整个工程连为一体，地下室顶板设计为上部结构的嵌固部位。上部结构通过设置2道抗震缝将结构分为完全独立的3个部分，其中左上角和右下角均为40层的2个塔楼，左下部分为2层的框架结构。
两栋塔楼均为剪力墙结构体系，结构高度119.9m，为A级高度的钢筋混凝土高层建筑。塔楼平面外包尺寸为27.8x31.7m，高宽比H/B=4.34，长宽L/B=1.14，均满足规范的有关要求。
结构方案阶段，首先根据概念设计的原则进行剪力墙的平面布置，尽量控制剪力墙的墙肢长度满足普通剪力墙的要求，并尽量布置带有翼缘的剪力墙，以提高整个建筑物的抗震性能。二是充分利用中间交通核心形成的剪力墙内筒的抗侧力作用，尽量减小剪力墙的数量和尺寸。再根据结构的规则性和整体性原则，对整体计算分析的结果从周期比、位移比、刚度比和层间受剪承载力之比、刚重比以及层间位移角等方面进行综合分析和判断，在经过多轮结构优化后，确定了塔楼的结构方案。其中，塔楼的剪力墙厚度从底部的400厚到300到250再到上部的200厚均匀变化；混凝土强度等级也从底部的C50到C40，最后过渡到C30，并且剪力墙厚度的变化与混凝土强度等级的变化均错开数层。优化后的标准层结构平面布置详见图1。
图1标准层结构平面图
根据本工程的特点和结构平面布置图，还采取了一些构造加强措施：正常楼层板厚为h=l10，地下一层楼板由于人防采用400厚，±0.00楼板作为整个工程的嵌固端厚度h=180，裙房屋面层楼板厚度加厚为h=130，塔楼屋面层楼板厚度采用h=150；内筒左右两侧及电梯间由于楼板开大洞，板厚均加强为h=150，以传递水平力。
4结构整体计算分析
4.1 振型分解反应谱法
结构整体计算分析时采用了2个不同的计算软件，先采用SATWE进行整体计算，再采用Etabs中文版进行验证。地震作用计算首先采用考虑扭转偶联振动影响的振型分解反应谱法，塔楼的部分计算结果如表1。结果表明，两种软件的计算差别不大，各项指标均满足规范的有关要求。
表1塔楼的部分计算结果
项目SATWEETABS
周期，ST13.153.03
最大层间位移角，Y向1/22731/3195
4.2 弹性时程分析补充计算
本工程结构高度大于100m，抗震设防烈度为7度，需进行多遇地震下的弹性时程补充分析计算。选用1条人工波RHITG035以及2条实际地震记录TAF-2TH2TG035，采用SATWE进行弹性动力时程分析，输入地震加速度的最大值为35cm/s2。
结果表明：每条时程曲线计算所得结构底部剪力均大于振型分解反应谱法结果的65/%，三条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值大于振型分解反应谱法结果的80%，选波有效。时程分析法计算所得剪力平均值在大部分楼层小于振型分解反应谱法计算结果，在顶部个别楼层出现了大于振型分解反应谱法的现象。针对这个问题在SATWE中采用了地震力放大系数的方法进行解决，这部分楼层配筋计算据此进行。
5结语
高层建筑结构优化设计范文3
关键词:高层建筑结构设计优化设计
Abstract: this paper discusses the structure design work, analyzes the choice of reasonable structure scheme should be followed, some basic principle, are discussed in the correct structure calculation should pay attention some questions, and puts forward the high-rise building structure analysis and various system corresponding methods, to improve the high-rise building structure analysis and design provide the effective reference value.
