高层建筑结构优化设计的研究分析

　　摘要：随着我国城市化建设的日益进行，社会发展的迅猛前进，对于平常人来说买房成了一件必不可少的事，这使得房地产交易呈现越来越活跃的趋势。而在房产行业蒸蒸日上的时候，建筑的质量安全等等也受到越来越多的关注。对于建筑结构的设计要求也越来越高，本文基于此，首先介绍了一般高层建筑的结构体系，然后分析了这些建筑设计中存在的缺陷，最后就相关的优化措施进行一定的研究分析，以期为诸多设计师提供一些参考方向。

　　关键词：建筑结构,优化设计,分析,研究

　　一般而言，在建筑结构的设计方案产生之初，建筑的结构从各个方面就存在一定的优劣问题，然后再利用建筑的后续设计以及相关工序的计算研究设计等等，选择合适的材料可以对设计的结构进行一定的优化。本文重点谈论了对于建筑结构优化的相关措施，指出平常设计中存在的一些缺陷，作为专业的结构设计师，应把握结构设计中的原则特点，重视质量，设计出符合规定的建筑。以下种种，仅当各位借鉴参考之用。

　　一、高层建筑的一般结构体系

　　1、 框架——剪力墙体系

　　何谓框架——剪力墙体系，即在有些框架体系的硬度和强度达不到预期的要求，需借助外力来维持其正常形态时，可以在建筑平面的相关地方设计能承受相当力量的剪力墙以替代一部分的框架，这样的建筑体系即为框架——剪力墙体系。一般而言，体系中的剪力墙需要承受建筑的水平方向的剪力，而框架则需承受垂直方向。该墙的设计，在某方面而言大大的加强了结构在侧向方面的刚度，减少建筑水平位移，使得建筑在各个平面上的受力更为均匀，因此在结构设计中来说，这种体系要优于框架体系。

　　2、 剪力墙体系

　　剪力墙体系的主要特点是建筑的受力主体基本上全部为剪力墙构成，其中，单片剪力墙需要承受建筑的所有垂直方向的负载。该体系在结构的刚度等方面要优于框架体系和框架——剪力墙体系，它的位移曲线一般是弯曲的，这使得它具有很好的延伸能力，建筑各面受力更为均匀直接。同时也具有很好的整体性，能够抵抗相当的倒塌力，是一项相当不错的结构体系。

　　3、筒体体系

　　筒体体系是指建筑的筒体的结构体系为抗测力构件组成的体系。其中包含了很多建筑型式，主要是单筒体、多束筒或是筒中筒等等。筒体属于空间构件之一，一般分为实腹筒和空腹筒。其中前一种一般是用相关的结构单体在建筑的平面或者曲面方向围成三维竖向结构体，而后一种则是指一定的空间受力构件，这些构件主要由密排柱或开孔的钢筋等组成。这种体系的构件受力合理，建筑的抗风、震能力突出，结构刚度强度较大，一般用于高层建筑。

　　二、现代高层建筑结构设计存在的缺陷

　　其实对于大部分建筑来说，基本在横向和侧向方面的设计原理没有什么差别的，不管该建筑是高层低层或是多层。但是，高度越高，侧向方面需要考虑的设计因素要求更多，究其原因有二，一是因为楼层越高，建筑在竖向需要承受的压力越大，这就要求设计更大的柱、筒、墙等等。二是在建筑中一般的侧向力比横向力产生的倾覆与变形压力要大很多，对于竖向负载而言，压力的变化不是线型增加而是急剧增加，这使得建筑在抗压抗震等方面的效果更为明显。而在现代具有较高楼层建筑，存在的问题绝不仅仅只体现在结构的抗剪中，更为重要明显的问题出在建筑整体的抗弯曲和变形上。在低层建筑与高层建筑的结构受力方面一直存在很大的差异，设计中尤其需要注意这一问题，其中的共振、水平侧向位移或是剪重等等也是不可忽视的问题之一，设计师在设计时应综合考虑并研究其受力分析。

　　三、优化建筑结构设计的措施

　　1、重视建筑的概念设计

　　概念形成是人们从感性到理性的升华，反映了人们对事物的客观认识。而结构设计师在必须掌握基本的概念设计，因为只有正确的概念设计才能设计出结构合理、构件平衡、安全经济的建筑，这一概念是工程设计的基本思想并被贯穿于设计的整个过程。设计师运用自己深厚的设计理论及自身积累的经验，形成自己的设计概念，并运用这一概念完成高水平的设计工程。是以概念设计是设计师应具备的水平之一。

　　2、加强抗震设计的理念

　　总所周知，对于高层建筑而言，除了需要承受建筑物本身的垂直负荷之外，还需要承受相当的侧向风负载以及地震的冲击，显然后一种更为重要。而在高层建筑中不同高度在抗侧力方面的强度也不尽相同，这就导致了薄弱层面的出现，这在设计中应要尽量避免或是减弱。目前，在我国的建筑抗震设计规范中，对于抗震有着两个阶段的设计方式，以求提高建筑的抗震能力。在第一个阶段中，设计师在设计时要充分运用地震参数对建筑结构在弹性的状况下产生的地震效应等进行相应的计算。而在第二个设计阶段中，则采用相应的地震参数计算建筑的薄弱楼层，然后对薄弱环节进行侧向位移或者是转角处理，但得使设计要小于规定的限值，这样才能在不影响建筑本身的情况下尽量减弱薄弱层的影响。

　　3、综合考虑优化结构设计

　　设计师在设计建筑时要考虑结构设计中的几种优化方案，并同时综合考虑各方面的外界和内部因素。内部因素包括各个构件的可能承受的受力负载，特别是高层建筑需要重点考虑其竖向方面的受力承受，采取那种结构体系更为合理，但也要遵循经济的原则，而水平受力方面则要考虑建筑的抗倒塌等能力，外界因素则要考虑建筑所在地方的平常风力，抗震以及温度应力等等，综合各个方面进行设计。在设计地基时，应理论结合自己的实践经验综合设计，同时预测可能出现的各种问题，并分析提出一定的解决措施。在对建筑的受力等进行计算时要记住“强柱弱粱、强剪弱弯、强压弱拉”的这一原则,切不能凭自己的想象随意增加建筑的配筋量，而要仔细考虑构件本身的各项性能，对于建筑的薄弱环节重点关注，尽量减少危害发生的可能。同时也要对建筑的组成材料考虑温度应力的问题，对于钢筋等材料而言，温度具有一定的影响。总而言之，在设计过程中，从建筑结构选型、设计布置以及相关的计算过程，都要综合考虑每个可能出现的因素及问题，最好进行一下建筑受力极限验算，这样才能保证该设计方案的可行性与安全性。

　　总而言之，高层建筑的结构设计是一项相当繁重的任务，设计师在设计时在设计时应考虑的问题很多，需充分应用自己的理论知识，结合自己多年丰富的经验，按照需求，科学的计算设计出符合的建筑，并对其进行一定优化完善，保证建筑的安全与经济。

　　参考文献：

　　[1]李志;高层建筑抗震设计分析[J];中外建筑;2010年

　　[2]霍炬;浅谈高层住宅建筑结构形式及设计[J];建筑节能;2006

　　[3]苏迎社;高层建筑结构优化设计案例分析[J];山西建筑;2010年

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文章名称： 高层建筑结构优化设计的研究分析

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