高层建筑结构优化设计

高层建筑结构优化设计（共8篇）

篇1：高层建筑结构优化设计

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。

篇2：高层建筑结构优化设计

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

篇3：高层建筑结构抗震的优化设计研究

建筑抗震的实践表明, 高层建筑物如果缺乏良好的抗震设计, 没有良好的总体布置方案, 仅仅依靠结构抗震计算, 采取抗震构造措施是远远不够的, 不能达到良好的抗震效果。当较强地震发生的时候, 高层建筑物无法发挥很好的抗震效果, 不能起到降低震害的效果。因此, 在高程建筑设计的实际工作中, 为了提高设计水平, 保证高层建筑的强度和质量, 提高高层建筑的抗震能力, 必须重视采取相应的策略, 从多个方面入手, 优化高层建筑结构的抗震设计, 提高建筑结构的抗震能力, 为人们的生产生活创造良好的条件。文章结合高层建筑的设计情况, 主要探讨分析了抗震优化设计的相关问题, 并提出了具体的提高高层建筑结构抗震能力的策略, 以供实际工作进行参考和借鉴。

二、高层建筑结构抗震优化设计的关键问题

对于高层建筑来说, 提高其抗震能力无疑是其十分重要的工作。而要提高抗震能力, 首先就得做好设计工作, 优化抗震设计, 把握好其中的关键问题。具体来说, 这些关键问题包括以下几个方面。

1. 场地选择。

场地的选择对高层建筑结构的抗震能力会产生直接的影响。如果场地选择不好, 不仅影响高层建筑的抗震性能, 还会给人们的生产生活带来极大的不便。具体来说, 在进行场地选择的时候, 应该选择有利于抗震的场地, 避开危险地段, 避开对高层建筑结构抗震不利的地段。选择地段安全、地基稳定的地段。如果确实不能避开不良地段的话, 为了提高高层建筑的抗震性能, 就必须采取相应的促使对地段进行处理和加工, 以满足施工的要求, 提高高层建设结构的抗震能力。

2. 结构体系选择。

第一, 结构体系需要避免对高层建筑整体抗震产生不利影响。在进行设计的时候, 需要考虑不能因为部分结构的破坏而导致整个高层建筑结构抗震能力下降或者丧失。即使某一构件停止工作, 但是其他的构件却不能失去效能, 以免影响整个高层建筑物的抗震能力。第二, 结构体系需要有明确的计算简图和合理的地震作用传播途径。第三, 结构体系必须具备良好承载能力、变形能力、消耗地震能量的能力。由于钢筋混凝土结构具有上述良好的能力, 所以在高层建筑结构设计中, 需要使用钢筋混凝土结构。第四, 结构体系需要具有合理的刚度和强度。这是应对地震, 降低地震给高层建筑物带来损害的必备条件。此外, 对于有可能出现的薄弱部位, 需要采取相应的加固措施, 以提高高层建筑结构抗震能力。

3. 结构的规则性。

在高层建筑结构抗震设计中, 还需要重视建筑平面布置的规则性。在平面布置上需要注意符合抗震的设计原则, 采用规则的设计方案, 不能采用不规则的方案。结构的规则性主要表现在高层建筑主体抗侧力结构上, 尤其需要注意以下四个问题。第一, 高层建筑主体抗侧力结构需要注意两个主轴方向的刚度需要比较接近, 其变形特性还需要比较的相似。第二, 高层建筑主体抗侧力结构构成变化比较均匀, 不应当有突变的情况发生。第三, 从高层建筑主体抗侧力结构的平面布置来看, 需要注意的是, 应该注意同一主轴方向的各片抗侧力结构刚度尽量均匀, 这样有利于高层建筑整体的抗震性能的发挥。第四, 高层建筑主体抗侧力结构的平面布置需要注意, 中央核心和周边结构的刚度协调均匀, 以避免产生过大的扭曲变形。

三、提高高层建筑结构抗震能力的具体策略

随着生活水平的提高, 人们对高层建筑物的质量提出了更高的要求, 高层建筑物不仅要满足人们正常生活的需求, 还要具有较好的抗震能力, 在高层建筑施工中需要重视提高高层建筑结构的抗震能力。高层建筑结构的抗震优化设计是大量实践经验的总结, 对今后提高高层建筑结构的抗震能力具有十分重要的指导作用。为了提高高层建筑结构抗震能力, 结合高层建筑的实际情况, 笔者认为应该采取以下具体策略。

1. 合理布局地震外力能量的传递吸收途径。

这是提高高层建筑结构抗震能力的第一步。通过这样的布局, 当地震发生的时候, 支柱、墙、梁受到相应的破坏, 并且它们的破坏是呈弯剪破坏的。同时, 连梁出现变化, 在梁端呈现出塑性屈服的状态, 不过, 在这种状态下, 连梁还具备较大的变形能力。在这样的布局之下, 如果发生地震的话, 墙段在充分发挥其良好的抗震作用之前, 根据强墙弱梁的原则, 它能够使得墙肢的承载力得到相应的加强, 从而引起墙肢的剪切应力遭到相应的破坏, 避免遭到地震带来的损失, 提高了整个高层建筑结构的抗震能力。

