時間：2023-07-20 16:31:21
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇高層建筑結構優化設計，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
1 工程概況
某高層建筑設計使用功能要求集展銷、外貿、餐飲、辦公、居住和旅游于一體．屬綜合性公共建筑。主樓占地面積9483m2,總建筑面積19737m2，主樓高73．6m，地面以上19層、地下1層，主樓建筑面積為12091m2；裙樓高3層。建筑面積為7646m2。建筑平面如圖l所示。
1.1 結構承重體系設計
綜合考慮裙樓部分大空間的設計使用要求以及主樓部分的抗側移設計要求。裙房結構承重體系采用鋼筋混凝土框架結構形式，主樓采用框架―剪力墻承重結構體系。
本建筑結構在主樓抗側力構件設計中 剪力墻主要承擔水平作用，框架承擔少部分水平荷載作用和大部分豎向荷載作用。主樓平面形狀基本上為正方形 樓梯均設置在角部位置，為提高主樓結構的抗扭能力，剪力墻結合樓電梯間設在主樓結構的兩個對角位置，具體厚度根據高層建筑結構設計的變形限值，由剛度、承載力和延性三者間的最佳匹配決定。
1.2 建筑縫的處理設計
本建筑由主樓和裙房兩部分組成。在二者的連接部位需設置建筑縫。考慮到主樓部分高度較大、結構有效重量大，裙房部分高度較低．因此二者問需設置防震縫和沉降縫。對于防震縫。為避免書樓和裙房間連接部位留出較大的寬縫，給裙房屋頂防水處理帶來困難．本建筑采用“抗”的方法 在結構分析時．將主樓和裙房視為一個整體進行抗側力設計計算：對于沉降縫，結合主樓需設一層地下室的建筑要求，設計中將主樓基礎設計成樁基礎。而將裙房基礎設計成柱下條形基礎，通過兩類基礎的沉降變形計算，相應調整和消除主樓和裙房兩部分的不均勻沉降差。施工時，在主樓和裙房連接部位預留1.5m寬后澆帶。通過施工手段局部調整高低兩部分間的沉降差。
1.3 基礎設計
根據《工程地質勘察報告》提供的場地工程地質條件。并考慮主樓和裙房間荷載分布的不均勻性特點,主樓部分結合地下室的設計采用深樁筏板基礎．以提高主樓結構的整體穩定性。降低主樓部分的沉降變形。
裙房部分采用柱下條形基礎 通過修工條形基礎的寬度來調整基底反力．進一步控制裙房部分的基礎沉降變形。使主樓結構和裙房結構在各自使用荷載作用下,能產生基本上一致的基礎沉降變形量。
2 結構優化設計策略
鋼筋混凝土框架―剪力墻結構是高層建筑結構中最常采用的承載體系之一，它同時具有框架結構建筑平面布置靈活。能獲得大空間，建筑立面易于處理，以及剪力墻結構抗側移剛度人、整體性好、抗震能力強的優點。在水平荷載作用下，具有較純框架和純剪力墻結構更為有利的水平變形曲線。但鋼筋混凝土框―剪結構是一個具有雙重承載體系的非常復雜的空間受力體系，力學分析難度較大．其優化設計就更為復雜和難以實現。所以，盡管國內外學者對此做過許多有益的嘗試．但框―剪結構的優化設計還存在很多具有重大工程意義和科學意義的課題。2.1 框架結構的分部優化設計技術
鋼筋混凝土框架結構屬于具有多個多余約束的超靜定結構，其荷載效應不僅與外荷載大小有關。還與結構構件的材料特征、幾何構造特征有關。鋼筋混凝土框架結構的分部優化設計。即是在結構整體內力分析完成后，根據梁柱各構件的控制內力進行截面優化設計，確定滿足荷載效應水平要求的各結構構件的幾何特征和配筋量的優化結果，由此導致原結構的幾何特征和荷載特征發生變化。優化結構在現荷載作用下內力分布特征發生變化。各構件控制截面上的控制內力也發生相應變化。據此再進行新一輪的優化設計。因此框架結構的分郜優化設計實際上是一個迭代、漸進的尋優過程，計算結果雖不總能等價于整體優化設計結果．但通常能給出工程實用的滿意結果。
鋼筋混凝土框架結構的分部優化設計方法的具體步驟為：
(1)初始選型：根據結構平面、立面布置及建筑物設計使用功能，分析結構所受的豎向荷載和水平荷載及其傳力路線，并考慮施工因素，歸并框架梁、柱的類型，初選梁柱的幾何尺寸；
(2)結構分析：按照結構的實際幾何構造特征，計算結構所受豎向荷載及水平荷載，對鋼筋混凝土結構進行空間內力分析。根據結構分析結果，將截面尺寸相同的構件的控制截面內力，根據其大小進行分類，并確定每一類構件的設計控制內力；
(3)截面優化設計：針對每一種梁柱構件的控制內力進行優化設計。得出優化約束條件下的結構幾何構造特征和配筋特征的優化設計結果，從而構成新的優化意義上的設計結構；
(4)收斂性判斷：在工程精度意義上選取一個較小的數值，作為檢驗結構收斂性的條件，進行收斂性判斷。若優化結構與原結構基本一致，則認為優化結構是收斂的。可以轉入下一步的可行性判斷，否則轉回第(2)步重新進行結構分析、優化設計；
(5)可行性判斷：對優化設計結果進行一次內力分析，檢驗其可用性。若整體分析能夠滿足工程設計要求，則可按此方案進行配筋和構造處理，作為最終的優化設計結果。否則需根據工程經驗和結構內力分析結果進行局部調整，直到方案可用為止。
2.2框―剪結構的三階段優化設計策略
框―剪結構的設計主要涉及三個方面的優化問題：① 結構最優設防水平的決策；②框架與剪力墻結構協同工作，以及承載力、剛度與延性變形能力間的最佳匹配設計；③ 框架―剪力墻結構構件的優化設計問題。
2.2.1第一階段：最優設防水平I 的優化決策
根據地震危險性分析結果或地震區劃規定，在預測地震烈度概率分析基礎上，用模糊綜合評判法計算結構的模糊延性向量和模糊抗震強度、損傷等級概率和震害損失的預估期望值E(Id)，在滿足最大投資約束和最大損失約束條件下，使k1C(Id)+K2K3E(Id)達到最小，求出最優抗震設防烈度Id。
2.2.2 第二階段：剪力墻構件的優化設計
剪力墻結構構件的優化設計主要是結構剛度與延性指標的最佳組合,可用力學準則進行優化。結構剛度對結構的影響主要為結構的自振周期和側向位移,結構延性對結構的影響主要為保持承載力前提下的變形能力。因此，可用結構整體的側向位移量來協調結構的剛度和延性。我們根據高層結構設計規范對結構層問位移和頂點總側移的限值來控制結構的剛度設計和延性設計。
2.2.3 第三階段：框架結構的優化設計框架結構的優化
設計準則是一個結構準則,在一次整體分析完成之后，可按照前述方法對框―剪結構中的框架部分進行優化設計。
2.2.4 框―剪結構的優化設計步驟
(1)分析結構平面、立面布置特點，根據工程經驗選定剪力墻抗側力構件的布置位置及幾何厚度；
(2)根據結構使用荷載特點，根據經驗歸并框架結構類型，并初步選定每一類型框架結構梁柱構件的幾何尺寸；
(3)進行整體結構的空間內力分析；
(4)根據結構分析計算結果。檢查結構的層間位移及頂點總位移是否滿足規范要求。若滿足規范要求，則轉入第5步進行判斷：若不滿足規范要求．則直接返回第1步，進行剪力墻水平截面面積的修正；
(5)剛度最優化判斷：比較結構實際側移值和規范限值，若｜且，則轉入第6步進行計算；否則轉入第1步，并用原剪力墻厚度乘以修正系數，來修正剪力墻幾何尺寸，重新進行結構分析；
(6)分別進行剪力墻和框架結構構件的截面優化設計；
(7)收斂性判斷：比較優化結構與原結構的接近程度，若優化結構與原結構基本一致，則認為優化結構是收斂的，可以轉入下一步進行可行性判斷。否則將優化結構作為原結構轉回第3步重新進行結構分析、優化設計；
(8)可行性判斷：對優化設計結果進行一次內力分析，檢驗其可用性。若整體分析能夠滿足工程設計要求，則可按此方案進行配筋和構造處理．作為最終的優化設計結果。否則需根據工程經驗和結構內力分析結果進行局部調整。直到方案可用為止。
關鍵詞：高層建筑 結構設計 優化措施
一、前言
隨著社會經濟的迅速發展和建筑功能的多樣化，城市人口的不斷增多及建設用地日趨緊張和城市規劃的需要，促使高層建筑得以快速發展,另一方面由于輕質高強材料的開發及新的設計計算理論發展，抗風和抗震理論的不斷完善，加之新的施工技術和設備的不斷涌現，特別是計算機的普及和應用以及結構分析手段的不斷提高，為迅速發展高層建筑提供了必要的技術條件。本文對高層建筑結構設計時若干優化措施進行了探討,并提出了自己一些見解與看法，謹供大家作參考之用。
二、地下室外墻的設計方法
在一般情況下，地下室外墻所承受的主要荷載為結構自重、地面活載、側向土壓力等。在我國已建成的高層建筑中，地下室外墻的墻厚和配筋相差很大，墻厚在200～700mm之間，配筋在565～4909mm2之間，可見在結構可靠與經濟之間選擇一個合理的平衡，始終是一個值得探討的課題。地下室外墻的受力狀況與上部結構類型及平面布置有很大關系。當上部結構為框架結構時，上部填充砌體及±0.00樓板對地下室外墻頂端的約束程度很小，此時可假定墻體頂端為鉸接。當上部結構為鋼筋混凝土剪力墻結構時，剪力墻及±0.00樓板對地下室外墻項部的約束程度很大，此時可假定墻壁頂端為固接。基礎的剛度一般遠大于墻體剛度，所以墻的下端一般視為固定端。在實際情況中，考慮到邊界條件不十分明確，為安全起見，可對同一邊界采用兩種不同的假設，如按端部固定計算墻端彎矩，按端部鉸接計算墻跨中彎矩。一般來講，當上部結構為框架時，地下室外墻的墻厚和配筋要大些；當上部結構為剪力墻時，由于正壓應力的存在，墻體厚度和配筋相對要小些。計算表明，外墻壁配筋滿足裂縫寬度要求后，一般能同時滿足承載力計算和構造要求；而當外墻配筋滿足承載力計算時，卻不一定滿足最大裂縫寬度允許值要求。有人認為外墻內外側配筋應根據內力值計算大小分別配置，其實沒有必要，最好等量對稱配筋。另外，外墻厚度還要考慮防水要求，不應小于250mm，混凝土的抗滲等級不應小于S6(O.6MPa)。