Keywords: high building structural design optimization design
中图分类号：TU97 文献标识码：A文章编号：
1 高层建筑结构的发展潜势
1.1钢筋混凝土材料重新得到重视。我国的高层建筑中,大部分为钢筋混凝土现浇结构, 只有少数采用了钢结构。轻混凝土、高强混凝土、钢管混凝土、型钢混凝土等理论技术已经成熟,而非金属配筋、新型预应力钢棒等混凝土增强材料技术的不断发展,也为钢筋混凝土材料的重新崛起提供了条件。
1.2组合结构的高层建筑的发展。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。在香港的中国银行采用巨型组合柱的建筑设计方法,获得了十分可观的经济效益。随着混凝土强度的提高以及构造和施工技术上的改进, 组合结构在高层建筑中的应用可望进一步扩大。
1.3新型结构形式的应用不断增加。框架体系、剪力墙体系和框架- 剪力墙(支撑)体系是高层建筑的传统结构体系。筒体结构出现于20世纪,它对高层建筑的发展有重要影响。根据筒体的不同组成方式,分为框筒体系、筒中筒体系和多束筒体系3种类型。筒体最主要的受力特点是它的空间受力性能。
2 工程优化设计理论的发展
2.1工程项目功能优化的发展。在经过可行性论证决定了工程项目的任务、规模、建设地点、建设分期等重大问题之后,就需要考虑工程建设的总体布局及规划, 这也是一个重大的决策,直接影响工程的社会和经济效益、运行的功能和对环境的美学效应。在优化整个工程项目的2.2工程设计软科学的发展。实际上,人们在处理事物时都会遇到硬、软两种因素。硬因素就是有实体的物质系统中的一些因素；软因素就是精神意识系统中的一些因素。软科学和硬科学的区分是相对的,不应该也不可能给出截然划分的界限。目前的工程设计主要侧重于力学分析,具有硬科学的性质。力学分析只是荷载决定后计算结构力学反应的一种手段, 是工程设计所使用的工具之一。在工程设计中,更重要的是必须进行很多运筹、决策和规划的工作,所以,工程设计应该是硬科学和软科学的结合,这就需要建立全面的、崭新的工程设计理论。在土建工程设计的前期,有许多重大的问题需要进行科学的决策,包括工程项目的可行性论证、工程项目的总体规划及功能优化、结构的造型、结构设防水平的决策等。所有这些前期的决策工作,其影响都远大于目前的以结构计算为主的优化设计工作。
2.3工程结构系统全局优化的发展。各个结构独立优化和拼凑而成的工程系统并不一定优化,只有当工程系统中各个结构之间不存在任何横向约束时,各结构的独立优化才形成工程系统的优化。只有从大系统全局进行优化,才能真正收到优化的效果。
2.4工程项目全寿命优化的发展。以往的优化设计理论针对的都是具体的结构,而在工程实际中,一般都是整个工程大系统的优化设计问题,其由众多子系统或者结构组成,具有高维数、多目标、变量种类多、约束耦合复杂等难点,故其子系统的独立优化并不能带来整个大系统的优化方法。实际的工程系统优化模型往往预先不知道, 需要通过子系统或者结构的具体优化模型来构造大系统的全局优化模型。工程的全系统全寿命优化就是考虑了工程系统中的动态可靠度与模糊因素, 在各个阶段的优化中都应该以工程项目的全局作为优化对象, 而各个单元的优化必须在总体全局优化的指导下进行。
3 高层建筑结构优化设计中存在的问题