2. 在实际工作中, 对梁、柱以及墙的节点采取必要的措施, 以提高整个建筑物的抗震能力。

这种措施的出发点是:提高梁、柱以及墙的抗震能力, 优化它们的抗震性能, 当发生地震的时候, 这些结构能够很好的发挥抗震性能, 保证结构的稳定性, 进而避免整个高层建筑免受地震的破坏。此外, 高层建筑常常使用钢筋结构, 因此, 提高钢筋结构的抗震性能, 能够显著提高整个建筑物的抗震性能。提高钢筋结构抗震性能的关键是提高其结构的延性和承载力, 具体的措施可以是, 在设计的时候, 根据强剪弱弯、强柱弱梁、强节点弱构件的原则进行, 采取行之有效的措施, 合理控制柱截面的尺寸, 合理控制柱的轴压比, 加强节点的构造, 保证节点的质量, 避免出现质量问题, 以提高节点的牢固性和抗震能力, 进而提高整个高层建筑结构的抗震性能。

3. 设置多道抗震防线。

该方法的基本出发点是:当发生地震的时候, 延性较好的构件的首先达到屈服, 发挥抗震的作用, 同时其他的构件也发挥着抗震作用, 只不过还没有得到屈服, 不会受到巨大的影响。事实上, 只有第一道抗震防线屈服之后, 其他防线才可能屈服。所以, 为了提高建筑物的抗震性能, 在设计的时候, 可以设置多道防线, 设置一道、二道、三道防线, 如果条件允许, 还可以设置更多道防线, 这样有利于提高整个高层建筑的抗震能力。

四、结语

文章结合高层建筑的设计, 介绍了其结构抗震优化设计的关键问题, 并分析了提高高层建筑结构抗震能力的具体措施, 以期能够为高层建筑抗震设计的实际工作提供借鉴和指导。然而, 高层建筑结构抗震优化设计是一个不断发展和进步的过程, 随着新技术的运用和实际经验的总结, 高层建筑结构抗震设计必将得到进一步的发展。今后在实际工作中, 我们需要重视经验的积累和总结, 并注重创新, 以更好的推动高层建筑结构抗震优化设计的发展, 为人们的生产生活创造良好的条件。

参考文献

[1]刘光绅, 吴建奇.建筑结构抗震设防设计中的若干问题探讨[J].山西建筑, 2010 (3) .

[2]董丽媛.探讨高层建筑结构抗震的优化设计[J].中华民居, 2012 (6) .

[3]杨磊.论高层建筑结构抗震的优化设计[J].建筑设计管理, 2010 (3) .

[4]刘建政.住宅高层建筑结构抗震的优化设计[J].建筑设计管理, 2012 (2) .

篇4：住宅高层建筑结构抗震的优化设计

关键词：高层建筑;抗震设计;结构优化

建筑抗震的实践表明，高层建筑物如果缺乏良好的抗震设计，没有良好的总体布置方案，仅仅依靠结构抗震计算，采取抗震构造措施是远远不够的，不能达到良好的抗震效果。当较强地震发生的时候，高层建筑物无法发挥很好的抗震效果，不能起到降低震害的效果。因此，在高程建筑设计的实际工作中，为了提高设计水平，保证高层建筑的强度和质量，提高高层建筑的抗震能力，必须重视采取相应的策略，从多个方面入手，优化高层建筑结构的抗震设计，提高建筑结构的抗震能力，为人们的生产生活创造良好的条件。

一、住宅高层建筑结构抗震设计原则

抗震设计要刚柔相济，选择合适的结构形式，在增加结构刚度的同时也要增强地震作用，需要确定合理的抗震措施。保证结构的抗震性能主要是确保建筑物满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震目标。在地震力作用下，要求结构保持在弹性范围内正常使用。建筑物的变形破坏性态后不能发生很大的变化，经简单的修复后可正常使用。随着建筑物高度的增加，允许结构进入弹塑性状态，但必须保证结构整体的安全。因此，六级以上必须进行抗震设计。每次强震之后都会伴随多次余震，在建筑抗震设计过程中如果若一味的提高结构抗力，就会增加结构刚度。若只有一道设防，则会导致结构刚度大。所以，建筑物在地震过程中既能满足变形要求，又能减小地震力的双重目标。因此，只有这样才能使建筑物抗震设计过程中防止造成建筑物局部受损。建筑物的抗震结构体系如果刚度太柔，首次被破坏后而余震来临时其结构将因损伤，结构构件协同工作来抵挡地震作用容易导致建筑物过大形变而不能使用。延性较好的分体系组成，地震发生时不会发生整体倾覆。因此，由若干个在地震发生时由具有较好延性。

二、高层建筑结构抗震的具体设计措施

1、高层建筑结构抗震设计应重视建筑结构的规则性

在高层建筑中，结构的均匀性主要体现在以下几个方面：

（1）高层建筑主体抗侧力结构两个主轴方向的刚度要比较接近、变形特性要比较相近。这是因为实际的高层建筑结构都是三维的，实际的地震作用、风荷载具有任意的方向性，高层建筑主体抗侧力结构两个主轴方向的刚度比较均匀，就能具有比较良好的抗震、抗风性。