三、關于框架柱截面大小的選擇
3.1對于框架柱來講，軸壓比越小，在往復水平荷載作用下其滯回曲線越豐滿，即其耗能能力越大、延性越好；相反對于短柱，即柱凈高與截面高度之比小于4的柱，在往復水平荷載作用下其滯回曲線呈較瘦的反s形，耗能能力降低、延性較差，呈剪切破壞。對高層建筑的底部柱而言，為了滿足軸壓比限值的要求，故將柱截面取得很大，隨之而來，由于層高的限制，就使得框架柱成為短柱。這就帶來一個問題，到底是柱截面大好還是柱截面小好。在實際工程設計中，常采用以下幾種措施：
⑴框架柱的截面首先要滿足規范軸壓比的要求，這對于保證結構的豎向承載力、底板的抗沖切承載力有很大的好處，對于形成的短柱則通過增加體積配箍率及沿柱身全高加密箍筋來提高延性。
⑵采用高強混凝土、鋼管混凝土柱或勁鋼混凝土柱。
⑶使柱的軸壓比滿足規范限制要求即可，不能使其過小。另外，對于底層框架柱來講，柱的抗彎剛度遠遠大于梁的抗彎剛度，梁板對柱的約束程度相對較小，因此底層柱很有可能是長柱并非短柱，所以采取上述措施，并符合強柱弱梁、強剪弱彎的原則后，底層框架柱在地震時是能夠做到不發生剪切破壞的。
3.2同一樓層中各柱要盡量等剛度，即截面差異不要太大。在柱截面選擇時，有的是根據柱負荷面積進行的，中柱截面最大、邊柱次之，而角柱最小，這樣在同一樓層特別是在建筑底部會出現長短柱共存的現象。地震震害表明，長短柱共存時，很容易因構件剛度及受力大小懸殊而各個擊破，先后依次破壞。就結構平面布置而言，對板式建筑，盡量避免三排柱結構方案，因為這樣布置的結果使中柱的軸力大于或等于邊柱軸力的2倍或更多，若處于同一軸壓比水平，中柱截面很大，邊柱截面卻很小，從而剛度不匹配，要使剛度匹配，則要增加邊柱的截面及配筋，從而造成經濟上的浪費，另外由于中柱軸力過大，使得基礎底板厚度增加，造成更大的浪費。
3.3在框架體系或框筒體系中，角柱的受力要比其它柱差，這是因為：在雙向剛接框架中，角柱沿縱橫兩個方向都是單邊有梁，即在重力荷載作用下，角柱已處于雙向受彎狀態；在高層建筑中，水平荷載引起較大的傾覆力矩，框架整體彎曲時，使角柱所受的附加軸力最大；地震動的斜向或雙向輸入，使角柱雙向受彎或雙向受剪，由此引起的雙向偏心將與重力荷載作用下的雙向偏心疊加，使其雙向偏心值很大，角柱處于更加危險狀態；結構的質心與剛心不可能完全重合，在結構的扭轉振動過程中，角柱的相對側移最大，即扭轉也使角柱處于不利狀態，因此為了防止角柱的斜向壓彎及扭轉破壞，不能使柱截面太小，同時要特別注意箍筋的加密，增加箍筋對受壓區混凝土的約束作用。
四、關于現澆混凝土樓板的配筋
對于高層建筑中的現澆混凝土樓板，計算時分為單向板和雙向板兩種，四邊都是固定的，按彈性理論利用微機或圖表進行計算，但是圖表有好多種，計算結果不盡一致，再者粱對板的約束難以達到絕對固定的效果，特別是邊梁對板的約束、活荷載的不均勻分布、梁的轉動卸荷以及塑性變形等因素都將引起內力重分布，結果使板跨中內力增大、安全度降低；另外還有一個施工因素，支座上的上層鋼筋，在施工過程中由于澆筑混凝土的傾壓、操作人員的踐踏等原因造成不同程度的下沉，使內力臂減小，從而降低板的支座內力，而抵抗正彎矩的下層鋼筋容易保證，結果使板支座部分安全度提高，相對而言跨中安全度降低，所以在實際設計中，板跨中彎矩應乘以一個調整系數，支座彎矩不調整。對于邊區板跨中彎矩放大系數為1.2～1.4，中區板跨中彎矩放大系數為1.1～1.3。
五、超長結構的溫度變形
鋼筋混凝土結構規范規定，在室內條件下現澆框架結構伸縮縫的最大間距為55m，現澆剪力墻結構伸縮縫的最大間距為45m；在露天條件下，結構伸縮縫的間距還要小，這樣規定的目的就是解決兩個方面的問題：
⑴現澆混凝土在凝固硬化時會產生收縮應力，以致在結構中形成干縮裂縫，結構越長，干縮的影響越大。
⑵結構在使用其間必然要經過春夏秋冬季節的變化，大氣溫度的變化會使結構產生熱脹冷縮，從而在結構中造成溫度裂縫，同樣，結構越長，溫度的影響越大。但是，在實際工程中超長建筑物常常出現。如果按規定去設伸縮縫，就會出現雙墻、雙柱、雙梁，給建筑物的立面處理、防水構造帶來很大的困難。為了解決超長結構混凝土干縮裂縫的問題，目前常常采用的一種辦法是設置混凝土后澆帶，即將較大的樓板面積劃分成小的區格，首先用混凝土澆筑小的區格，當小區格混凝土干縮變形大部分完成后，再澆筑區格之間的預留帶。這樣在很大程度上減少了結構的干縮裂縫。但是，后澆帶不能代替結構的溫度伸縮縫。因為后澆帶混凝土硬化后，樓板連接成一個較長的整體，后澆帶的作用不再存在。
根據以上溫度應力變化規律，對于超長結構就可以加強屋面、外墻面的保溫隔熱措施，減少陽光對結構的直接輻射；對溫度應力較大的部位加強配筋，溫度鋼筋要設置的細而密;對屋頂外露挑檐板、女兒墻等構件，每隔15m左右設置一道縫，縫寬20mm，縫內縱向鋼筋可以不斷開。
【關鍵詞】建筑結構；優化設計
中圖分類號：TU3文獻標識碼： A
一、前言
建筑結構優化設計是指在滿足各種規范或某些特定要求的條件下，使建筑結構的某種指標，如結構形式、重量、剛度、造價等，達到最佳的設計方法。優化設計就是要在所有可用方案和做法中，按某一目標選出最優的方法。隨著科學技術的不斷創新，推動經濟不斷向前快速發展，人們對物質生存環境提出了更高要求，而建筑是人類物質生存環境的重要載體。近年來，節約環保型社會建設理念的不斷深入人心，進一步加劇了建筑的需求者與供應者對建筑結構優化設計的需要。建筑結構的優化設計，不但滿足了投資者控制建筑投資成本的目標，而且更加符合使用者對建筑本體功能的需求，從而實現了社會整體經濟效益的最大化。因此，建筑結構的優化設計，在市場經濟下的節約環保型社會越來越成為可行。
二、建筑結構優化設計的原則:
2.1功能性
建筑是人類的基礎物質生存環境，建筑結構優化的終極目標就是為了滿足人類對物質生存環境的最大化需求。對功能性的滿足也不再局限于傳統的實用，而是增添了舒適性、美觀性、協調性等多種新元素，滿足人類對基礎物質生存環境的更高要求。
2.2安全性
建筑作為人類生存的基礎生存環境，與人類的生產、生活緊密相關，安全性成為建筑結構優化設計的必然考慮因素。一味追求建筑結構的優化設計，忽略決策階段、設計階段、建設階段的安全性，其作為建筑不但沒有任何實際意義，反而會給人類正常生產和生活帶來致命的危害。因此，安全性是結構優化設計中的必然考慮因素。
2.3經濟性
建筑結構優化設計的經濟性是市場經濟條件下對資源配置提出的新要求。經濟性是指通過建筑結構的優化設計，最大化的節約各種材料資源，達到減少建設成本的目標。另外，各種材料資源都存在一定的稀缺特性，建筑結構的優化設計能科學合理的減少材料的使用量，節省建設材料使用成本。
2.4環保性
建筑結構設計的環保性是繼經濟性之后的一大更高要求，建筑結構優化設計過程通過材料選用品種的環保、整體布局的環保來體現可持續的發展理念。在建筑資源的材料選用方面，在保證建筑本體功能性、安全性的基礎上，最大可能的選擇節能環保型材料，同時，在結構優化的整體布局中，不僅強調建筑主體內部結構的統一與環保，也包括建筑建設過程中廢舊材料的處理與應用，更不能忽略建筑未來使用過程中對環境產生的重要影響。另外，材料選用的環保、整體布局的環保也是結構優化設計過程中安全性的體現。
三、建筑結構優化設計的內容
3.1 結構優化設計中的構件布置
建筑結構優化設計中的構件布置主要涉及梁、柱子、剪力墻的布置與設計。目前，高層建筑的結構設計大多采用框架 - 剪力墻結構體系, 這種體系由鋼筋混凝土框架和鋼筋混凝土剪力墻兩部分組成,框架的梁柱為剛接,框架與剪力墻可為剛接,也可為鉸接。高層建筑體日趨復雜,各種不同功能的建筑用房綜合在一起,組成形態各異的高層建筑,給建筑結構優化設計增加了一定的難度。而框架-剪力墻結構體系具有靈活組成使用空間的優點, 比較容易滿足建筑物的使用要求, 而且框架-剪力墻結構體系有較高的承載力,較好的延伸性和整體性,并且具備很強的吸收地震力的能力, 從而大大減小了結構本身的側移。因此，在建筑結構優化設計的實踐過程中，在框架 - 剪力墻結構設計中,剪力墻剛度的確定除了必須滿足強度條件外, 還必須使結構具有一定的側向剛度。基于此,剪力墻剛度的大小將直接影響到結構的安全性及工程造價成本。另外，在框架-剪力墻結構初步設計階段,簡捷、準確地確定框剪結構中剪力墻最優數量,即可避免重復、繁瑣的結構剛度調整計算,還可以達到減少經濟成本的目標。梁的選用與布置。常規梁經濟性最好,但嚴重影響建筑層高，尤其是在目前土地資源有限的情況下，最終還是無法實現社會整體經濟效益的最大化；寬扁梁能減少梁的截面高度,增加建筑物的凈高。在建筑物總高度限制的情況下,可以增加層數,以獲得更多的建筑面積。但寬扁梁在經濟指標上與常規梁相比并不是最優,由于Y方向截面高度減小,使得縱向鋼筋的配筋率較高,同時撓度偏大。在跨度進一步加大的情況下,也可采用預應力梁,以滿足建筑物的特殊要求,但費用較高。此外，高層建筑框架柱截面大小主要由軸壓比控制, 在上部軸力一定的情況下,可以通過加大柱截面、提高混凝土設計強度、加大柱箍筋、采用鋼混凝土柱等不同方法來控制柱軸壓比，最大化程度保證功能性與安全性。