3.1只重视结构尺寸的优化,即在给定结构的几何形状、拓扑和材料的情况下,求出满足约束条件的最优构件截面,而忽视结构整体的优化。已有的研究结果表明,形状优化比尺寸优化更有意义。单纯的尺寸优化无法接近最优的结果,因此,也就不能完全令人信服。设计人员较普遍地认为,结构设计只要结构方案和布置合理, 上部结构又有比较成熟的计算机软件进行分析计算,构件截面只要通过计算结果满足规范即可, 认为上部结构相对下部结构,即地基基础部分,特别是软土地基的意义不大,因此对上部结构截面的优化所能达到的经济效益未予以充分的重视。
3.2优化的目标还不能完全符合工程的需要。由于实际结构问题往往十分复杂,存在设计变量多、约束条件多、受建筑功能限制较大等难点, 多种因素甚至不确定性因素使得目标函数在建立后只能得到相对最优解。,目前尚没有实用的高层建筑优化分析软件, 而应用现有的各种计算机分析软件进行截面优化并不是简单的几次尝试就能达到效果的,因此,无论是机时,还是设计进度,都较难允许实施这种优化方法。很多高层建筑设计项目,结构方案和布置还是比较合理的, 其构件截面也是同类型结构中常用的尺寸,但是计算分析后还存在某些薄弱环节,为了改善这种受力状况,增大构件截面却未能得到明显改善,反而增加了材料耗量。
4 高层建筑结构优化设计
4.1对高层建筑结构方案进行优化采用何种方法,首先应分析这一问题的目标函数、目标函数中的各种变量,这些变量之间的各种数学解析关系以及与各种变量有关的约束条件, 在分析的基础上是采用间接优化还是直接优化方法来确定。高层建筑结构方案优化的目标就是材料耗量, 材料耗量决定于构件的截面尺寸大小, 截面尺寸必须满足通过力学分析得到各构件内力后的强度计算及位移变形等条件。因此,目标函数很难用明确的数学解析式来表达,不能用数学上求极小值的方法,也就是一般所说的间接优化方法来优化。高层建筑结构方案的优化只能采用直接优化法来解决,即给目标函数中变量以已知值,经过试算使其满足一定的约束条件,求得其目标值,并找出使目标值逐步变小而趋向最佳值的路线或方向,以达到目标函数的最优值。因此,可以采用满应力法进行高层建筑结构优化设计。
4.2满应力设计法是在桁架等杆系结构的设计中发展起来的,是结构优化中最简单、最易为工程人员理解的一种准则法。所谓满应力是指结构构件在荷载作用下的最大应力达到所用材料的容许应力,此时材料的强度得到充分利用,构件截面面积将是最小,故可作为桁架最轻设计或体积最小设计的一个准则。满应力设计法是结构在规定材料和几何形状的条件下,按照满应力准则的要求,修改构件的截面尺寸,使每一构件至少在一种工况下达到或接近其容许应力限值的优化算法。如果结构除了应力约束外还有界限约束,则要求每一构件应力约束和界限约束中至少有一个达到临界值。
4.3利用满应力设计法进行高层建筑的结构优化设计要遵循以下步骤:首先,要根据常规做法和经验确定结构构件的初始截面尺寸,并按构件分类分别建立柱、墙、梁可供选择截面尺寸的数据库；其次,要对结构构件进行力学分析,算出各工况下结构的位移及内力,并对结构构件进行承载力计算；再次,要根据计算结果,对构件截面尺寸进行调整,在满足位移条件的前提下,尽量充分发挥构件材料的性能,即按规范计算使其接近满应力状态,但截面选择应在指定的数据库中进行,并统计截面需修改的个数；然后,根据修改截面的数量、性质,由人工干预决定或指定一个限值自动决定是否重新计算,即返回到第二步计算,如此循环反复,直到满足要求为止；最后,输出最后优化的构件截面尺寸及计算结果。
5 结语
通过结构优化设计来降低工程造价是控制工程投资的一个有效途径,而正确处理技术与经济的对立统一是控制投资的关键。不能片面强调节约投资,而降低技术和质量标准,又要反对重技术、 轻经济,设计保守浪费的现象。建筑结构设计的首要任务是满足建筑功能的需求,实现建筑物适用、 安全、 美观、 经济的目标。结构造价在建筑工程中所占的比重很大, 通过精心设计所带来的经济效益是十分可观的。实现安全与经济的最佳结合,也是衡量一个结构设计人员专业水平和能力的主要标准。参考文献
