對高層建筑結構中的優(yōu)化設計要求研究

1、<p>　　對高層建筑結構中的優(yōu)化設計要求研究</p><p>　　摘要：隨著中國經濟的發(fā)展，高層建筑如雨后春筍般遍布全國各地。所以，高層建筑結構優(yōu)化設計的重要性就顯得越來越重要。本文從高層建筑設計的特點，進而談了對結構設計中的優(yōu)化措施。 </p><p>　　關鍵詞：高層住宅 特點 結構優(yōu)化設計 </p><p>　　中圖分類號：TU318 文獻標識碼：

2、A </p><p>　　隨著我國國民經濟不斷發(fā)展和人民生活的迅速提高。業(yè)主及建筑師的創(chuàng)新藝術使得鋼筋混凝土高層建筑發(fā)展被廣泛應用。高層建筑結構設計給工程設計人員提出了更高的要求，各方面需要注意的問題都應考慮到。本文高層建筑結構設計分別從結構設計的特點、 結構優(yōu)化設計的要求措施進行探討。 </p><p>　　一、高層建筑結構設計的特點 </p><p>　　高層建

3、筑結構設計與低層、多層建筑結構相比較， 結構專業(yè)在各專業(yè)中占有更重要的位置。不同結構體系的選擇，直接關系到建筑平面的布置、立面體形、樓層高度、機電管道的設置、施工技術的要求、施工工期長短和投資造價的高低等。其主要特點有： </p><p>　　1、水平力是設計主要因素。在低層和多層房屋結構中，往往是以重力為代表的豎向荷載控制著結構設計。而在高層建筑中盡管豎向荷載仍對結構設計產生重要影響，但水平荷載卻起著決定性作用

4、。建筑自重和樓面使用荷載在豎向構件中所引起的軸力和彎矩的數值，僅與建筑高度的一次方成正比；而水平荷載對結構產生的傾覆力矩、以及由此在豎向構件中所引起的軸力是與建筑高度的兩次方成正比；另一方面，對一定高度建筑來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風荷載和地震作用，其數值是隨著結構動力性的不同而有較大的變化。 </p><p>　　2、 側移成為控制指標。與較低樓房不同， 結構側移已成為高樓結構設計中的關鍵因素

5、。隨著樓房高度的增加，水平荷載下結構的側移變形迅速增大，因而結構在水平荷載作用下的側移應被控制在某一限度之內。 </p><p>　　3、抗震設計要求更高。有抗震設防的高層建筑結構設計，除要考慮正常使用時的豎向荷載、風荷載外，還必須使結構具有良好的抗震性能，做到小震不壞、大震不倒。 </p><p>　　4、軸向變形不容忽視。高層建筑中，豎向荷載數值很大，能夠在柱中引起較大的軸向變形，從而

6、會對連續(xù)梁彎矩產生影響，造成連續(xù)梁中間支座處的負彎矩值減小，跨中正彎矩之和端支座負彎矩值增大；還會對預制構件的下料長度產生影響，要求根據軸向變形計算值，對下料長度進行調整；另外對構件剪力和側移產生影響，與考慮構件豎向變形比較，會得出偏于不安壘的結果。 </p><p>　　5、結構延性是重要設計指標。相對于較低樓房而言，高樓結構更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使結構在進入塑性變形階段后仍具有較強的變形能

7、力，避免倒塌，特別需要在構造上采取恰當的措施，來保證結構具有足夠的延性。 </p><p>　　二、高層建筑中的優(yōu)化設計方案 </p><p>　　所謂結構優(yōu)化設計，就是指工程結構在滿足約束條件下按預定目標求出最優(yōu)方案的設計方法。如何做好結構優(yōu)化：首先，要選擇合理的結構方案，其決定了整個設計的好壞成敗。因為對同一個建筑設計方案而言，結構設計不是唯一的，不同方案會使工程質量和工程造價產生很大

8、差別。其次，進行正確的結構計算，一體化計算機結構設計程序的應用和完善，幫助結構工程師能越來越輕松的進行計算分析，使得結構設計更加經濟和合理。再次，要提高材料的利用率，因為結構設計的目的就是花盡可能少的錢，做最安全適用建筑，這就要求結構設計時對材料選用要合理，利用要充分。還有，要正確合理的運用和理解《規(guī)范》，其是我們設計中必須遵循的標準，是國家技術經濟政策，科技水平以及工程實踐經驗的總結。 </p><p>　　1

9、、房屋結構周期性折減系數。房屋框架結構和頂蓋等結構設計中，因為填充墻體存在使結構實際表現(xiàn)剛度大于設計計算剛度，計算周期也會大于實際周期，所以當算出結構剪力偏 </p><p>　　小時，會使房屋的某些結構不安全，而應該對房屋結構計算周期適當的進行折減，這樣能達到很好的效果，但是對于房屋框架結構，計算的周期不宜折減或折減系數取小。 </p><p>　　2、耐久性的優(yōu)化設計。在之前大部分混凝