（2）高层建筑主体抗侧力结构沿竖向断面、构成变化比较均匀，不要突变。这里主要是指主体结构的层剪切刚度不要突变，这种均匀的高层建筑结构可以避免因薄弱层的破坏而引起的结构整体破坏，尤以强震区的高层建筑结构需特别注意。

（3）高层建筑主体抗侧力结构的平面布置，应注意同一主轴方向各片抗侧力结构刚度尽量均匀，应避免在主体结构的布置中设置一、二片刚度特别大而延性较差的结构，如长窄的实体剪力墙。此时，即使结构仍满足对称性和刚度的要求，但由于个别结构刚度巨大，地震发生时，将首先吸收极大的能量，应力特别集中，容易首先招致破坏，从而引起整体结构的破坏。同一主轴方向的各片抗侧力结构刚度均匀，水平荷载作用下应力分布将比较均匀，有利于结构抗震延性的实现。

2、合理的建筑结构体系选择

高层建筑结构体系选择是结构设计应考虑的关键问题，结构方案的选取是否合理，对安全性和经济性起决定的作用。

（1）结构体系应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径：楼屋盖梁系的布置，应尽量使垂直重力荷载以最短的路径传递到竖向构件墙、柱上去。竖向构件的布置，应尽量使竖向构件在垂直重力荷载作用下的压应力水平按近均匀，以避免竖向构件之间压应力的二次转移。而垂直重力荷载下竖向构件压应力水平接近均匀是最合理优化的结构选择。转换结构的布置，应尽量做到使上部结构竖向构件传来的垂直重力荷载通过转换层1次至多2次转换，即能传递到下部结构的竖向构件上去。整体抗侧力结构必须体系明确，传力直接。抗侧力结构一般由框架、剪力墙、筒体、支撑等组成，它们宜尽量贯通连续，若它们沿竖向要有变化，则变化要缓慢均匀。

（2）结构体系宜有多道抗震防线，框架-剪力墙结构是具有良好性能的多道防线的抗震结构，其中剪力墙既是主要抗侧力构件，又是第一道抗震防线。因此，剪力墙应有相当数量，其承受的结构底部地震倾覆力矩不应小于底部总地震倾覆力矩的50%。同时，为承受剪力墙开裂后重分配的地震作用，任一层框架部分按框架和墙协同工作分配的地震剪力，不应小于结构底部总地震剪力的20%和框架各层地震剪力最大值的1.5倍两者的较小值。剪力墙结构中剪力墙可以通过合理设置连梁（包括非建筑功能需要的开洞）组成多肢联肢墙，使其具有优良的多道抗震防线性能。连梁的刚度、承载力和变形能力应与墙肢相匹配，避免连梁过强而使墙肢产生较大拉力而过早出现刚度和承载力退化。一般情况下，联肢墙宜采用弱连梁。

（3）结构体系宜具有合理的刚度，主体抗侧力结构的刚度合理是高层建筑结构设计的重要指标之一。首先，主体抗侧力结构的刚度要满足规范规定的水平位移、整体稳定、强度延性的要求，保证高层建筑结构能正常工作，这是高层建筑主体抗侧力结构刚度的下限值，必须满足。但是，总结工程设计经验，高层建筑主体抗侧力结构的刚度不宜过大，应该合理，这是因为：合理的高层建筑主体抗侧力结构刚度以满足和略大于规范限值即可，结构的延性和安全储备主要依靠合理的结构构造和精心的设计。主体抗侧力结构刚度过大，结构的基本自振周期较短，地震作用加大，结构承受的水平力、倾覆弯矩加大，地基基础的负担加大，此时结构的截面和相应的构造配筋增加较大，不经济。

3、抗侧力结构和构件的延性设计

为提高结构和构件的延性水平，避免脆性破坏，应注意以下几点：①钢筋混凝土框架结构应设置为“强柱弱梁”。②剪压比限制。现行的钢筋混凝土构件斜截面受剪承载力的设计表达式，是基于斜截面上箍筋基本能达到抗拉屈服强度，其受剪承载力随配箍特征值的增长呈线性关系。试验表明，配箍特征值过大时箍筋不能充分发挥其强度，构件将呈腹部混凝土斜压破坏;同时剪压比对构件变形性能也有显著影响，因此限制剪压比，实质上也是对构件最小截面的要求。③钢筋混凝土框架的梁、柱应避免剪切破坏，即形成“强剪弱弯”。④轴压比限制。轴压比是控制偏心受拉边钢筋先到抗拉强度，还是受压区混凝土边缘失达到其极

限压应变的主要指标。试验研究表明，柱的变形能力随轴压比增大而急剧降低，尤其在高轴压比下，增加箍筋对改善柱变形能力的作用并不甚明显。所以，抗震结构应限制偏心受压构件的轴压比。⑤注意其他影响构件延性的因素，如剪跨比、纵向钢筋配筋率、配箍率和箍筋型式、混凝土和钢筋材料、钢筋连接和锚固方式等，均应满足抗震设计规范要求。