高层建筑结构优化设计范文4
关键词：特点；设计方法；应用；策略
中图分类号: TU2文献标识码：A
1、引言
如今我国人口的继续增长，使得建筑物也越来越多，有许多城市的土地资源有限，这样导致土地价格越来越高，从而导致了建筑商的建筑成本也就越来越高。结构优化设计思想是当今国内外比较有价值的一种理论系统。运用该理论方法，实现人民对于居住环境和生活环境的改善，提高建筑产品的质量与品味，满足小康社会人们对新生活的需求，同时降低工程建筑的造价成本，实现建筑商利润最大化的目标，这具有适用、经济、实用的价值。
2、高层建筑结构设计特点
（1）水平荷载成为决定因素
一方面，因为楼房自重和楼面使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与楼房高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩，以及由此在竖构件中引起的轴力，是与楼房高度的平方成正比；另一方面，对某一定高度楼房来说，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，其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。
（2）轴向变形不容忽视
高层建筑中，竖向荷载数值很大，能够在柱中引起较大的轴向变形，从而会对连续梁弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩之和端支座负弯矩值增大。
（3）侧移成为控制指标
与较低楼房不同，结构侧移已成为高楼结构设计中的关键因素随着楼房高度的增加，水平荷载下结构的侧移变形迅速增大，影响结构安全，因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。
（4）结构延性是重要设计指标
相对于较低楼房而言，高楼结构更柔一些，在地震作用下的变形更大一些。为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，避免倒塌，特别需要在构造上采取恰当的措施，来保证结构具有足够的延性。
3、优化的结构设计方法
（1）建筑模型的优化结构设计方法
一项大的建筑工程，先设计建筑模型，那么建筑模型的优化是十分必要的。建筑工程的结构优化设计主要包括：基础结构方案的优化设计、围护结构方案的优化设计、屋盖系统方案的优化设计和结构细部设计的优化设计。除此之外，还需要做选型、布置、受力分析、造价分析等内容的优化设计。所有这些设计，都按照一切从实际出发的原则来进行，根据工程的具体实际情况，围绕房屋建筑的综合经济效益的目标进行结构优化设计。在进行结构设计时，首先要满足设计意图后，尽量使平面布置规则，缩小刚度和质量中心的差异，这样可以避免水平荷载与建筑物中太大的扭转作用力。在竖直方向上应避开使用转换层，减少应力集中现象。
（2）建筑模型的优化结构设计的计算方案
完成计算方案的设定后只需编制相应适用的运算程序即可得到我们的最终优化结果。然而，结构设计的优化涉及到多个变量、多个约束条件，这是属于一个非线性的优化问题，在设定计算方案时，需要将有约束条件转变为无约束条件来进行计算。建筑工程设计中常用的方法有Powell算法、拉氏乘子法和符合型等方法。利用这些方法来计算建筑模型的优化结构设计方案。
4、优化的结构设计在实践中的应用
