高層建筑結構優化設計論文范本
1高層建筑結構選型設計
1.1高層建筑結構類型分析
高層建筑結構選型決定高層建筑的整體安全性和可靠性。常見的幾種結構可類型為分為框架結構、框架-剪力墻結構、剪力墻結構、筒體結構等。①框架結構主要是由梁柱、樓板等部分組成，根據建筑功能的需求，完成對平面框架的布置。框架結構造價低，但在水平荷載影響下變形較大，抗震效果不佳；②框架-剪力墻結構，高層建筑中，剪力墻主要布置在電梯間，通過核心筒承擔水平荷載，抵抗地震力，整體穩定性高。但是框架剪力墻結構容易受到平面布局限制，出現質心和鋼心不重合的現象，結構扭轉過大，可能會出現的安全隱患；③剪力墻結構，具有較好強豎向和水平向的承載能力，對高層建筑的整體剛到和穩定性具有顯著的提升效果，重點在于剪力墻的布置及自重的控制；④筒體結構，在電梯間及建筑外圍布置剪力墻，形成筒體，該結構具有更高的剛度。
1.2高層建筑結構選型的影響因素
高層建筑結構選型，除了受建筑需求影響外，其主要因素可歸納為：①環境條件。主要包括設防烈度、場地條件、基本風壓等；②建筑方案特征。主要包括方案建筑的高度、高寬比、長寬比以及建筑體型,其中建筑體型包括平面體型和立體體型。平面體型是由平面規則性、平面對稱性、平面質量和剛度偏心等組成,立體體型是由結構高寬比、立面收進體型、塔樓和層間剛度等組成；③建筑使用功能要求。高層建筑的使用功能大體上可分為住宅、辦公樓、旅館和綜合樓等。某種功能的建筑可能只有某幾種結構型式和它相匹配。比如高層住宅,由于其使用空間較小,分隔墻體較多,且各層的平面布置基本相同,因此這種功能的建筑就比較適合采用剪力墻或框架剪力墻結構；④結構抗災水平及現場施工、后期使用、運營維護等。
1.3結構選型實施案例
本章節以某工程為例，該工程中主要包含的高層住宅和多層商務辦公兩部分，建筑的總占地面積95388.440m2，其中工程中主要以1號樓、2號樓、3號樓為高層建筑，且樓層均為36F，其中且高度分別為117.390m、119.400m、119.400m。本工程主要采用鋼材、混凝土等材料。本章節以1號樓為研究對象，1號樓擬建樓層36層，設防烈度7度，基本風壓0.75KN/m2，場地Ⅱ類。建筑對稱布置，平面規則，其空間分隔小，隔墻多，且各層平面布置基本相同。通過考慮其豎向、水平向荷載、造價施工方面等因素，本工程采用剪力墻結構，通過合理布置剪力墻，控制結構的整體剛度及側向位移等，使結構更安全、更穩定、更經濟。
2建筑結構的優化設計
2.1結合建筑類型進行優化
汶川地震震害結果表明，對于教育類項目，如中小學，由于使用功能要求，相比其它建筑，教學樓豎向結構體系相對較弱，強度和剛度不足，并且建筑體型不對稱，致使建筑在地震中易傾倒。因此教育類項目，應在建筑側邊及樓梯間布置剪力墻，以增強建筑結構的整體性與穩定性，使其具有良好的工作性能。針對文化體育類項目，例如圖書館、博物館，根據其典藏書籍及文物的特點，其荷載大，使用空間大，平面不規則，在結構進行豎向布置時不必按照傳統9m模數布置，某項目案列按12m模數優化柱網后，結構截面變化不大，但能更好滿足建筑使用功能需求。
2.2結合建筑總高度進行優化
在某超高層中，通過對比分析鋼骨砼柱—砼梁與鋼管砼柱—鋼梁，鋼梁組合樓蓋可有效降低梁柱截面，滿足建筑使用凈高要求，且中庭洞口各層交錯布置，采用鋼梁組合樓蓋解決了傳統支模難題；可有效控制塔樓標準層室內梁高，內部凈高高出150～200mm；絕大部分構件都在工廠加工完成，最大化地提高建筑產品工業化水平，大大減少施工現場建筑垃圾；施工工期大大縮短。
2.3結合建筑荷載進行優化
越來越多的'企業在項目建設過程中承受著巨額成本的壓力,地下室優化的必要性不容忽視。在滿足安全和建筑功能、效果的前提下，充分考慮覆土、消防車、人防等荷載，再進行平面布置，并進行多方案比選，項目實例表明，在常規8.5m×8.5m柱網情況下，荷載越大，采用大板結構，建筑物含鋼量最低，最經濟。在結構優化過程中應多方面考慮，對建筑安全、美觀、經濟等全面比較，以實現項目效益最大化。
2.4剪力墻結構優化理論在實際工程中運用
（1）在進行結構計算時，應通過軟件分析，滿足最大層間位移、周期比、位移比、軸壓比等各項指標確要求。（2）通過適當的縮減剪力墻的長度，減輕自重，增加高層建筑內部使用空間。（3）剪力墻的肢截面控制，在具體的控制中，需要保障肢截面以簡單、規則為基準，具體的門窗洞口，同樣需要設計整齊成列，并形成明確的墻肢與連梁，進而使得應力可以的合理的分布，提升高層建筑的整體安全性和穩定性。（4）剪力墻過長的部分，采用的開設洞口的方式，完成對剪力墻的均分，再由的弱連梁對他們進行連接，避免剪力墻出現的脆性剪切破壞，影響高層建筑的整體質量和安全。（5）剪力墻應自上而下的連續性布置，減少高層建筑出現剛度突變的情況，保障剪力墻的連續性。設計過程中適當對剪力墻的厚度和混凝土強度進行調整，滿足軸壓比的要求。（6）對窗口梁和陽臺梁等截面進行調整，完成對結構剛度及位移的微整，是結構布置更合理。針對高層建筑的結構選型設計的基本情況，可完成高層建筑的結構優化，從而使得高層建筑的空間效果、結構性能和高層建筑的整體綜合效益等均可得到改善，在保障高層建筑基本功能的基礎上，提升高層建筑的穩定性和安全性。
3結束語
高層建筑提升空間利用效率，高層建的結構選型及優化設計使高層建筑整體更安全穩定、空間更合理，本次研究還得到：①高層建筑結構主要框架結構、框架結構-剪力墻、剪力墻、筒體結構等，且結合工程的具體情況，充分分析荷載、場地、周邊環境，選取合適的結構體系；②通過分析不同建筑類型、高度、荷載情況下優化方案及具體的高層建筑剪力墻結構優化情況，總結出結構優化方法，保證結構設計優化能高出建筑基本需求，同時能保障高層建筑安全與質量，更加經濟合理。
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