结语

高层建筑是城市未来发展的趋势，所以，对于建筑结构的安全及抗震性的研究是十分必要的。设计者应根据工程抗震概念各方面的知识和经验，作出正确的工程判断，找出结构安全与经济合理的最佳结合点，探求出一种实用可行的二步或三步设防的合理有效的抗震设计方法，以更好地适应社会经济和科学技术的发展。

参考文献：

[1]刘光绅.建筑结构抗震设防设计中的若干问题探讨[J].山西建筑，2010（3）

[2]董丽媛.探讨高层建筑结构抗震的优化设计[J].中华民居，2012（6）

篇5：高层建筑结构优化设计

（一）PKPM软件应用及答疑（二天）

（1）规范有关要求在软件中的具体实现与设计参数的合理确定

结合软件应用，系统介绍各类荷载（恒、活、风、地震）作用效应分析、作用效应的组合与调整、结构整体性能（层刚度、周期比、位移比、剪重比、薄弱层、稳定验算等）控制、楼板刚度的合理假定与正确应用、上部结构与地下室共同工作及地下室设计、人防设计、剪力墙、短肢剪力墙结构的控制和设计、带转换层结构的合理简化及处理方式、多塔、错层及设缝结构的分析和性能控制方法等方面的内容，帮助结构设计人员正确使用软件进行设计计算。主讲人：李云贵，博士后，研究员，博士生导师，百千万人才工程国家级人选，享受政府特殊津贴专家，现任中国建筑科学研究院建筑工程软件研究所副所长，长期从事高层结构分析理论方面的研究，SATWE软件的主要研发人。

（2）应用PKPM软件计算高层结构常见问题的分析和解决方案

结合具体的工程实例，详细分析PMCAD建模、混凝土结构（连体结构、斜屋面、短肢剪力墙、多塔、中震设计等）设计、混凝土构件（弹性楼板、柱计算长度系数取值、梁上架柱结构的荷载导算等）设计、结构有效质量系数的计算、不规则结构方案调整等常见问题，给出解决方案。高级工程师，长期从事PKPM系列软件咨询工作，《PKPM新天地》杂志执行编辑。

（3）基础软件的合理应用

结合软件应用，介绍《建筑桩基技术规范》（JGJ94－94）修订要点、地质资料输入与桩初设计、正确选择上部结构荷载、沉降计算方法选择、上部结构与基础共同作用分析、桩筏基础计算的参数理解、大底盘多塔结构基础设计与施工难点、高层建筑基础变刚度调平设计等方面的内容，帮助结构设计人员正确使用软件进行基础设计计算。研究员，地基基础及结构设计软件研究室副主任，长期从事桩基础设计技术研究，JCCAD软件主要研发人之一。

（二）高层建筑结构设计实践与常见问题处理（半天）

根据现行有关规范、规程，针对民用建筑工程设计中经常遇到的影响工程质量的设计问题、在施工图设计文件审查中常出现的问题、规范未述及或可操作性不强的疑难问题、超高超限复杂结构如何解决处理，以及地基处理新技术等，重点分析了不正确设计的原因及其不良后果，给出了解决问题的方法及建议的处理措施，帮助工程设计人员对容易混淆、忽略的问题及相关规定进行分析和正确理解，从而作出合理经济的工程设计。动委员会秘书长，中国工程建设标准化协会混凝土委员会委员，中国建筑学会抗震防火分会高层建筑抗震专业委员会委员。长期从事建筑结构设计工作，并参加国家规范《建筑隔振设计规范》、《预应力混凝土结构抗震设计规程》、《单层工业厂房抗震设计规范》等的编制工作。主编《多层及高层建筑钢筋混凝土结构设计释疑及工程实例》及参加《一级注册结构工程师专业考试复习教程》等专著的编写。

（三）西北地区湿陷性黄土场地高层建筑地基处理方法的选用（半天）

篇6：高层建筑结构概念设计论文

一、高层结构概念设计

(一)高层结构概念设计的三维层次

把房屋看成一个三维空间块体分层次来分析，对于复杂的高层，例如多塔机构也可以把它分成几块，分别研究其倾覆、刚度、承载力等问题，然后组合起来。首先，在方案阶段(I)，可以把基本设计方案概念化，建立一个符合建筑空间三维形式的结构方案。在该阶段分析总结构体系的荷载和抗力关系;高宽比与抗倾覆;承载力和刚度;并预估基本分体系的相互关系。由于整个结构必然是由一些平面单元组成，因此在初步设计阶段(Ⅱ)，要扩展方案，把那些体现初步设计基本要求的、主要是二维的平面体系包括进来，进行基本水平和竖向分体系的总体设计，从而得到主要构件及其相互的关系。而在最后的.第Ⅲ阶段，即施工图设计阶段，处理一维的构件设计，具体设计所有分体系的构件、连接和构造详图，对第Ⅱ阶段做出的粗略决定进行细化。