在设计好了优化的结构设计方案后，就可以将该理论方法应用于实践之中。结构设计的优化，是目前一个比较普遍的课题，要达到利用结构优化的方法在不改变适用性能的前提下达到降低工程造价的目的，将结构设计优化方法应用于实践之中，这是我们建筑工程设计人员所追求的目标。结构设计优化设计应用于项目的整体设计、前期设计，旧房改造，抗震设计等设计的各分部环节，发挥着巨大的效益。在按照结构设计优化的方法及模型进行实践的过程中，要注意下面的三个方面的问题。
（1）参与结构设计优化的前期工作
因为前期方案的确定直接影响建筑的总投资，而现在存在的普遍问题就是前期方案阶段结构设计并不进行参与，建筑师进行建筑设计时大多并不考虑结构的合理性以及它的可行性，但是建筑设计的结果却直接对结构设计造成影响，某些方案可能会增加结构设计的难度，并使得建筑的总投资提高。如果在方案的初期，结构优化设计就能参与进来，那么我们就能针对不同的建筑类别，选择合理的结构形式，合理的设计方案，获得一个良好的开端。
（2）将概念设计和细部结构设计进行优化
概念设计应用于没有具体数值量化的情况，例如地震设防烈度，因为它的不确定性，计算式难免与现实有较大的差异，在进行设计的时候就要采用概念设计的方法，把数值作为辅助和参考的依据。设计过程中需要设计人员灵活的运用结构设计优化的方法，达到最佳的效果。
（3）地基基础的结构设计优化
化首先要选择合适的方案，如果为桩基础，那么要根据现场地质条件选择桩基类型，尽量节省造价。桩端持力层对灌注桩桩长的选择影响很大，应多进行比较以确定最合适的方案。
5、高层建筑结构设计优化策略
（1）抗风设计优化策略
高层建筑的抗风结构设计可以从四个方面入手：第一，是基础设计，既建筑物的根基设计，坚实的地基基础是高层建筑物抗风能力的有力保证，选用级配较高的砂石，保证回填材料的密实程度，防止水平作用力对结构产生倾覆性的威胁。第二，是根据能耗的原理，设计高层建筑物支撑、剪力墙、梁柱。楼板构件等，让其形成一个减震系统，减耗自然风能。第三，提高建筑物的承载力和刚度，也是高层建筑物抗风设计的重要因素，根据风荷载的多变性和复杂性的特点，笔者认为承载力和风荷载务必经过周密计算，并根据相关的规范设计要求，通过合理的结构设计提高建筑物的抗风能力。
（2）抗震结构设计优化策略
抗震是每个建筑物必须考虑的重点内容，尤其高层建筑物，抗震设计更加至关重要，其优化设计的内容如下：第一，提高建筑物结构设计的规则性，合理设置抗侧力构件的位置，以此形成承载力的合理性分布体系，垂直方向需要通过抗侧力构件刚度和强度来提高，满足其连续和均匀稳定性。第二，地基的抗震设计。地基沉降现象是地震时建筑物结构破坏的最直接原因，当地基发生沉降的时候，建筑物的结构会发生开裂等破坏，因此，地基施工的时候，必须结合地震对其的破坏特点，进行针对性设计。一方面，简化建筑物的建筑平面，减少阴角的平面布置，将外部形状和高度存在差异性的建筑物以栋为单位分割，通过施工设计安排，提高地基的刚度和强度，另一方面则是将桩埋置在一定的深度内，将群桩、上部结构重点控制在同一直线上。第三，剪力墙结构设计。剪力墙是重要的承重构件，剪力墙是用来提高承重结构构件的抗侧力的部分，满足承载力的延续性和耗能能力，有效的提高抗震承受能力。第四，消防结构设计的优化。高层建筑的消防结构设计目标定位于提高建筑物使用者生命及财产的安全性，防患于未然，提高建筑物的消防功能，对于消防结构设计的优化首先应该从优化防火间距出发，精确计算建筑物之间的距离，因地制宜设计提高消防装置的灵活性，让问题出现时能够为使用者逃生提供更多的机会。
6、结束语
随着城市经济水平的不段提高，以及人们对物质文化生活需求的不断提升，人们对于建筑物的关注不断从舒适角度出发，同时要从安全角度出发，考察设计者的设计理念，关注建筑物的使用性能。