3.2 結構優化設計中的整體布局
為實現這些目標，建筑結構決策者與設計者須從結構優化設計的全局觀念出發，利用結構設計中的點、線、面，確定建筑結構設計的總體布局，處理好點、線、面之間的架構關系，借助于材料的選用、構件的布置，充分發揮單個構件與整體結構的配合與協調，使之能實現最佳受力狀況，既實現整體結構良好的承重力、剛性與延展性，也實現單個構件的最大化與最佳化利用，保證達到建筑設計的國家質量標準，實現建筑功能性、安全性與經濟性的多重目標。
四、結束語
通過建筑結構的優化設計，是實現建筑本體功能與控制建筑造價成本的重要手段。另一方面，建筑投資者或開發商不能過分強調結構優化設計的經濟性，通過減少材料、降低技術、放低質量標準來追求經濟性，同時也反對一味重視技術要求、忽略經濟成本的做法。結構優化設計的終極目標是實現建筑的本體功能性、安全性、經濟性與環保性。因此，在保障全面發揮建筑本體功能性、保證安全性的條件下追求建筑投資建設的經濟性與環保性是建筑建設的科學合理選擇。為了實現這一目標，未來的建筑結構設計者將遵循功能性、安全性、經濟性、環保性四位一體的設計思路，真正實現未來建筑結構的優化升級，為人類提供一個更好的物質生存與發展環境。
參考文獻：
[1] 高新艷.鋼筋混凝土框架結構的整體分析與優化設計[D].太原理工大學.2007.
[關鍵詞]高層建筑 結構優化 設計 問題 解決方案
中圖分類號：U965 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）07-0172-01
城市的商業化氣息濃厚，在商業的推動下，經濟有了更加良好的發展形式，而建筑也因此在發展，尤其是高層建筑。城市中的高層建筑可以看作是城市以及商業的體現。在設計高層建筑結構的時候，技術為結構提供保證，可是對于高層建筑的剪力墻而言，結構的設計還有不足，也就是說還有發展的空間。
1 高層建筑剪力墻結構優化設計現狀
就目前的發展情況來看，國內常用的兩種結構優化設計包括兩大類，即數學規劃法和力學準則法。但是對結構優化的實踐遠遠滯后于理論的發展。國內的優化方法理論還不健全，不能適時的根據具體工程項目情況進行調整；于國內結構優化方面的人才比較欠缺，對相關的技術把握有很多不足；由于長時間的實踐，很多設計單位都有自己的一套理論體系，按部就班地完成設計工作，沒有與時俱進；設計人員的責任心不夠，逃避對結構的優化設計，沒有有效發揮主觀能動性。近十幾年，國內在研究把優化理論應用于工程實踐方面又有了新的進展：強調綜合處理，使技術、經濟與管理相結合；于對結構的構件布局和節點連接關系進行優化；考慮事物的模糊性；對常見結構和標準構件，形成通用程序和計算圖表，便于推廣。目前針對剪力墻結構優化的研究主要是根據力學準則化對其進行優化，例如采用大開間或大柱網方案。根據相關試驗研究表明：剪力墻破壞時其強度為設計要求的好幾倍，這種小開間剪力墻結構體系無論承載能力及抗側剛度均顯得過大，它將導致較大的建筑自重和較大的地震作用。
2 剪力墻結構體系的設計
剪力墻又稱作結構墻，剪力墻截面較大，且整幢建筑物的剪力墻之間互相現澆予以連接，整體性好，有很大的抗側能力，可建造較高的房屋。剪力墻結構主要是用于承擔橫向水平力的實體墻體結構。剪力墻體系可以是直接豎立在基礎上，也可為了適應下部大空間的需要而由框架支承，形成框支剪力墻。剪力墻結構體系是由樓蓋組成的空間盒子及一系列縱向、橫向剪力墻結構體系，承受水平和豎向荷載，各片剪力墻的受力在豎向荷載作用下會比較簡單，也容易分析，但在水平荷載作用下卻有很大不同。簡化分析方法，認為剪力墻平面之外的剛度極小，但其自身豎向平面內的剛度卻很大，而在平面外的剛度可以忽略。這樣，可把橫、縱方向的剪力墻分別加以考慮，將空間結構作為平面結構進行處理，使剪力墻體系的位移和內力計算在水平荷載作用下得到最大程度的簡化。實際上，剪力墻結構體系縱、橫兩個方向各片剪力墻是分別相互連在一起的，各片剪力墻的截面特性應計及縱、橫墻的共同工作，即縱墻的一部分可作為橫墻的有效翼緣，橫墻的一部分也可作為縱墻的有效翼緣。剪力墻的種類，分為整截面剪力墻，整體小開口墻，雙肢墻、多肢墻，壁式框架。
3 剪力墻結構優化設計方法
3.1 主體結構抗側剛度
高層建筑在承受建筑內部重量的同時，還要讓建筑有整體性，最主要的是讓建筑保持穩定。然而高層建筑的穩定性卻受到某些自然條件的沖擊，當出現強風、暴雨等天氣的時候，建筑的結構受到嚴重的沖擊，可是高層建筑還是讓主體有剛度，以免建筑出現移動。通過穩定主體的剛度，可以讓建筑內部結構以及使用建筑的人很安全。高層建筑的材料的用量與建筑結構承受的重量是有一定聯系的。如果建筑承載量大，那么建筑結構的材料更多。而結構的抗側力材料數量也是同樣，并且是呈二次方的比例增加。建筑結構的標準是否合理取決于主體結構的抗側剛度。因此在在優化建筑結構的時候，應該計算抗側剛度，通過計算結果，合理的設計高層建筑結構。
3.2 地震作用
計算建筑的抗震作用，通常計算的方法有兩種，一種是振型分解反應譜；而另一種是底部剪力。但是第一種方法用的比較多，在計算的時候，可以用擬靜力的方式，通過這種計算方式可以保證計算數據準確，而且還能計算出建筑的抗震水平。底部剪力也是在設計建筑抗震使用的一種方法，而且將擬靜力的方法簡化。如果建筑的質量以及剛度同時能沿著豎向分布，并且分布的較為均勻的時候，可以看出這種計算方式還有可靠性的。盡管這種計算方式更方便，但是會使誤差增大，甚至是使建筑的結構出現偏差。但是如果使用了這種計算方式，那么在分析結構剛度的時候，不會在經過很多的步驟之后才計算出結果。
3.3 建筑結構輕型化
現在很多高層建筑都屬于剪力墻結構，而使用的材料也以混凝土為主，但是材料的等級通常比較低，而且混凝土具有較大的自重，這會使材料在運輸的時候，以及施工中都會出現不利因素，因此在優化建筑結構的時候，應該控制建筑的重量。當建筑的結構輕型化之后，使用的材料就減少，而且建筑的截面也會縮短，通過這種方法可以讓建筑有較高的抗震性，當建筑的抗震性改變之后，建筑在地震中受到的影響也小。建筑的樓蓋形式也要保證是正規的，首先要有一個測量建筑樓蓋的尺寸，以及截面面積，其次是測量建筑的重量，控制好建筑發生位移的地點以及程度。在選擇建筑的材料的時候，要選擇那些質量輕，但是具有很高強度的材料，控制建筑墻體的重量，使其重量較輕，同時減少建筑的重量。使用的傳統材料要么具有輕度，要么具有高強度，兩者不能并存，可以在技術發展之后，出現了很多的材料，而且材料的運用也得到改善，使其不僅重量較輕，還能有很高的強度。可是這種材料在國外使用的較多，而我國的高層建筑基本還是使用鋼筋混凝土結構，新型的材料只能在輕骨料高層建筑中使用。
4 結束語
綜上所述，我國有關高層建筑的剪力墻結構優化設計雖然取得了突破性的進展，但仍然還有很多不足。這不僅需要技術的轉變，還需要設計人員的用心和細心。在進行前期設計時，就把建筑的實用性、安全性等性能考慮充分。關于剪力墻結構的優化設計不能僅僅停留在理論上的發展，相關從業人員應多注意理論和實踐的結合，優化剪力墻布置和對建筑材料的選用。對此，作為國家政府，應該加大資金投入，組織相關建筑專家進行詳細研究，并出臺相關法律政策作為支撐。作為設計人員，勇于創新，努力提升自身的專業技術修養，不但要能做出設計，更要做好設計。
參考文獻
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關鍵字：高層建筑；框剪結構；優化設計；必要性；措施分析
中圖分類號：TU74文獻標識碼：A
引言
在高層建筑施工設計的過程中，為了能夠達到最佳的使用效果，需要采用恰當的結構設計形式，而框剪結構以其獨特的優勢成為目前在高層建筑結構設計過程中應用較為廣泛的結構形式。框剪結構能夠為建筑提供較大的平面空間，并且其具有較強的抗側力剛度，能夠更好的保證建筑物的穩定性。本文就在分析框剪結構優化設計必要性的基礎上，對于剪力墻的合理選型和優化設計的措施進行分析，并指出抗震概念設計思想在該結構優化設計中的應用。
一 高層建筑框剪結構優化設計的必要性分析
和傳統的高層建筑結構設計方法相比，框剪結構具有一定的優勢，能夠更好的發揮建筑物的使用性能。傳統的結構設計方法中，一個很大的制約因素就在于其求得的一組截面并不一定是最好的，工程結構建設起來之后可能會出現重量大造價高的現象，這和之前的結構設計過程密不可分。但是框剪結構優化設計雖然和傳統的結構設計有著一樣的設計過程，但是其最終的目標是使得高層建筑具有良好的使用性能，并且能夠最大限度的降低工程的施工造價，實現經濟性和實用性的統一。