对于高层建筑结构，可以设想成为一个从地基升起的竖向悬壁构件，承受水平侧向荷载和竖向重力荷载的作用。侧向荷载是由风吹向建筑物引起的水平压力和水平吸力，或者是由地震时地面晃动引起的水平惯性力。重力荷载则是建筑物自身的总重力荷载。这些侧向荷载和重力荷载的组合，趋向于既可能将它推倒(受弯曲)，又可能将它切断(受剪切)，还可能使它的地基发生过大的变形，使整个建筑物倾斜或滑移。对抗弯曲而言，结构体系要做到不使建筑物发生倾覆，其支撑体系的构件不致被压碎、压屈或拉断，其弯曲侧移不超过弹性可恢复极限;对抗剪切来说，结构体系要做到不使建筑物被剪断，其剪切侧移不超过弹性可恢复极限;对地基和基础来说，结构体系的各支撑点之间不应发生过大的不均匀变形，地基和地下结构应能承受侧向荷载引起的水平剪力，并不引起水平滑移。由于风力和水平地震作用力对于高层建筑是动荷载，使建筑结构抗弯曲和抗剪切时都处于运动状态，就会导致建筑物中的人有震动的感觉，使人有不舒服感。如果建筑物晃动得太厉害，还会使非结构构件(如玻璃窗、隔墙、装饰物等)断裂，甚至危及屋外行人的安全。所以，高层建筑结构要避免过大的震动。例如：在建造机关事务局12层的办公综合楼，它长48m、宽18m、高36m。建筑物两边各有9根柱，横行柱距为18m，纵向柱距为6m，中央有一个6×12m的电梯和管道井筒。考虑水平荷载的传递有几种不同方式，进行结构方案优选，分析两种结构方案：一种为仅由核心筒承受水平力，外柱仅承受大部分竖向荷载，不抵抗水平力，梁和柱铰接;一种为纵横两个方向柱和梁刚接形成框架，来抵抗纵横两个方向的水平力。在方案一中：筒井所受的风荷载为1。4×6×8=67。2KN/m，竖向荷载近似为15120KN，井简墙自重为6×36×(6+12)×2=7776KN，可得抵抗倾覆弯矩的竖向荷载为22896KN。则可计算出合力偏心矩e=M/G=67。2×36×18/22896=1。9m，超过核心范围(6/6=1m)，不满足稳定要求。必须加强、加宽基础或采用下部锚固，才能避免基础向上抬起。在方案二中：由横行跨度的框架承担全部水平力。因此，在一个方向风荷载作用下，总框架一侧柱子受压，另一侧柱子受拉，并可近似求得总压力或拉力为：67。2×36×18/18=2418。2KN，大致由每侧9根柱子平均分担2419。2/9=268，8KN/柱<7×3×9×10=1890KN，即比每根柱所承受的恒载小很多，基础不会向上抬起。因此方案二比方案一好，应采用方案二的结构。

二、高层建筑的结构体系

通过受力因素分析，下一步就考虑采用什么结构体系，有下面几种高层建筑结构体系可供选择，其结构体系有：框架结构、剪力墙结构、框架一剪力墙结构、筒中筒结构等。根据其受力特点，结合高层概念设计的三维层次考虑，选取合适的结构体系或其组合体系。

(一)框架结构体系

由梁、柱、基础构成平面框架，它是主要承重结构，各平面框架再由梁联系起来，形成空间结构体系。框架结构的优点是建筑平面布置灵活，可以做成有较大空间的会议室、餐厅、车间、营业厅、教室等。需要时，可用隔断分割成小房间，或拆除隔断改成大房间，因而使用灵活。外墙采用非承重构件，可使立面设计灵活多变。但是框架结构本身刚度不大，抗侧力能力差，水平荷载作用下会产生较大的位移，地震荷载作用下较易破坏。不高于15层宜采用框架结构，可以达到比较好的经济平衡点。

(二)剪力墙结构体系

剪力墙结构体系是利用建筑物墙体作为承受竖向荷载、抵抗水平荷载的结构体系。墙体同时作为维护及房间分隔构件。剪力墙间距一般为3—8m，现浇钢筋混凝土剪力墙结构整体性好，刚度大，在水平荷载作用下侧向变形小，承载力要求容易满足，适于建造较高的高层建筑。而且其抗震性能良好，在历次的地震中，都表现了很好的抗震性能，震害较少发生，程度也很轻微。但是剪力墙结构间距不能太大，平面布置不灵活，而且不宜开过大的洞口，自重往往也较大，不是很能满足公共建筑的使用要求，而且其成本也较大。