参考文献
[1]肖峻.高层建筑结构分析与设计[J].中化建设，2008（12）
[2].赵西安.现代高层建筑结构设计[M].北京：科学出版社，2004
高层建筑结构优化设计范文5
对于当前我国城市中的高层建筑施工建设来说，不仅仅其在数量方面得到了较大程度的提升，在具体的要求方面也具备着一些新的发展趋势，尤其是对于高层建筑的结构来说更是如此，切实加强对于高层建筑结构的设计优化，提升其设计的水平是极为必要的，本文就重点针对这种高层建筑结构设计的优化工作进行了简要的分析和探讨。
关键词:
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
［1］陈耀．高层建筑剪力墙结构优化设计分析探讨［J］．福建建材，2011(04)∶36－37，39．
高层建筑结构优化设计范文6
【关键词】高层建筑；剪力墙；结构设计
在高层建筑的不断发展中，为了满足人们对所居住房屋的超高要求，我们在保证其建筑物结构安全的重要前提下，还需要在建筑物的设计层面不断地思考与追求，借鉴国外更高的建筑设计理念与技术，引进新高规和新抗震规范的材料设备，紧密结合我国当前的实际情况，不断提高建筑工程设计水平，尽可能地发挥工程效益。
1、剪力墙结构分析
近年来，随着社会发展，钢筋混凝土剪力墙结构也受到业内人士是的重视。这种结构由于在施工中布置灵活、施工工艺简单、整体性效果好、抗荷载能力高以及能有效避免房屋露筋露梁的优势而得到了工程领域工作人员的认可，同时也给建筑结构的发展指明了新的方向。
1.1剪力墙概念
所谓的剪力墙主要指的是建筑结构中能够承载各种水平荷载的一种建筑结构，这种建筑结构又被人们广泛的称之为抗风墙、抗震墙。在目前我们生活中所常见的剪力墙结构主要是用于抗风、抗震性能的一种墙体结构，这种墙体结构在发生地震的时候能够有效的吸收地震能量，防止墙体结构的剪力破坏。
1.2剪力墙结构的条件
剪力墙结构在设计的过程中需要对于地震、风力等发生的等级和发生率提前进行勘察，根据实际情况来设计一个科学、合理的剪力墙结构体系，使得墙体结构能够承受一定的荷载和地震，不至于出现地震就造成倾斜和建筑影响。在剪力墙结构设计工作中，当墙体结构较少的时候，如果墙体结构承受的第一振型底部地震倾覆力矩较小，结构底部的地震荷载是上部结构的1/3左右，这样能够有效地确保工作的合理、健全和完善，从而实现工作体系的综合、系统要求。
2、剪力墙结构设计原则
在目前的剪力墙结构设计中，通常都需要根据建筑工程的施工环境、地质情况、自然情况等多个因素进行综合分析和归纳，从而实现设计工作的合理、科学、有效进行。在目前的剪力墙结构设计工作中，一般的设计原则主要有以下几个方面：
2.1尺寸控制
在目前的剪力墙结构设计工作中，剪力墙的墙高、宽等尺寸都往往较大，而厚度却不是很大，几何特征是以板结构为主，但是在其受力形态的设计中却是趋向于主体结构的设计要求。但是其与其他的柱体结构却存在着一定的差异，这些差异主要表现在肢长、厚度之间的比值，其比值往往都是小于3的时候应当按照柱体结构的要求来进行设计，而当比值在3～5之间的时候，我们可以将墙体结构判定为是异形柱，从而按照异形柱的设计流程和要求来进行受压构件的设计。
2.2平面构件设计
在剪力墙结构设计工作中，墙体本身就是一个平面构件，它承受几何特征的能力极低，极容易受到外部荷载的影响而出现一定的变化。由于剪力墙结构是一个集水平构件荷载和竖向荷载为一体的受力环节，因此在设计工作中，需要从水平和竖向两个环节入手去归纳和总结，从而使得整个结构体系都出现一定的变化和工作体系。在这种社会发展的基础上，对于剪力墙结构的设计除了令其能够满足基础水平和荷载作用的同时，还必须要能够满足非弹性变形反复循环的延性要求，这一要求的存在对于机构设计的循环极为关键。