高層建筑框架剪力墻結構具有良好的受力性和適用性，在現代高層建筑設計的過程中應用非常廣泛。隨著高層建筑的快速增長，對框剪結構的合理選型和優化設計對于節約施工建設的成本來說也具有一定的指導意義。當前的《高層建筑混凝土結構設計規程》中對于高層建筑結構選型，尤其是對于合理布置結構還沒有形成一個明確的規定，這樣就為高層框剪結構的優化設計提供了更為充足的設計理由。
二 高層建筑框剪結構選型和優化設計的措施分析
高層建筑框剪結構在選型和優化設計的過程中需要注意很多事項，例如影響剪力墻用量的因素和相應的確定方法、剪力墻的截面尺寸大小以及剪力墻的平面設計等相關因素，下面本文就對這幾點進行詳細的分析。
（一）影響剪力墻用量的要素分析
在高層建筑框剪結構設計的過程中需要滿足位移角限值的要求，還要充分的發揮該結構中各抗側力構件的作用，以此來保證建筑的穩定性和安全性。在設計中，因為剪力墻是框剪結構中的主要抗側力構件，所以剪力墻的用量和框剪結構的平面設計有著密切的關系，在設計中需要按照分散、均勻、對稱和周邊的原則進行。分散就是剪力墻的設計需要考慮到地震力分散作用在相等的多片剪力墻上，以避免地震集中造成剪力墻的破壞；均勻就是要同方向的各片剪力墻需要均勻的布置在建筑平面的每一個區域內，并且要保證每道剪力墻的承受水平力不能夠超過總體水平力的40%；對稱指的是剪力墻要最大限度的對稱布置，以減弱地震時結構的扭轉效應；周邊就是要保證剪力墻沿著結構的周邊進行布置，以此來提升結構的整體抗扭能力。
其次影響剪力墻用量的因素就是地震等級的大小。結構總水平地震作用將會隨著剪力剛度的增加而增加。剪力墻增多，結構剛度增大，地震作用就會越強。為了能夠發揮框剪結構的特性，剪力墻承擔的地震傾覆力矩值需要大于地震總傾覆力矩值的50%。剪力墻不能夠無限制的增加，需要根據實際的情況進行設計，以滿足底部一般剪力的要求。當地震力過大的時候需要適當的減少剪力墻用量。
在剪力墻用量的設計中還需要考慮到抗震設防烈度、場地土、近場遠場的影響以及結構側移限值的影響等多個方面，在設計的過程中需要認真考慮各種因素，要在滿足規范規定的位移限值條件下減少剪力墻的數量，實現經濟效應和穩定效果的統一。
（二）剪力墻的平面設計
通常來講，剪力墻需要沿著縱橫兩個方向布置，否則將會造成建筑物平面兩個方向的剛度差異較大，增加了建筑物的扭轉效應。剪力墻在設計時要盡量的設置在豎向荷載較大的地方，平面形狀變化處或者是樓梯間、電梯和管道井的位置。當剪力墻不能夠在結構縱橫兩個方向進行設計時，需要在剛度較弱的方向采用壁式框架等抗側力構件以拉近兩個方向在水平力作用下的位移值。
（三）剪力墻的截面尺寸確定
在框架剪力墻結構中，剪力墻需要有邊緣的約束構件，即邊框柱和邊框梁。根據相關的規定，抗震要求的一二級剪力墻的底部加強部位的厚度要在200毫米以上，并且不能夠小于層高或者是無支長度的十六分之一，其他的情況下要在滿足不小于160毫米的基礎上還需要小于層高或者是無支長度的二十分之一。在實際的設計過程中需要嚴格的按照規定進行，保證設計的順利完成。對于框剪結構的邊框梁的寬度來講，需要和墻的厚度保持一致，高度可以為厚度的兩倍。
（四）框剪結構優化設計
在對框剪結構進行優化設計的過程中需要對框架和剪力墻分別進行優化。對于鋼筋混凝土框架結構的優化需要遵循以下步驟。首先要進行初始選型，確定之后進行結構分析，分析完成之后需要根據實際的情況，并結合自身的設計經驗進行截面的優化設計，設計完成之后進行收斂性判斷和可行性判斷，確定之后再進行施工建設。需要注意，根據框架結構構件內力的計算結構分別對框架柱、框架梁和樓板結構實施優化設計。
剪力墻結構的優化設計則包括最優厚度設計和設置位置設計。對于框剪結構中剪力墻抗側移構件的水平截面面積進行優化設計，需要在水平地震的租用下保證結構水平側移值最大程度的接近相關規定中的最大側移值。在所有優化設計完成之后再將框架結構計算得出的尺寸和剪力墻構件的最優厚度進行重新組合，形成新的框剪結構體系，對其結構內力進行分析，并且按照得到的結果對框剪結構的構件進行重新的優化設計。
三 抗震概念設計思想在該結構優化設計中的應用
通常來說，高層建筑框剪結構的優化設計體現為抗震設計，在抗震設計的過程中，概念設計思想十分關鍵。概念設計就是通過對建筑物的總體結構進行控制之后，再選用體型較為簡單、平面對稱性良好、抗側力體系的剛度和承載力上下變化連續的方案來設計出抗震性能良好的建筑，以保證建筑物的穩定性和安全性。
框剪結構的本身就是抗震概念設計的一個重要體現，因為框架結構柱網布置十分靈活，能夠滿足使用的功能要求，并且是主要豎向受力構件。除此之外，框剪結構設計的過程中，對于連梁的設計也充分的體現了這一設計思想。在小震和風荷載的作用下，連梁能夠起到聯系墻肢并且增大剪力墻側向剛度的作用；在中震的作用下，連梁需要先出現彎曲裂縫，之后通過塑性耗能減小墻肢在地震作用下的受損程度。
結束語：在高層建筑設計過程中，框剪結構以其優勢獲得了較為廣泛的應用空間，在設計的過程中對于框剪結構的選型和優化設計十分關鍵。本文就以高層建筑框剪結構優化設計為中心，從結構優化設計的必要性、選型和設計措施以及抗震概念設計思想的應用三個方面進行了分析論述，希望對于今后的高層建筑框剪結構設計有一定的幫助作用。
參考文獻：
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關鍵詞：高層住宅；結構；設計優化
中圖分類號：TU241.8 文獻標識碼：A 文章編號：
0引言
高層住宅結構優化是指對建筑物結構進行合理分析，提出結構設計優化方案，目的是在設計滿足國家相關建設法規的前提下，提高建筑物的技術質量，降低總成本，是投資利益最大化，并且能保證建筑物抗震性能和安全性。結構設計優化是對設計再次分析，再次加工的過程。讓住宅結構剛度適中、均衡整體結構布局、減小構件在外力影響下的變形或者破壞，達到既美觀又堅固抗震的效果，這是高層住宅結構優化的目標。
在高層住宅結構優化設計中，每一道工序都要精心設計，做到計算合理準確，方案合理可行，本文對設計優化存在問題進行分析并提出幾點可行建議。
1高層住宅結構設計現狀
1.1 住宅結構設計現狀
低層建筑和高層建筑橫向和豎向的結構體系設計基本原理是相同的，但是建筑高度越高，豎向結構設計越難，這也是建筑界正在努力解決的問題之一。住宅結構越高，就要求有較大的柱子或者墻來承受垂直壓力負荷，這對建筑材料的要求比較高。另外，住宅越高，側向力所產生的剪切變形和傾覆力矩就要大得多，而且側向荷載產生的響應并不是線性的，而是隨著高度增加而迅速增大，在現代高層住宅建筑物中，重要的問題是整體抗彎和抗變形，抗震等，高層建筑與低層建筑結構有著很大差異，需要考慮的因素也很多，例如共振，扭轉，水平側向位移等。所以，高層住宅結構設計比較困難，考慮因素復雜多變，影響因素很多所以在設計的時候，要從整體上進行把握，設計出實用性強的好方案。
1.2 高層住宅結構設計影響因素
住宅越高，安全性就越來越要重視，抗震性能也要增強，所以設計中要考慮的因素也就增多，主要影響因素有水平荷載，軸向變形，側移等。
(1) 水平荷載.。水平荷載是需要考慮的決定因素，一般來說，豎直方向上載荷在構建中受力只與樓房高度有關，但是水平受力卻比較復雜，且易受外界條件影響，數值變化不定，所以其是影響住宅結構設計因素。
(2) 軸向變形。在高層住宅建筑中，樓層越高，豎向負荷就越大，能夠在軸向引起較大的變形，影響建筑結構的連續梁彎矩，將會引起連續梁之間支座點的負彎矩值降低，造成端支座負彎矩值以及跨中正彎矩值增大，從而引起預測材料長度不準確，對下料長度產生影響。
(3) 控制指標側移。結構側移量是高層建筑結構設計要重點考慮的因素，這一點與低層樓房不同，樓房高度越高，側移量在水平荷載影響下變形越明顯，所以在設計的時候，要注意在水平荷載作用下的側移要控制在要求范圍之內。
2高層住宅結構設計優化
2.1 選擇設計結構方案
進行高層住宅結構設計優化時，首先要進行結構方案的選擇。結構方案的好壞決定了結構設計的好壞，對于同一個建筑設計要求，其結構方案往往是不唯一的，但是不同的設計方案會影響工程質量和工程造價，在設計時，一定要選擇合理的結構設計方案。可以遵循以下原則。
首先，根據相關建筑規則的規定來完成結構設計方案總體要求，處理好結構與結構的相互關系，充分發揮結構的最佳受力狀態，是結構盡可能簡單明確，直接易懂，具有足夠的承載力，良好的延性和剛度。
其次，要保持結構的安全可靠。應該仔細考慮每一個構件，使各個構件能夠相互協調，發揮最大功能，保證設計目標水準，使結構既經濟又安全。
最后，要積極與建筑專業進行互動交流。結構設計者往往對建筑的材料不是很了解，在設計結構方案時，要與建筑師進行交流，聽取他們提出的建議，結構設計師要充分理解結構概念，真實客觀地進行設計，通過反復優化，修改，最后設計出造價最低并且質量最好的結構方案。
2.2 設計優化
