高層建築結構最佳化設計論文範本
高層建築結構最佳化設計論文範本
1高層建築結構選型設計
1.1高層建築結構型別分析
高層建築結構選型決定高層建築的整體安全性和可靠性。常見的幾種結構可型別為分為框架結構、框架-剪力牆結構、剪力牆結構、筒體結構等。①框架結構主要是由樑柱、樓板等部分組成，根據建築功能的需求，完成對平面框架的佈置。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-剪力牆結構，高層建築中，剪力牆主要佈置在電梯間，透過核心筒承擔水平荷載，抵抗地震力，整體穩定性高。但是框架剪力牆結構容易受到平面佈局限制，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剪力牆結構，具有較好強豎向和水平向的承載能力，對高層建築的整體剛到和穩定性具有顯著的提升效果，重點在於剪力牆的佈置及自重的控制；④筒體結構，在電梯間及建築外圍佈置剪力牆，形成筒體，該結構具有更高的剛度。
1.2高層建築結構選型的影響因素
高層建築結構選型，除了受建築需求影響外，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建築方案特徵。主要包括方案建築的高度、高寬比、長寬比以及建築體型,其中建築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建築使用功能要求。高層建築的使用功能大體上可分為住宅、辦公樓、旅館和綜合樓等。某種功能的建築可能只有某幾種結構型式和它相匹配。比如高層住宅,由於其使用空間較小,分隔牆體較多,且各層的平面布置基本相同,因此這種功能的建築就比較適合採用剪力牆或框架剪力牆結構；④結構抗災水平及現場施工、後期使用、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，建築的總佔地面積95388.440m2，其中工程中主要以1號樓、2號樓、3號樓為高層建築，且樓層均為36F，其中且高度分別為117.390m、119.400m、119.400m。本工程主要採用鋼材、混凝土等材料。本章節以1號樓為研究物件，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。建築對稱佈置，平面規則，其空間分隔小，隔牆多，且各層平面佈置基本相同。透過考慮其豎向、水平向荷載、造價施工方面等因素，本工程採用剪力牆結構，透過合理佈置剪力牆，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建築結構的最佳化設計
2.1結合建築型別進行最佳化
汶川地震震害結果表明，對於教育類專案，如中小學，由於使用功能要求，相比其它建築，教學樓豎向結構體系相對較弱，強度和剛度不足，並且建築體型不對稱，致使建築在地震中易傾倒。因此教育類專案，應在建築側邊及樓梯間佈置剪力牆，以增強建築結構的整體性與穩定性，使其具有良好的工作效能。針對文化體育類專案，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，在結構進行豎向佈置時不必按照傳統9m模數佈置，某專案案列按12m模數最佳化柱網後，結構截面變化不大，但能更好滿足建築使用功能需求。
2.2結合建築總高度進行最佳化
在某超高層中，透過對比分析鋼骨砼柱—砼梁與鋼管砼柱—鋼樑，鋼樑組合樓蓋可有效降低樑柱截面，滿足建築使用淨高要求，且中庭洞口各層交錯佈置，採用鋼樑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，內部淨高高出150～200mm；絕大部分構件都在工廠加工完成，最大化地提高建築產品工業化水平，大大減少施工現場建築垃圾；施工工期大大縮短。
2.3結合建築荷載進行最佳化
越來越多的'企業在專案建設過程中承受著鉅額成本的壓力,地下室最佳化的必要性不容忽視。在滿足安全和建築功能、效果的前提下，充分考慮覆土、消防車、人防等荷載，再進行平面佈置，並進行多方案比選，專案例項表明，在常規8.5m×8.5m柱網情況下，荷載越大，採用大板結構，建築物含鋼量最低，最經濟。在結構最佳化過程中應多方面考慮，對建築安全、美觀、經濟等全面比較，以實現專案效益最大化。
2.4剪力牆結構最佳化理論在實際工程中運用
（1）在進行結構計算時，應透過軟體分析，滿足最大層間位移、週期比、位移比、軸壓比等各項指標確要求。（2）透過適當的縮減剪力牆的長度，減輕自重，增加高層建築內部使用空間。（3）剪力牆的肢截面控制，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，並形成明確的牆肢與連梁，進而使得應力可以的合理的分佈，提升高層建築的整體安全性和穩定性。（4）剪力牆過長的部分，採用的開設洞口的方式，完成對剪力牆的均分，再由的弱連梁對他們進行連線，避免剪力牆出現的脆性剪下破壞，影響高層建築的整體質量和安全。（5）剪力牆應自上而下的連續性佈置，減少高層建築出現剛度突變的情況，保障剪力牆的連續性。設計過程中適當對剪力牆的厚度和混凝土強度進行調整，滿足軸壓比的要求。（6）對視窗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，是結構佈置更合理。針對高層建築的結構選型設計的基本情況，可完成高層建築的結構最佳化，從而使得高層建築的空間效果、結構效能和高層建築的整體綜合效益等均可得到改善，在保障高層建築基本功能的基礎上，提升高層建築的穩定性和安全性。
3結束語
高層建築提升空間利用效率，高層建的結構選型及最佳化設計使高層建築整體更安全穩定、空間更合理，本次研究還得到：①高層建築結構主要框架結構、框架結構-剪力牆、剪力牆、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透過分析不同建築型別、高度、荷載情況下最佳化方案及具體的高層建築剪力牆結構最佳化情況，總結出結構最佳化方法，保證結構設計最佳化能高出建築基本需求，同時能保障高層建築安全與質量，更加經濟合理。