10、土結構設計方案中，很多沒有充分考慮到建筑結構設計耐久性，也就是保證高層建成之后，在合理使用期限內，要能滿足用戶正常使用要求。但是很多的設計未能達到，造成此現(xiàn)象的根本原因是沒有充分考慮到建筑結構在使用的過程中，由于遭受條件和使用環(huán)境變化最終造成房屋結構損傷，引起房屋可靠度指數下降。對一般高層混凝土結構設計來說，低造價和省材料設計都應為滿意的結構設計，但隨著人們生活水平的提高和在實際工程中，有時在其他使用要求或技術指標上升為設計主要矛盾時，

11、設計者們就要放棄對經濟的單純追求。所以當選以高層混凝土結構優(yōu)化為設計的主要目的時，就應依據設計所要面對的關鍵性問題，分清主次，選多目標或單目標來實施優(yōu)化，達到滿意效果。 </p><p>　　3、房屋結構抗震性設計。在工程圖紙設計過程中，房屋結構按抗震設防分類，房屋抗震等級可根據房屋高度、烈度以及結構類型按國家《抗震規(guī)范》確定。地震震力振型組合數據 </p><p>　　對建筑應當不考慮耦

12、聯(lián)扭轉計算；當振型數大于3的時候，應取3的整數倍計算，但數據不能大于建筑物層數；當房屋層數不大于2時，振型數則可取房屋層數。對于不規(guī)則房屋的結構，應考慮扭耦聯(lián)轉，對高層房屋建筑來說，振型數應取不小于9；房屋結構層數多或房屋結構剛度突變系數大的話，振型數則應多取，例如結構中含多塔結構或頂部有小塔樓和轉換層等，振型數應取不小于12的數，但其大小仍不能大于房屋總層數3倍，除非其含有彈性定義的樓板，而且采取總剛性分析的時候，振型數才能夠取的更大

13、。 </p><p>　　4、地下室的層數處理。多層房屋框架結構房屋一般都設置地下室結構。由于隔墻較少，故常采用的是板筏基礎。設計計算時將上部結構與地下層數結合在一起，并在圖紙中按實際 </p><p>　　的地下室的層數計算。如此一來，計算基礎底板以及地基縱向荷載可一次設計完成。同時通過側層移剛度性系數比較，可以調整和判斷房屋相應嵌固位置，適當加固構造措施，保證樓板最小配筋率和厚度。當房

14、屋結構縱向不規(guī)則時，要驗算其最薄弱層。 </p><p>　　5、合理使用高強鋼筋與高強混凝土。高層建筑的總造價一般都包括框架結構材料、施工和基礎的物料費用等，其中用鋼量以及構筑件截面積對房屋造價影響較大，故在建筑設計中 </p><p>　　合理使用高強混凝土與高強度鋼筋可有效降低用鋼量，節(jié)約建筑成本。若高層建筑設計位于厚軟的地基上，那么由于坐落在地基上的荷載大，合理使用高強鋼筋和高強混

15、凝土來優(yōu)化構件的截面積，減輕結構重量，將會顯著降低工程造價及基礎設施施工難度，取得較好經濟效果。對于震區(qū)的高層樓房來說，地震力作用的大小與建筑物的自重相關，人為地減輕建筑物的自重，降低結構在地震的荷載，可提高建筑物的安全性。在設計中高效地使用高強鋼筋及高強混凝土，能快速有效的縮小梁墻板柱等構件截面積，達到建筑造價目的。 </p><p>　　6、框架梁以及柱箍筋間距。房屋柱箍筋和框架梁等加密區(qū)的最大箍筋以及最小箍

16、筋直徑間距應該符合規(guī)定。依據規(guī)定，工程上取柱箍筋與梁的加密區(qū)最大間距為100mm左右，非 </p><p>　　加密區(qū)箍筋最大的間距為200mm左右。通常在柱箍筋和內定梁加密區(qū)間距為100mm左右，以此為計算依據算出加密區(qū)箍筋面積，工程師要依據規(guī)范確定肢數與箍筋直徑。而在程序內定的條件下，當房屋的框架梁跨中有較大的其他荷載或次梁存在而又只有兩肢箍筋情況下，非加密區(qū)箍筋間距應采取200mm左右，使房屋梁非加密區(qū)的配

17、箍充足，故建議內定梁箍筋改為梁非加密區(qū)取200mm。既可保證梁箍筋加密區(qū)抗剪切能力，同時又增加梁非加密區(qū)抗剪的承載能力，使梁強抗剪性能更加充分體現(xiàn)出來。 </p><p>　　總之，在高層建筑結構設計中，結構工程師不能僅僅重視結構計算的準確性而忽略結構方案的具體實際情況，應作出合理的結構方案選擇。高層建筑結構設計人員應根據具體情況進行具體分析掌握的知識處理實際建筑設計中遇到了各種問題。 </p>&

18、lt;p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　?。?］陳陽顯.淺析高層建筑中混凝土結構的優(yōu)化設計［J］.價值工程，2010（27）：89-92. </p><p>　?。?］劉珍.高層建筑結構兩級優(yōu)化算法的實現(xiàn)［J］.山西建筑，2011，37（2）：36-37. </p><p>　?。?］張曉芬.淺析高層建筑結構設計中存