在進行高層住宅結構設計優化時，首先是要對建筑工程進行基礎設計，主要有結構承重體系設計，抗震縫的處理設計等，基礎設計完成后，就可以開始進行優化設計了，在優化設計時，要注意以下幾個方面：
(1)正確認識結構設計優化的重要性。現在房地產已經是一個大產業，人們對住宅要求也越來越高，而作為投資方，追求的是利益的最大化，進行住宅結構優化的設計，不但可以有效降低總成本，還可以使建筑結構更美觀安全，能經濟合理的節能降材，從而降低工程造價。高層住宅結構設計優化，首先要仔細閱讀建筑結構圖紙，綜合考慮各種因素的影響，經過反復優選等過程，達到設計優化目標，對原結構方案設計進行改進，合理進行構件布置，適當選擇構件尺寸等，做到精益求精，最后提出優化建議。
(2)設計方案優化。這部分是設計優化的重點，不僅要進行抗側力單元優化設計，還要進行框架結構優化設計。使設計符合抗震要求，在各項參數都符合規范要求的前提下，不斷進行優化設計，盡量減少剪力墻的數量和厚度，使結構兩個方向剛度接近兩個方向水平位移，達到最佳受力狀態。
在設計時，首先要進行結構分析，主要由豎向抗側力構件構成，包括剪力墻，筒體，框架等。主要分析他們的受力狀態，使構件充分利用起來。在進行計算分析時，不能盲目地依賴計算機，還要結合工程師的實際經驗，選擇合適的計算參數，經過多次計算比較，找到最佳參數值。要注意實際結構與計算模型的偏差，因為計算機在計算的過程中，需要對模型進行假定，而實際結構錯綜復雜，所以計算值與實際結構會有差異，在通過計算值來選擇結構時，要充分結合實際情況來分析。
其次進行框架結構優化主要是根據住宅結構平面，分析豎向荷載和水平載荷，核實實際情況，合理布置構件，選用合適材料，結合實際材料構造進行結構分析和內力分析，根據分析結果適當調整結構設計。
3)地基處理的優化。高層住宅建筑更要注重地基的處理，否則將前功盡棄，在選擇地基時，要選擇地質條件不復雜，容易施工的地質，因為地質條件越復雜，地基處理造價越高，而選擇相對簡單的地質條件，不僅可以降低地基處理的成本，地基安全度也會增加，從而降低工程造價，提高工程性價比。
3結論
高層住宅結構設計優化能夠有效降低工程造價，帶來可觀的經濟效益，不僅能讓建筑物安全實用，又能使其經濟美觀，舒適。所以進行結構優化設計至關重要，實際設計中，要結合實際情況和具體條件來靈活運用設計優化方法，實現住宅建筑設計既安全又經濟。
4 參考文獻
關鍵字：建筑結構；優化設計；技術
建筑是一個充斥在人們日常生活與社會生活的必然存在物，它與人們的生活息息相關、相輔相成。一方面，人們的生活離不開建筑；另一方面人們又能夠能動的改造建筑。建筑具有很強的時代性，這也是建筑結構需要優化的重要原因之一，它隨著時代的發展會隨之轉變優化，而這種有優化是很有必要的，首先，建筑結構的不斷優化有利于建筑在未來的健康發展，事物在時代的發展大潮中若是保持以我為中心的態度，對時代的發展進步不管不顧，只會導致被取代的結果。顯然，我國的歷史證明了這一道理。其次，建筑結構的優化有利于促進時代的發展，建筑是總的時代中的一部分，建筑的快速發展會對時代的發展起到帶動作用。盡管建筑結構的優化如此必要而重要，但是目前的建筑結構優化設計技術并沒有達到其該有的水準，還存在一些問題，筆者將相應的提出一些建議，希望能夠對建筑的長遠發展有所幫助。
一、建筑結構優化設計技術中存在的一些問題與不足
1、優化設計創新不徹底
結構優化設計是上世紀六十年代以后出現的一種設計方法，結構優化設計的任務，就是以數學規劃為基礎，運用計算機技術，從眾多的可行設計中，選出相對最優秀的設計方案。它的出現，使工程結構設計由以往被動的安全校核轉化為積極主動的選優設計，更進一步的實現了設計的最終目標-----安全。但是就目前情況而言，事態并沒有預想的發展的那么順利，在經歷了幾十年的發展之后，現階段的建筑結構優化設計技術在優化設計創新方面并不是很徹底，部分原因是一些人還在堅持舊有的設計模式，認為優化設計在眾多的設計方案中選擇最優的一種是一種‘浪費’，時間、精、方案的浪費。還有部分原因是一些設計人員的思維模式在經歷了眾多的設計方案之后變得有些僵化，有些模式化，對創新失去了一定的敏感度。
2、優化設計技術人員素養跟不上
建筑結構優化設計技術人員是建筑結構優化設計的主體與主導，在優化設計行為中占據著關鍵作用，建筑結構為人所設計，建筑結構優化的具體實施也為人所運作，其更是為人所服務，建筑本身只是一個存在物，其設計與實施都與人脫不了干系。但是就目前情況而言，人員方面仍然還存在著一些問題，除了上述的創新意識不夠之外，最大的問題就是技術人員的素養問題，包括工作素養與生活素養及個人素養等等，工作素養表面上看似與個人的素養與態度沒有多少關系，其實其中蘊含的關系是相互聯系、相互作用的。現今很多人說選擇了一個職業其實是選擇了一種生活方式，若是對工作不滿意，難免會敷衍過關。
3、片面強調節約投資從而降低了技術和質量標準
建筑結構優化設計具有經濟性，其經濟性是市場經濟條件下對資源配置提出的新要求。經濟性是指通過建筑結構的優化設計，最大化的節約各種材料資源，達到減少建設成本的目標。另外，各種材料資源都存在一定的稀缺特性，建筑結構的優化設計能科學合理的減少材料的使用量，節省建設材料使用成本。在這結構優化倡導中，難免會有些人乘此機會做出另一種形式的‘優化設計’，很多建筑企業的設計理念本就是以節約為本，在此背景下，不難想象會出現片面強調節約投資，從而降低技術和質量標準的現象。
二、對建筑結構優化設計技術的一些建議
1、 培養結構優化設計人員的素養
結構優化設計人員的問題主要是兩方面，第一方面是對建筑結構優化設計的思維模式有些僵硬化，針對這方面的問題，建筑企業要想方設法開闊設計人員的視野，不能局限在現有的成就中，應該組織設計人員學習欣賞外國或國內的優秀的優化設計方案，此外，還可以定期舉行優化設計方案大賽，并且設置優厚的金錢獎勵。另一方面是優化設計人員的工作素養問題，要著重培養設計人員對優化設計這一塊的興趣，俗話說，興趣是最好的老師，若是對每天都要做的事情沒有興趣，最終只會阻礙企業的前行步伐。
2、提高建筑企業對創新的重視度
創新是取得發展與進步的前提與源泉，除了上述的需要對結構優化設計人員進行創新的引導之外，還需要提高企業負責人對創新的重視度。俗話說，上行下效。若是上面的負責人都不重視，一種無所謂的態度，下面的設計人員怎么可能對其十分重視呢。此外，在招聘設計人員時可以采取靈活應變的方法，天下之大，無奇不有，很多的設計奇才不一定擁有較高的學歷，企業不妨給他們一個實習機會，設計人員的‘高質量’是創新的前提與基礎。
3、加大監督力度，嚴格規范優化設計
任何事情都有兩面性，建筑結構優化設計自身是一個很好地創造，但是有些人借此投機取巧，導致建筑結構優化設計變得復雜化了。對嚴格遵守規則的優化設計當然要鼓勵，但是對借此投機取巧的企業一定要嚴格監督，一旦發現必須嚴厲懲罰，以此達到殺一儆百的效果，只有除掉了這些的負面作用力，事物才能發展的更為美好，也才能在真正的促進事物的發展。
結語：綜上所述，通過結構優化設計技術來降低工程造價是控制工程投資的一個非常有效的途徑和方法，而正確處理技術與經濟的對立統一是控制投資的關鍵。對建筑工程進行優化設計一直是結構設計師們共同的理想和目標，建筑結構的優化設計是一個比較科學系統的設計過程，但是影響工程造價和建筑質量的因素有很多，其中還存在一些問題，例如結構設計技術人員的素養根本不上、片面強調節約投資而降低技術和質量標準、優化設計新意不夠等等，所以在實際的建筑機構優化設計中，一定要充分的考慮各方面的因素，在每個環節和細節上都要力求達到最大的優化，只有這樣才能實現建筑結構優化設計的最終目的，在推動建筑結構優化設計自身發展的同時也以更好的服務于我國建筑業的發展。
參考文獻：
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關鍵詞：建筑結構，優化，設計，問題，措施
Abstract: along with the development of The Times, the construction will toward the direction of modernization. In recent years, the modernization of the city level deepen, usable area is less and less, which the country's high building more and more. However people to the requirements of the structure of the building more and more is also high, in order to satisfy the development of the society and people's requirements, building structure optimization is indispensable.
