高层建筑结构优化设计论文
高层建筑结构优化设计论文 摘要：随着高层建筑规模的不断扩大和投资的不断增加，结构选型作为建筑结 构方案设计的重要环节，对建筑功能、工程造价、社会效益等都将产生影响，正 确处理高层建筑结构选型及结构优化设计问题，对高层建筑设计、施工、使用、 维护等有重要意义。文章结合某工程的实例，通过分析结构选型和结构优化的重 要性，解读结构选型的关键，选取适宜的结构优化方案，旨在为高层建筑提升安 全降低造价提供依据。关键词：高层建筑；
结构选型；
结构优化；
设计 1高层建筑结构选型设计 1.1高层建筑结构类型分析 高层建筑结构选型决定高层建筑的整体安全性和可靠性。常见的几种结构 可类型为分为框架结构、框架-剪力墙结构、剪力墙结构、筒体结构等。①框架 结构主要是由梁柱、楼板等部分组成，根据建筑功能的需求，完成对平面框架的 布置。框架结构造价低，但在水平荷载影响下变形较大，抗震效果不佳；
②框架 -剪力墙结构，高层建筑中，剪力墙主要布置在电梯间，通过核心筒承担水平荷 载，抵抗地震力，整体稳定性高。但是框架剪力墙结构容易受到平面布局限制， 出现质心和钢心不重合的现象，结构扭转过大，可能会出现的安全隐患；
③剪力 墙结构，具有较好强竖向和水平向的承载能力，对高层建筑的整体刚到和稳定性 具有显著的提升效果，重点在于剪力墙的布置及自重的控制；
④筒体结构，在电 梯间及建筑外围布置剪力墙，形成筒体，该结构具有更高的刚度。
1.2高层建筑结构选型的影响因素 高层建筑结构选型，除了受建筑需求影响外，其主要因素可归纳为：①环 境条件。主要包括设防烈度、场地条件、基本风压等；
②建筑方案特征。主要包 括方案建筑的高度、高宽比、长宽比以及建筑体型,其中建筑体型包括平面体型 和立体体型。平面体型是由平面规则性、平面对称性、平面质量和刚度偏心等组 成,立体体型是由结构高宽比、立面收进体型、塔楼和层间刚度等组成；
③建筑 使用功能要求。高层建筑的使用功能大体上可分为住宅、办公楼、旅馆和综合楼 等。某种功能的建筑可能只有某几种结构型式和它相匹配。比如高层住宅,由于 其使用空间较小,分隔墙体较多,且各层的平面布置基本相同,因此这种功能的建筑就比较适合采用剪力墙或框架剪力墙结构；
④结构抗灾水平及现场施工、后期 使用、运营维护等。
1.3结构选型实施案例 本章节以某工程为例，该工程中主要包含的高层住宅和多层商务办公两部 分，建筑的总占地面积95388.440m2，其中工程中主要以1号楼、2号楼、3号楼为 高层建筑，且楼层均为36F，其中且高度分别为117.390m、119.400m、119.400m。
本工程主要采用钢材、混凝土等材料。本章节以1号楼为研究对象，1号楼拟建楼 层36层，设防烈度7度，基本风压0.75KN/m2，场地Ⅱ类。建筑对称布置，平面 规则，其空间分隔小，隔墙多，且各层平面布置基本相同。通过考虑其竖向、水 平向荷载、造价施工方面等因素，本工程采用剪力墙结构，通过合理布置剪力墙， 控制结构的整体刚度及侧向位移等，使结构更安全、更稳定、更经济。
2建筑结构的优化设计 2.1结合建筑类型进行优化 汶川地震震害结果表明，对于教育类项目，如中小学，由于使用功能要求， 相比其它建筑，教学楼竖向结构体系相对较弱，强度和刚度不足，并且建筑体型 不对称，致使建筑在地震中易倾倒。因此教育类项目，应在建筑侧边及楼梯间布 置剪力墙，以增强建筑结构的整体性与稳定性，使其具有良好的工作性能。针对 文化体育类项目，例如图书馆、博物馆，根据其典藏书籍及文物的特点，其荷载 大，使用空间大，平面不规则，在结构进行竖向布置时不必按照传统9m模数布 置，某项目案列按12m模数优化柱网后，结构截面变化不大，但能更好满足建筑 使用功能需求。
2.2结合建筑总高度进行优化 在某超高层中，通过对比分析钢骨砼柱―砼梁与钢管砼柱―钢梁，钢梁组 合楼盖可有效降低梁柱截面，满足建筑使用净高要求，且中庭洞口各层交错布置， 采用钢梁组合楼盖解决了传统支模难题；
可有效控制塔楼标准层室内梁高，内部 净高高出150～200mm；
绝大部分构件都在工厂加工完成，最大化地提高建筑产 品工业化水平，大大减少施工现场建筑垃圾；
施工工期大大缩短。
2.3结合建筑荷载进行优化越来越多的企业在项目建设过程中承受着巨额成本的压力,地下室优化的 必要性不容忽视。在满足安全和建筑功能、效果的前提下，充分考虑覆土、消防 车、人防等荷载，再进行平面布置，并进行多方案比选，项目实例表明，在常规 8.5m×8.5m柱网情况下，荷载越大，采用大板结构，建筑物含钢量最低，最经济。
在结构优化过程中应多方面考虑，对建筑安全、美观、经济等全面比较，以实现 项目效益最大化。
2.4剪力墙结构优化理论在实际工程中运用 （1）在进行结构计算时，应通过软件分析，满足最大层间位移、周期比、 位移比、轴压比等各项指标确要求。（2）通过适当的缩减剪力墙的长度，减轻 自重，增加高层建筑内部使用空间。（3）剪力墙的肢截面控制，在具体的控制 中，需要保障肢截面以简单、规则为基准，具体的门窗洞口，同样需要设计整齐 成列，并形成明确的墙肢与连梁，进而使得应力可以的合理的分布，提升高层建 筑的整体安全性和稳定性。（4）剪力墙过长的部分，采用的开设洞口的方式， 完成对剪力墙的均分，再由的弱连梁对他们进行连接，避免剪力墙出现的脆性剪 切破坏，影响高层建筑的整体质量和安全。（5）剪力墙应自上而下的连续性布 置，减少高层建筑出现刚度突变的情况，保障剪力墙的连续性。设计过程中适当 对剪力墙的厚度和混凝土强度进行调整，满足轴压比的要求。（6）对窗口梁和 阳台梁等截面进行调整，完成对结构刚度及位移的微整，是结构布置更合理。针 对高层建筑的结构选型设计的基本情况，可完成高层建筑的结构优化，从而使得 高层建筑的空间效果、结构性能和高层建筑的整体综合效益等均可得到改善，在 保障高层建筑基本功能的基础上，提升高层建筑的稳定性和安全性。
3结束语 高层建筑提升空间利用效率，高层建的结构选型及优化设计使高层建筑整 体更安全稳定、空间更合理，本次研究还得到：①高层建筑结构主要框架结构、 框架结构-剪力墙、剪力墙、筒体结构等，且结合工程的具体情况，充分分析荷 载、场地、周边环境，选取合适的结构体系；
②通过分析不同建筑类型、高度、 荷载情况下优化方案及具体的高层建筑剪力墙结构优化情况，总结出结构优化方 法，保证结构设计优化能高出建筑基本需求，同时能保障高层建筑安全与质量， 更加经济合理。
作者:王莎莎 单位:深圳市建筑工务署