(三)框架一剪力墙结构体系

框架一剪力墙结构体系由框架和剪力墙组成。剪力墙作为主要的水平荷载承受的构件，框架和剪力墙协同工作的体系。在框架一剪力墙结构中，由于剪力墙刚度大，剪力墙承担大部分水平力(有时可以达到80%~90%)，是抗侧力的主体，整个结构的侧向刚度大大提高。框架则承受竖向荷载，提供较大的使用空间，同时承担少部分水平力。由于有了剪力墙，其体系比框架结构体系的刚度和承载力都大大提高了，在地震作用下层间变形减小，因而也就减小了非结构构件(隔墙和外墙)的损坏。这样无论在非地震区还是地震区，都可以用来建造较高的高层建筑。还可以把中间部分的剪力墙形成简体结构，布置在内部，外部柱子的布置就可以十分灵活;内筒采用滑模施工，外围的框架柱断面小、开间大、跨度大，很适合现在的建筑设计要求。

(四)筒中简结构体系

筒中筒结构体系由一个或多个简体为主抵抗水平力。通常简体结构基本形式有三种：实腹筒、框筒及桁架筒。筒体结构最主要的特点就是它的空间受力性能。不论哪一种简体，在水平力作用下都可看成固定于基础上的箱形悬壁构件，它比单片平面结构具有更大的抗侧刚度和承载力，并具有良好的抗扭刚度。简中筒结构是一种抵抗较大水平力的有效结构体系，但是由于它需要密柱深梁，当采用钢筋混凝土结构时，可能延性不好，而且造价昂贵。

篇7：高层建筑结构设计心得

要想保证建筑结构设计达到规范规定的标准，就必须遵循一定的原则，加强建筑结构的使用维护、施工及设计。其原则需求主要表现在:(1)安全性。在设计的合理的使用年限以内建筑的结构应该可以承担各种可能发生的突发情况。而且在发生了偶然事件以后，建筑物的结构必须要保持一定的稳定特性。(2)耐久性。在设计的可以使用的年限以内，建筑的结构应该具有一定的耐久性。(3)适用性。在建筑物能够合理使用的年限以内，建筑结构的设计应该可以满足使用的要求，具有较好的抗振、抗裂缝及抗变形的性能。

2建筑结构设计的基本特征

在低层建筑结构中，水平荷载所引发的位移与内力很小，因此可忽略不计。在高层建筑结构中，水平荷载的位移与内力是慢慢增加的，侧向力是影响整个结构内力与建筑物土建造价以及结构变形的唯一因素。在所有的高层建筑中，地震力与水平荷载成了最关键的控制因素，结构一定要具有适宜的刚度。随着建筑高度的不断增加，建筑的侧向位移也会随之而增加，所以设计高层建筑的过程中，不但要结构上有着足够大的强度，同时结构上还要有具体的刚度，让结构有个合理的自振频率，使水平力的作用层位移具体控制在一个范围内。此外，结构还要有一个良好的廷性。相对一些较低的楼房来说，高层建筑的结构会更加柔和一点，在实际地震作用下其变形就会更大一点。其实影响建筑结构的耐震性的主要因素是结构的变形能力和承载力，所以为了让结构进入塑性的变形阶段之后还能有着较强的实际变形能力，预防高层建筑在一些大地震中倒塌，必须注意结构的变形能力和承载力。

3建筑结构设计中的注意事项

3.1结构体系问题

结构体系的选择是高层建筑钢筋混凝土设计的重点之一，在一些地基基础比较稳固的地方，在上部结构能够满足变形限值的前提下，考虑到建筑的外观问题，可以尽量减小刚度。规范中确定转换层上下刚度比的公式宜改为控制上下层转角的比值在1左右较为合理。规范中顶点位移和层间位移限值不尽合理，可以通过采取措施来解决这些限值。水平加强层在增加侧向刚度的同时，会使外柱的剪力有较大增加，应慎重设计。

3.2结构超高问题

在抗震规范中，建筑物的高度控制是非常严格的，而在新规范中这一点重新进行了界定，除了将原来的限制高度设定为A级高度的建筑外，增加了B级高度的建筑。因此，所以在进行设计的时候一定不可以超越其应属范围，B级建筑物就应该控制在B级规定范围之内，一旦超过了，那么无论是设计还是施工都要全部进行重新设定。在现实情况中这类问题曾经出现过，结果导致审查时难以通过。

3.3短肢剪力墙设置问题

短肢剪力墙的使用虽然具有一定的的作用，但是在使用数量上一定要严格参照规范，不可设置过多。而且，在抗震达到要求的情况下，结构工程师应尽量少采用这种结构，尽量减少后面处理的麻烦。

3.4建筑结构概念设计问题

建筑不同于普通商品，尤其是高层建筑。很多因为是地理标志性建筑，所以往往都是有一定个性的，千篇 一律的建筑会给人带来枯燥的审美观。在概念设计上，我们应该多选择一些新颖的建筑样式，同时又要注意其抗震设计、抗风设计等基础要素。但是建筑也不能盲目的标新立异，结构上应该选择规则性强一些的。不论是平面或者立体都应该尽量遵循这个原则。