Keywords: building structure, and optimize, design, questions, measures
中圖分類號：S611文獻標識碼：A 文章編號：
城市的高層建筑越來越多，在進行高層建筑的設計時，要考慮多方面因素，比如建筑結構要有足夠的強度，要有適宜的剛度，建筑結構有合理的自振頻率等。另外，為了避免大震下高層建筑倒塌，在進行建筑結構的優化時要保證建筑結構的強度滿足要求，這是一個前提條件。因此，在建筑結構的優化過程中，要對各方面因素綜合考慮，才能設計出符合人們要求的建筑產品。
一、建筑結構計算分析要點
在進行建筑結構設計時，要進行內力、位移等多方面計算，計算的過程也要從不同的角度進行，以保證最大限度地獲取準確的數據。對建筑結構進行分析時，可以從以下幾個方面進行。
（一）建筑結構的材料分析
從線彈性的角度對建筑結構進行分析時，一般假定內力和位移的量，想象結構與具體的構件在彈性工作形勢下，具體分析的過程則根據彈性理論進行研究。彈塑性的分析方法一般用在計算地震環境下的建筑結構的薄弱層變形時。
（二）剛性樓板分析
在對高層建筑的內力與位移進行計算時，通常都假定樓板對自身的平面有無限的剛性，由于平面的外剛度極小，可以不考慮。假定樓板結構為剛性時，在進行建筑結構的設計時就要運用相關的措施以保證樓板平面的整體剛度。
另外，還可以計算圖形對高層建筑的結構體系進行分析，分析時的計算圖形主要有三種，即一維、二維協同分析以及三維空間分析。
二、建筑結構優化設計的內容
為了保證現代化的建筑能不斷滿足人們對建筑物的要求，同時提高建筑物的穩定性、安全性和可利用性。可以從以下幾個方面優化建筑結構。
（一）基礎拉梁的優化
當多層框架房屋基礎埋置較深時，可以在一定范圍內對基礎拉梁的位置進行設置以達到最優狀態，使基礎拉梁宜于按照框架梁進行設計，并且按照規定來設置箍筋加密區。當獨立基礎埋置較淺時，可以根據抗震要求，在兩個主軸方向上設置基礎拉梁。基礎拉梁的尺寸也有一定的要求，一般橫截面寬度是柱中心距的三十分之一至二十分之一，基礎拉梁的高度不小于柱中心距的十五分之一。基礎拉梁的頂標高通常要與基礎的頂標高相同。
（二）框架梁、柱箍筋的優化
不同抗震等級的框架梁和框架柱有不同的構造要求，其加密區的最大箍筋間距和最小箍筋直徑都有明確的規定。利用計算程序進行計算時將框架梁和柱箍筋的加密區間距設置為100毫米，計算出加密區的箍筋面積。在實際設計過程中適當地增加箍筋的直徑或者將箍筋間距適當的加密。
（三）獨立基礎設計荷載的優化
現代化的建筑物中，鋼筋混凝土結構的房屋越來越多，鋼筋混凝土多層框架房屋大多采用柱下獨立基礎形式。當房屋地基的受力范圍內沒有軟弱的粘性土層時，總層數在八層以內而且高度在24米以下的一般民用框架房屋可以不用驗算地基基礎的抗震承載能力，但在實際的設計過程中應該考慮風荷載的影響。在對以鋼筋混凝土為原料的多層框架房屋進行整體的計算分析時，必須要考慮到風荷載的影響，不能因為風荷載的影響不明顯就忽略掉這一部分。另外，在設計獨立基礎時，柱腳內力只取軸力設計值或者只取軸力與彎矩設計值，都會導致建筑物的基礎尺寸偏小，會影響基礎以及整個建筑結構的安全。
（四）地下室層數的優化
地下室也是某些建筑物不可或缺的一部分，對地下室的結構進行優化，有助于提升空間的利用價值。由于地下室的隔墻比較少，因此在設計過程中基礎形式常采用筏板式。在利用計算機對這一部分進行設計時，應該同時輸入地下室的層數和上部結構，這樣可以一次性計算出地基以及基礎底板的豎向荷載。同時可以利用現有的數據對層間側移剛度比進行分析，通過分析比較的結果，可以正確地判斷、調整房屋的具體嵌固位置，并且采取相應的措施來提高建筑結構的抗震能力。如果在建筑結構的整體計算過程中，輸入的地下室層數比實際的層數要少，會導致在發生地震災害時底層的柱底部位因為抗震能力降低而受到破壞。
（五）建筑結構計算參數的優化
利用計算機進行信息化處理，能較快捷地得到相應的計算結果，但對計算出的結果不能盲目使用，應該經過認真的分析判斷以保證其合理準確，才能將各種參數應用于結構設計中。一般來說，利用計算機進行計算的參數有建筑結構的自振周期、樓層的側向剛度比、柱底內力設計值、樓層地震剪力系數、墻和柱的軸壓比等。眾多的參數都是進行建筑結構設計的依據，因此，參數的準確性也影響了建筑結構的安全穩定性。為了分析判斷計算機計算出的結果是否合理，在進行相應參數的計算時，一方面要保證合理的結構方案，準確可行的結構計算簡圖，另一方面要根據建筑結構的具體特征，正確地填寫相應的場地類別，而且對于總信息中的各種參數要進行合理的選取。
結語
現代化的進程逐步加快，人們的生活腳步也越來越快，也加快了城市建設的進度。建筑物越來越多，導致建筑物的發展方向向高層化，但是高層建筑具有自身的特點，無論是建筑物的形式、建筑原材料還是具體的力學分析模型都逐漸復雜，多元化。加強建筑結構的優化設計是建筑過程中必不可少的一步。通過不斷優化建筑結構，才能讓建筑物滿足經濟科學且人性的要求。
參考文獻
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關鍵詞：高層住宅；結構優化；設計
Abstract: This paper describes the steps to building structural optimization design, and briefly introduce the basic requirements of high-rise residential structure design, and to explore the optimal design of specific programs in high-rise buildings, in order to guide practiceKey words: high-rise residential; structural optimization; design
中圖分類號：TU209文獻標識碼：A文章編號：2095-2104（2012）05-0020-02
一、高層住宅結構設計的基本要求
1.滿足耐久性和安全性要求。住宅實行商品化后，使用壽命長是區別其他消費品的最大特點，結構耐久性和安全性是住宅結構設計最基本的要求。結構體系以及材料的選用，都應有利于抗風抗震，以及使用壽命期間改造維修的可能性。
2.滿足舒適性的要求。多種戶型可靈活分隔室內的空間，滿足人居的熱光聲的環境等要求，給居住的人創造一個舒適的環境。當采用剪力墻結構的時候，宜采用大開間的布置。使住戶在日后改變分隔的空間。
3.滿足經濟性的要求。結構設計時應根據房屋的建造地點、層數多少、平立面體形，在滿足耐久性、安全性和舒適性要求的前提下采用經濟又合理的結構體系，在構件設計中應該精打細算，要嚴格執行規范構造要求，尤其是在地基基礎設計中更要注意，地基基礎的設計方案是否合理對房屋造價非常重要。
二、高層住宅結構優化設計方案
1.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。
2.耐久性的優化設計。大部分混凝土結構設計方案中，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境變化最終造成房屋結構損傷，使房屋在合理的使用期限內，無法滿足正常的使用需求。引起房屋可靠度指數下降。設計者當選以高層混凝土結構優化為設計的主要目的時，要放棄對經濟的單純追求。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化，達到滿意效果。
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《抗震規范》確定。地震震力振型組合數據對建筑應當不考慮耦聯扭轉計算; 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。對于不規則房屋的結構，應考慮扭耦聯轉，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。
4.地下室的層數處理。多層房屋框架結構
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，并在圖紙中按實際的地下室的層數計算，如此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。當房屋結構縱向不規則時，要驗算其最薄弱層。
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，故在建筑設計中合理使用高強混凝土與高強度鋼筋可有效降低用鋼量，節約建筑成本。對于震區的高層樓房來說，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。