2.3方向设计原则
我们在设计墙的时候，计算时要考虑到墙在纵向和横向延展里的结构下来进行分析计算的。我们在针对剪力墙承载能力的计算中，计算带翼墙的宽度按照门窗与洞口之间的翼缘宽度以及剪力墙之间的距离的最小值来取值，通常都是墙肢总高度的十分之一。
3、剪力墙的特点分类
在我国，剪力墙结构由于其具有抗侧刚度大，侧移小和抗震性好等一系列的特点，目前被广泛地运用到建筑结构设计中，特别是高层建筑。剪力墙的受力、变形特征虽然与框剪结构极其类似，但是它的刚度分配与内力分配比框剪结构更为合理。在国内现有的剪力墙中，如果从剪力墙是否开洞与其开洞尺寸的大小来进行分类，大致可以分为：整体小开口剪力墙、实体墙、壁式框架、双肢或多肢剪力墙四种类型。其中整体小开口剪力墙的开口面积>15%，但仍然属于开洞较小的墙；实体墙则是开洞面积
4、剪力墙结构设计在建筑结构设计中的应用
4.1剪力墙合理定位
剪力墙最好沿主轴方向或其他方向进行双向布置；对于抗震设计的剪力墙结构应特别避免仅单向有墙的结构布置形式。（1）对一般的矩形、L形、T形等平面则沿着两条轴线的方向进行布置。（2）对于部分 j角形平面、Y形平面则可以沿其三个轴线方向布置。（3）对正多边形，圆形及弧形平面可沿径向及环向布置。
总之，剪力墙的平面布置应本着尽可能均匀、周边、对称的原则，尽量使墙面结构的刚度中心和质量中心完全重合，从而减少扭矩。而内外剪力墙应尽量拉通、对直。剪力墙肢截面宜简单、规则。
4.2剪力墙中大墙肢处理
剪力墙在施工的过程中由于结构本身存在着延伸性要求，因此，结构施工与设计中也需要具备相应的延展特性，这对于提高剪力墙结构整体性和工作力度至关重要。通常情况下，剪力墙在设计中极容易形成高状结构的剪力墙，且极容易呈现出弯曲破坏形式和剪力墙结构体系模式，这样一来，极容易出现脆性破坏现象。因此，在设计工作中，对于墙体长度较长的剪力墙设计在满足其承载力要求的基础上可以进行分层间隔设计，将其分割成为小而均匀的独立墙断，这对于提高墙体结构的承载力十分有效。除此以外，在墙段长度较小时其受弯产生的裂缝宽度较小，可以充分发挥墙体配筋的支撑作用。而对于剪力墙结构中，存在较少的长度大于8m 的大墙肢，在理论计算中楼层的剪力大部分由这些大墙肢来承受。在发生地震特别是超烈度等强烈震动时，最容易受到破坏的便是这些大墙肢。小墙肢因没有足够的配筋，使整个墙面结构会受到全面破坏结构。为避免这种不利现象的发生，对于超过 8m 的墙肢长度，可以采取以下两种处理方法：①开施工洞：即在施工时墙上留洞，完工时砌填填充墙，把长墙肢分成短墙肢。②开计算洞：是指在进行结构计算时设有洞，开始施工时仍为混凝土墙。但通过这样的计算方式，可以加强其它小墙肢的配筋能力。
结束语
在现代化社会发展中，剪力墙的应用极为广泛，特别是在大高层建筑结构中，其身影更是随处可见，已成为整个建筑领域关注的重点环节。近年来的建筑发展趋势下，为了满足人们对住宅要求的提高，不断地思考和探索新的建筑结构模式已成为建筑业赖以生存和发展的首要内容，也是建筑领域未来发展的主要目标。剪力墙作为高层建筑结构中的主要环节，做好其合理、科学布置与设计极为关键，是最大条件下发挥材料性能的首要环节。
参考文献
[1] 董燕，胡执标.浅谈高层建筑结构关键设计问题[J].科技创新导报，2011，（11）.
[2] 王和平.高层建筑剪力墙结构优化设计分析探讨[J].四川建材，2013，（05）.