4建筑结构设计要点与措施

4.1结合工程实际进行设计

建筑结构设计中，要结合工程具体情况，兼顾各专业的设计要求，做到安全适用、经济全理、技术先进和确保质量。所选用的建筑方案在结构上要保证可行性，要保证结构方案在整体上是安全适用、经济合理的。如果结构方案在整体上存在缺陷应及时告之建筑专业并配合调整建筑方案。同时，为了满足建筑的一些特殊功能要求，在不影响结构整体方案的前提下，对一些局部部位构件，结构应采取可靠措施尽量实现这些特殊功能要求。如在层高受到限制而使用净高又不能降低致使结构必须采取造价相对较高的宽扁梁或无梁楼盖方案时，在结构方案不能同时兼顾建筑立面效果内部使用功能(比如房内露梁现柱)等情况下，结构设计人员应及时知之相关专业设计人员，解释说明每个方案的利与弊，在各方协商一致后找到最佳的综合解决办法。

4.2提高建筑结构抗震功能

建筑结构抗震功能设计是确保建筑物安全性的关键之一。在进行工程图纸设计时，房屋的结构按照其抗震的设防进行分类，其中房屋抗震的等级可以依据房屋结构类型、烈度和高度等按照抗震规范来确定。高层房屋结构的层数多或者房屋结构的刚度突变系数较大的话，其振型数则应该多取。例如房屋结构中含有多塔结构、顶部有小塔楼、转换层等，其振型数应尽量取大于等于12的数，但是它的大小依然不可以大于房屋总共层数的3倍。除了含有弹性的楼板，而且在进行总刚的分析时，它的振型数才可以取的更大些。

4.3加强建筑构造周期性折减系数设计

注重建筑结构安全性设计，在框架结构与顶盖结构设计中，填充墙会直接使结构的实际刚度大于设计时的刚度，所以这就会导致计算周期远远大于结构的实际周期。因此，计算出的结构剪力比较小时，这就会使房屋建筑的结构不安全，所以要把建筑物的结构计算周期进行适当的折减，只有这样建筑的效果才能有所改善。在框架结构中，当采用砌体来填充墙体时，折减系数在计算周期时取0.6～0.7;当采用轻质的砌块或者墙体少时，折减系数在计算周期时取0.7～0.8;当采用轻质的墙板时，折减系数在计算周期时取0.9。除了没有墙的框架结构，其余都要进行适量的折减。

5结束语

综合上述，结构设计是一个长期、复杂甚至循环往复的过程，任何在这过程中的遗漏或错误都有可能使整个设计过程变得更加复杂或使设计结果存在不安全因素。因此，结构设计人员在进行建筑物结构的设计过程中，必须做到有理有据、认真谨慎、多方面考虑以及保证结构模型的准确无误。并且在保证结构安全的前提下，尽可能做到最合理、最经济和最优化。

本文作者:吴庆工作单位:芜湖市华润规划建筑设计有限责任公司

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篇8：高层建筑结构优化设计

1 高层住宅建筑结构抗震设计的重要性

(1) 地理位置原因。我国处于太平洋地震带和喜马拉雅山地震带的交界处, 受到太平洋板块和印度板块的相互挤压, 致使我国的地震频发, 遭受了较大的地震灾害, 我国的地震活动频率高、强度大、震源浅、分布广, 据资料显示, 20世纪里, 全球共发生三次7.6级以上的地震, 中国占两次, 并在1920年的宁夏海原地震和1976年的河北唐山地震中分别造成23万和24万多人死亡。20世纪以来, 地震也是所有自然灾害中最频繁、伤害性最大的灾害, 因此, 地震灾害的严重性是我国的基本国情之一, 为减少地震灾害, 就必须进行抗震优化设计。

(2) 测量科技水平的限制。由于现今科技水平方面的局限性, 抗震计算的依据还很难确认, 当地震灾害发生时, 震波由震源传到地面的过程中, 要通过岩石或不同土层的折射或者滤波, 整个传播过程是复杂多变的非线性传播, 所以, 地震的强度和传播加速度很难确认。另外, 由地震引起的地面运动有六个自由度, 而依靠当今科技能记录到的只有三个简单的运动记录, 其他的扭转分量还未被掌握。

2 高层住宅建筑结构抗震设计的原则

为保证高层住宅建筑在经受地震等自然灾害时损失最小、安全性最高, 就需要在进行住宅结构抗震设计时结合实际的工程情况和施工地点, 保证高层住宅建筑具有较好的抗震能力。抗震设计时要采取刚柔并济的原则, 选择适合的抗震结构, 制定合理的抗震设计措施, 保证在遭遇较小的地震时, 不影响建筑结构, 在遭遇较大地震时也要保证建筑物的变形变化不能太大, 且经修复后不影响正常使用。住宅建筑较高时, 可以在保证整体结构安全的同时, 允许加入弹塑性状态。另外, 六级以上地震一般都伴有多次余震, 若建筑构件的刚度小, 则会导致初次地震时建筑损坏, 无法抵御余震的冲击, 因此, 住宅建筑应既满足变形要求, 也要减小地震作用, 避免建筑的局部受损。