6.框架梁以及柱箍筋間距。依據規定，工程上取柱箍筋與梁的加密區最大間距為100 mm 左右，非加密區箍筋最大的間距為200 mm 左右。通常在柱箍筋和內定梁加密區間距為100 mm 左右，以此為計算依據算出加密區箍筋面積，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，非加密區箍筋間距應采取200 mm 左右，使房屋梁非加密區的配箍充足，故建議內定梁箍筋改為梁非加密區取200 mm。既可保證梁箍筋加密區抗剪切能力，同時又增加梁非加密區抗剪的承載能力，使梁強抗剪性能更加充分體現出來。
三、工程結構體系方案的比較分析
某高層建筑，地下2層。地上26層，總建筑面積達到30.000m2。高度達94.5m。針對結構體積的選擇。設計院進行了優化設計，第一方案采用的是框架-筒體結構。該結構的特點剛度較大、自重不是很大, 而且結構的平面布置相對靈活, 能克服剪力墻結構體系的一些缺陷。此外, 由于核心筒的存在, 整個建筑的側向剛度得到了大大提高, 且大部分的水平力都是由筒體來承受, 大樓的整體剛度得到了提高, 并承擔了大部分水平方向的力,使該建筑具有良好的側向變形能力, 抗震性能非常強。第二方案選取了剪力墻結構體系進行結構設計, 用以比較兩種不同結構的結構性能和經濟性能。剪力墻結構是一種非常常見的結構體系,它的優點主要體現在側向剛度大, 強度大, 整體性強, 缺點在于剪力墻結構需要的混凝土量是很大的, 自重大,造價高, 且地震作用力大, 結構平面布置不靈活。針對這兩種不同的結構體系, 我們采取了結構軟件計算的方法進行對比分析,
1設計基本參數
本工程的設計基準期為50年, 使用年限為50年, 安全等級則為一級, 地基設計等級則為甲級。該建筑工程抗震設防烈度為6度, 地震分組是第一組, 設計的基本地震加速度選取0. 05g, 建筑抗震設防類別是丙類。由于該工程的場地為Ⅰ類, 按照該地區的抗震設防烈度要求進行抗震構造就可以了。該工程確定為A級高度建筑, 建筑結構的抗震等級: 剪力墻和框架柱都是三級抗震。工程場地的特征周期Tg = 0. 25 s, 水平地震影響系數的最大值am ax = 0. 4, 放大系數β= 2.25。工程所在地區基本風壓為0. 40 kN /m2, 地面粗糙為D 類, 風壓的體形系數、風壓高度變化系數以及風振系數都按GB 50009-2001建筑結構荷載規范的規定來確定, 樓面活荷載標準值按現行荷載規范進行取值。
2計算軟件
計算軟件采用了PKPM 軟件中的SATWE 系列, 目前該軟件在國內的普及率很高, SATW E系列軟件也是專門為多、高層建筑結構設計的一種有限元分析軟件, 它能非常精確的計算分析各類結構形式的建筑受力。
3計算分析
高層建筑由于受到水平力的作用, 側向位移比多層要大很多, 因此, 側向力是結構考慮的重點。研究表明, 若結構的側向位移過大就會導致結構附加彎矩的產生, 嚴重影響建筑的舒適性,有的甚至會造成結構破壞。結構設計時, 主要考慮建筑結構的強度、剛度、穩定性三個基本指標。一般采用彈性設計方法, 即在正常使用情況下, 建筑結構構件處于彈性受力狀態中, 結構具有較大的剛度, 對此, 《高規》對高層建筑的層間最大位移以及層高之比做出了如下的規定:
a當高層建筑的高度不大于150 m 時, 層間位移角不宜大于表4. 6. 3的限值;
b當高層建筑的高度大于250 m 時, 結構樓層的層間位移角不宜大于1 /500; 3) 當高層建筑高度介于150 m ~ 250 m 之間時, 結構樓層的層間位移角按上述1), 2)的限值要求, 線性插值來取用。
c從軟件計算分析看,建筑為框—筒結構時, 其自振周期要比采用剪力墻結構的要長, 層間位移以及側向位移都要大。由此看出, 剪力墻結構的側向剛度更大些。但是, 結構設計不能完全只看剛度, 還應綜合考慮水平荷載和地震荷載等因素。
研究表明，當建筑采用純剪力墻結構, 且建筑層數不多, 建筑高寬比小于1的時候, 在水平荷載作用下, 建筑墻體的變形主要以剪切型為主。而當建筑的高寬比大于4時, 整個墻體在水平荷載的作用下, 變形主要以彎曲變形為主。當建筑的高寬比值介于1~ 4之間時, 建筑墻體存在彎曲變形和剪切變形。框架結構雖然能夠獲得更大的空間，但由于框架是由梁、柱、板構成的，相對于剪力墻來說他的抗側移剛度較小。受水平荷載后成剪切型變形，故層間位移相對來說較大，不利于結構抗震。框架—筒體結構, 在水平作用力作用下, 結構的側向變形主要是以彎曲變形為主, 其側移曲線與彎曲型桿件的變形是極為相近的。框架—筒體結構中的框架和核心筒, 兩者是通過梁和樓板相連的, 因此, 兩者的側向位移是相近的。
隨著建筑層數、高度的增長和抗震設防要求的提高，以平面工作狀態的框架、剪力墻來組成高層建筑結構體系，往往不能滿足要求。因此, 對于20層~ 30層的高層建筑, 最后選擇了框架—筒體結構體系為大樓的主體結構。
四、結語
在滿足建筑結構長遠效益的前提下，應盡量減少建筑結構的近期投資并提高建筑結構的可靠度和合理性。與傳統設計相比，可以充分利用計算機資源，進行多種結構形式進行結構試算、分析、比較，選擇合理的結構類型，可以使建筑工程造價降低5％～30％。優化技術的實現，它還可為建筑整體性方案設計進行合理的決策，優化技術是實現建筑設計的" 適用、安全和經濟" 目標的有效途徑。
參考文獻：
本文分析了建筑結構優化設計中影響工程造價的主要因素，同時闡述了優化建筑結構設計降低工程造價的舉措。旨在明確建筑結構優化設計與工程造價間的關系，通過因素分析提出有效的工程造價控制方案，提高施工單位的經濟回報效益。
關鍵詞:
建筑結構優化設計;工程造價;關系
1建筑結構優化設計中影響工程造價的主要因素
隨著我國經濟實力和建筑施工水平的不斷成熟，人們對于社會建筑的需求也更加的多元化，更加的重視建筑結構的安全和性能。為了更好的滿足人們，也就是市場的需求變化，建筑結構優化設計的難度也隨之加大，使得相應的工程造價成本支出也更高，因此需要分析和明確建筑結構優化設計和工程造價的關系，通過高效和高性能的建筑結構優化設計，有效控制其產生的工程造價成本，實現對整體工程項目經濟控制的最終目的。
1．1功能性差異
建筑結構設計存在功能性簡單和復雜的差異所在，建筑工程的功能性差異是造成工程造價結果變動的主要內容之一。通俗的說，正是因為人們對于建筑物功能性要求的不斷提升，才使得建筑工程的結構設計也越發的復雜，因為簡單的建筑結構難以滿足人們越來越復雜的功能需求。但是功能的完善和擴充是在優化建筑結構設計上進行的，復雜的功能需求意味著建筑結構設計的難度也更大，相應需要完成的設計內容更多，根據設計完成的實際施工項目也更加的困難和復雜，投入的施工人員和完成的施工任務量也更多，這些多出來的施工內容無不意味著需要更多的施工成本投入，這也是建筑結構優化設計影響工程造價的主要因素之一。因此，施工單位為了在成本投入增加數額和建筑結構優化設計中尋找一個平衡點，通常會采用結構優化和成本控制相結合的方案來實現對建筑工程造價的控制與調節，這樣既能夠保證滿足對建筑功能性的需求，同時還能維持較低的成本投入，對于施工單位而言能夠獲得更多的經濟回報效益，經濟性更強。
1．2抗震性能需求
建筑物的抗震性能是建筑結構設計的基礎性指標任務，必須要在滿足當前建筑抗震設計要求的基礎上進行，科學合理的設計建筑內部的格局布置。結合當前地震對建筑物的危害實例來看，對稱性較好、結構較為簡單的建筑物抗震性能更強，建筑物的抗震性能并不與建筑結構的復雜性有所關聯，反而是在簡單的建筑結構中抗震舉措能夠發揮更大的效益，因此在進行建筑物的抗震設計時，一般都會采用更加簡單化的建筑結構。需要注意的是，建筑立面不應當采用較大的縮進結構，或者是豎相抗側力構建連續性不強的結構。這項抗震標準會直接影響到相應的工程造價費用的高低，根本原因是工程造價控制在簡單且規則的建筑物施工中進展的更為順利，對于結構復雜且規則性不強的建筑而言，存在實際施工花費超過工程成本預算的問題，因此說結構復雜且規則性不強的建筑的工程造價更加的難以控制。
1．3層數與高度
由于建筑建設施工本身要求的不同和地理環境的限制，建筑物的層數與高度存在多種區別，一般來說，我國根據建筑物的高度和層數的不同，將建筑物分為多層建筑、高層建筑以及超高層建筑三種類型，不同類型的建筑所要遵循的建筑設計與施工標準也有所差異，使得不同類型建筑結構設計的結果也不一致，因此造成最終的建筑工程造價也有所不同。如果碰到建筑高度設置趨于兩個類型建筑物的臨界點的情況，比如某建筑的實際層數、高度只是略微小于該類建筑建筑設計與施工標準的上限值，此時應當按照更高一級的建筑標準規范來進行該建筑的設計與施工，這就意味著會增加該建筑的成本造價，使得該建筑物的工程造價成本高于該類建筑內的其他建筑，因此在進行建筑層數和高度設定時，應當注意合理的控制層數與高數設計數值，避免出現這種趨于臨界點的情況。
1．4平面結構形式