3 高层住宅建筑结构中抗震设计存在的问题

(1) 抗震规范问题。在进行抗震建筑结构设计时, 应根据当地的实际情况, 对使用抗震材料的延性进行等级划分, 利用不同的地震强度来确定所需要的延性, 用较小地震的最高强度来确定所需延性的最低要求, 同时, 在较低烈度的区域使用较低延性的材料, 在较高烈度的区域使用较高延性的材料。但是, 在我国, 没有对地震作用进行细致的划分, 而是将不同地震取一个固定数字进行分析, 这样就导致不同地震作用下的延性相同, 在地震作用较大时, 也就无法满足抗震所需的延性, 从而增加了灾害造成的损失。

(2) 抗震设防目标不明确。我国的抗震设防目标一直是以“大震不倒、中震可修、小震不坏”为原则, 来规范抗震建筑的抗震效果, 但是, 这样的抗震设防目标太过笼统, 不适用于所有的建筑, 目标范围太过模糊, 违背了国际上“多层次、多形态”的控制目标, 因此, 应对不同地震等级中, 不同的抗震建筑进行灵活的等级划分, 比如, 可以分为, 一类是经过地震灾害后可能会出现次生灾害的建筑, 另一类是在遭遇地震后影响其使用而必须进行及时的抢修的建筑等。灵活的抗震设防目标才能使抗震工作更细致、更深入, 保证抗震设计的抗震作用。

4 抗震结构优化设计方案

(1) 地理位置选择。不同的地理位置, 发生地震时的破坏程度也是明显不同的, 因此, 应选择抗震能力较强的地区避免危害性大的地区进行建设, 在住宅建筑开始之前, 进行必要的地基勘察, 根据建设场地的实际情况进行不同标准的分类和等级划分, 以便对该地区进行合理的抗震设计。比如根据地区地基液化等级和抗震设防类别, 进行相应的消除地基液化或采取巩固地基的措施, 以达到更好的抗震效果。同时, 避免选择不利于住宅建设的地区, 为日后的建筑安全排除隐患。

(2) 优化建筑结构。抗震优化设计中的一个很重要的原则是力求对称, 对整个建筑结构中的构造和承载能力进行综合的考量, 以此来判断整个结构的抗震能力。地震时高层建筑所承受的地震作用取决于它的动力特性, 与建筑所具有的刚度、承载力力度分布和延性有关。高层建筑的结构是由纵向和横向的承重结构组成的, 承重结构的稳定性和刚度决定着建筑抗震能力的大小, 因此, 要提高建筑的抗震能力, 就应首先增加承重构件的延性, 可以采取增加构造柱, 并配置钢筋构造的方式来增强结构的整体稳定性。另外也可以配置钢筋圈梁来解决散落问题, 增强建筑的抗震性能。在地震作用较大时, 就需要结构的延性来避免建筑的变形, 因此, 建筑的延性也是增强抗震能力的重要因素, 为了在地震作用下使钢筋混凝土保持足够的延性, 就需要把塑性变形集中在具有良好延性的构件上, 首先是选择合适的塑性变形构件, 然后人为地增加构件的抗剪力, 避免在地震作用下出现剪切破坏, 影响构件及建筑的延性, 最后通过相应的措施, 保证塑性铰的位置具有较强的转动能力和耗能能力。

(3) 抗震材料的选择。对于许多多发地震区来讲, 结构上的抗震性设计远远无法满足抗震要求, 还应当把高性能的资料结合使用, 并且结构体系要优质。目前为止, 我国住宅建筑中高层建筑使用的结构体系主要有剪力墙、框架、两者结合及简体等。然而, 外国地区抗震住宅建筑多采用钢结构, 但我国抗震住宅仍有90%以上使用钢筋混凝土, 两者相比较, 钢结构的延性、韧性和强度都比混凝土结构好得多, 因此, 钢结构的抗震能力更强。且据实践证明, 钢结构出现破坏倒塌的情况较少, 是适合做抗震建筑材料的首选, 况且, 我国的钢产量居世界前列, 钢材的品种和类型也在不断增加, 因此, 应在抗震建筑中多使用钢结构或者钢管混凝土结构, 来提高高层住宅建筑的抗震性能。

结语

随着城市化进程的不断加快, 人口居住也越来越密集, 住宅建筑楼层越来越高, 但我国又是处于地震带交汇处、地震灾害频发的国家, 为避免在人口密集的地区发生较大的灾害损失, 就必须加强住宅结构的抗震设计, 从地理位置的选择、建筑结构的优化和建筑材料的选择等多个方面进行优化设计, 达到增强建筑抗震能力、减少灾害损失的目的, 保证人们的人身安全和财产安全。

摘要：我国位于太平洋地震带和喜马拉雅山地震带的交汇处, 是地震较多的国家, 随着近几年来多处地震的发生, 给人们带来了较大的生命威胁和财产损失, 也使更多的人意识到房屋抗震的重要性和必要性。因此, 为了减少灾难带来的损失, 维护人们的生命安全, 就必须优化高层住宅结构的抗震结构。本文从优化抗震结构的原则出发, 提出了影响抗震能力的因素, 并提出了相应的解决措施, 希望能对高层住宅结构的抗震优化设计提供帮助。

关键词：高层住宅,抗震结构,优化设计

参考文献