建筑的平面結構形式的選擇會影響建筑物外墻的長度，而建筑物外墻的長度會直接影響到建筑工程造價，最主要的原因是因為不規則的平面結構在增加建筑墻體長度的基礎上還會增加建筑結構施工的難度，使得建筑內部的管道、線路鋪設以及材料使用等方面的成本支出費用增加，因此造成了建筑工程造價成本的增大。在不影響建筑面積的情況下，應當合理的進行建筑結構優化設計，并且進一步的簡化建筑物的外形結構，實現對建筑工程成本造價的控制。
2優化建筑結構設計降低工程造價的舉措
2．1科學的抗震設計
抗震設計是現代先進施工技術與理念相結合的產物，建筑的抗震設計的重點在于抗震載荷量的設定，同時抗震載荷量會直接影響到建筑結構優化設計和工程造價的結果，因此，科學的進行建筑物的抗震設計是優化建筑結構設計降低工程造價的重要舉措之一。具體說來，科學的抗震設計應當將抵抗側向力結構設計作為建筑物抗震設計中的重點環節，同時建筑物抗側力結構的造價會隨著建筑高度的增大而增加，這就意味著設計人員進行抗震設計時，不僅要考慮建筑物的抗震載荷量，同時還要考慮經濟指標，既保證滿足基本的建筑抗震要求，同時盡可能的減少經濟成本揉入，比如房屋的結構體系、構建延伸性等都要綜合考量，對于建筑物內涉及到的較為薄弱的環節也要計算的清楚、明白，確定最為合適的抗震設計標準，實現和保障抗震結構的設計既合理，又能在一定程度上節約建筑施工的成本投入。
2．2合理的結構形式
實現對建筑工程造價控制的最好方式之一就是確定和選擇更加合理的建筑結構形式。目前，建筑結構中應用的最為先進和合理的建筑結構形式是框剪結構，該結構的靈活性和適應性較強，能夠運用不同的、多種的形式來配合結構主體的功能性，進而實現更好的抗應力作用，進一步的提高和保障建筑的施工質量和穩定性。以民用建筑設計為例，在進行建筑物的抗震設計時，應當根據改建筑物所屬的建筑類型，確定相應的高層建筑結構設計要求和施工標準，確保建筑物的剪力墻結構的抗震等級要高于短肢剪力墻的等級。同時根據實際施工狀況，在進行平面布置時，適當的降低和減少短肢剪力墻的使用量，因為減少短肢剪力墻的使用量意味著在一定程度上減少了鋼筋的使用數量，意味著節約了一定程度的施工成本，實現了對建筑工程造價的控制。需要主義的是，不同類型的建筑物具有不同的結構優化設計要求和施工標準，因此在選擇建筑物的結構形式時，要結合該建筑物所屬的設計要求和標準進行，更好的判斷和選擇建筑結構形式，在保障建筑安全需求的基礎上，控制和適當的降低建筑造價成本。
2．3鋼材使用比例降低
鋼材是建筑工程施工中必不可少的主要原材料之一，特別是在建筑框架剪力墻結構當中，較大的鋼材需求意味著較高的成本投入。目前，我國鋼材市場上的價格一直處于一個波動狀態，在進行建筑工程造價時，由于鋼材價格的變動，使得工程造價的家國存在不準確或者有誤的狀況，也就是說，建筑工程造價直接受到建筑鋼材需求量的影響。因此可以在保障建筑穩定性和質量的基礎上，適當減少鋼材的使用比例，通過減少鋼材的使用比例強化對建筑工程造價的控制。同時，鋼材使用率的下降意味著在鋼材存儲、運輸等方面投入的費用支出也有一定程度的降低，因此建筑結構優化設計人員應當在符合設計標準和規范的基礎上，采取合理的構造措施、設計荷載以及其概念設計等，使得整個建筑結構設計方案達到最優狀態，實現對建筑工程造價更好的控制。
3總結
綜上所述，建筑的功能和性能要求隨著人們需求的增多產生了本質性的變化，因此在實際的建筑施工過程之中，不僅要保證建筑的施工質量，同時還要講建筑的結構優化設計和工程造價進行有機的結構，充分考慮到結構設計的科學性和合理性，在保障建筑構件安全的基礎上實現對建筑工程造價的控制。
參考文獻
［1］楊土生．談工程造價與建筑結構優化設計之間的關系［J］．山西建筑，2012，38(21):248－249．
關鍵詞：建筑結構；設計；優化設計；分析
1 建筑設計優化的重要意義
使用合理的優化方法，對建筑的結構設計進行優化，既能降低整個工程的造價，還能提升建筑的經濟價值，從而能夠有效提升建筑的經濟效益。
1.1 使工程的造價降低
建筑工程結構優化設計在會充分的考慮到現行階段的建筑行業的發展趨勢來進行剖析，根據現行的建筑特點來進行設計，如當前的高層建筑和高層的住宅偏多，因此其層數很多，在建筑用地面積不變的情況下建筑總面積很大，在面對高層建筑的結構設計時，為了節省用地，會將建筑物的房頂進行細致的規劃，可以保證整個工程的總造價降低，節約成本。
1.2 能夠提高建筑結構的經濟效益
建筑結構的設計需要保證到建筑工程的經濟效果，隨著建筑的層數的增加，高度也會增加，與其相關的墻體面積、柱體面積及配套的設施如管道等都會增加很多，層數比較少或者高度比較低時相應的建筑就會節省一些這樣的荷載。同時，高度越高的建筑，相鄰之間的距離也會比較遠，這樣不利于節省用地開支的目標實現，如果讓建筑的總高度下降，那各建筑之間的距離也會靠的近一些，這樣可以節約用地。另外，相同面積的建筑之間，建筑的平面形狀不同會使得其周長不同，越規則的平面形狀其周長會小一些，并且能夠提高其荷載的性能，增強了建筑的質量。優化創新后的建筑結構設計相較于傳統的設計，能夠有效降低建筑的總造價，能夠有效的提高建筑結構的經濟效益。
2 建筑結構設計優化的具體內容
建筑結構優化設計的內容可以分為目標函數選擇、變量選擇、約束條件選擇三個步驟，每一個步驟都涉及到建筑結構優化設計的一個方面的內容。
2.1 目標函數選擇
確定建筑結構的目標函數是建筑設計人員對建筑結構進行優化創新設計時的第一步，通過采用相應的技術與辦法，以建筑的面積的參數以及建筑可以達到的安全標準為前提，結合建筑建設所用的建筑材料等進行系統的規劃和計算，要保證相關的參數在計算的過程中要滿足相關的需求。合理科學地選擇建筑的工程造價模式是建筑設計相關人員在建筑結構優化設計過程中必須要進行的工作，要盡量優化建筑結構設計，在保證建筑質量的前提下，降低工程的總體造價。
2.2 變量選擇
建筑工程的設計階段，除了對建筑工程優化設計的目標函數進行正確的選擇，還要對建筑結構的進行變量選擇，變量的選擇對于建筑結構的設計也是至關重要的。變量選擇，顧名思義就是對影響建筑結構設計的各種會變化的因素進行分析和選擇，并研究其中會對建筑結構設計造成的影響最大的一個因素，然后在實際的設計過程中，對其進行評估計算以及控制其影響程度，以發揮建筑工程結構設計優化方法的作用。
2.3 約束條件選擇
建筑工程是一個復雜而又系統的工程，因此在實際的設計過程中，受許多約束條件所影響，在對建筑工程結構設計進行優化設計時，必須要考慮到建筑工程的約束條件、對約束條件的準確判斷，能夠實現建筑結構優化設計的最大化。比如，在建筑設計時，設計人員對結構的強度、尺寸、應力等等因素所存在的約束條件進行判斷選擇，要以建筑工程的實際情況作為出發點，進行科學合理的選擇，使得建筑結構設計的優化工作具有模范性和科學性，給建筑工程的施工打好基礎，提高整個工程項目的效率和經濟效益。
3 建筑結構設計優化的具體措施
建筑結構的優化方法，是由建筑結構的整體設計優化方法以及建筑結構的細節結構優化方法@兩個發面體現出來的。在建筑結構整體的優化設計中，要立足整體，全面的分析總體的數據，并相互協調，確保選出最優的優化方法。在細節結構優化設計中，要對建筑結構的各個方面進行剖析，合理劃分為不同的部分，逐個解決相關的選型、布置、造價等幾個部分的優化設計，實現降低工程造價的目標。
（1）拓撲優化法。拓撲優化法，就是通過在建筑結構設計優化過程中，結合建筑自身的特點以及實際的用途和情況，正確找到理想化的建筑結構分布形式，全面的分析建筑結構的剛度和其他與結構相關聯的屬性，來減少建筑結構自身的重量，從而提升建筑的性能。設計人員要充分掌握以及了解拓撲分析方法的優點，合理運用拓撲分析方法，使得設計出來的建筑結構擁有很強的邏輯性。
（2）截面優化法。截面結構的可靠性以及安全性是建筑結構優化設計時相關人員必須要考慮的一個重要方面。截面結構作為建筑結構的細節所在，其性能是最能體現出建筑的整體性能的。在實際的設計過程中，為了保證截面結構的的可靠性與安全性，設計人員要對建筑結構中所涉及的界面進行準確的計算，然后再進行設計，不僅可以提升建筑結構的穩定性，還可以提高建筑的美觀程度。具體的方法有，可利用有限元方法來計算設計變量的結構位移情況以及應力特點，然后用計算設備對獲得的數據進行驗算和分析，得出結果后，根據其需求調整，確定調整的范圍，在此范圍中再進行區域優化設計。
（3）外形優化法。外形優化是在界面優化的基礎上進行完善的，以達到更好提升建筑的結構設計質量的目的。在對建筑結構進行外形優化時，相關人員要對建筑的整體情況掌握得很清楚，再根據我國現行的建筑柱結構設計的相關標準，在掌握的建筑的情況的基礎上進行改進。建筑結構的外形特征就是利用外形優化法來進行劃分的。外形優化方法在實際的實施過程中，通常會采用連續性結構與桿系結構。建筑結構的節點坐標選取是桿系結構的重要環節，節點坐標在選取好后，要將其作為設計的一個變量，來實現建筑外形優化設計的目標及需求。
（4）細節部分結構設計與概念設計相結合。概念設計優化方法，是在比較缺乏詳細的相關數據的情況下進行的。某些因素是具有不確定性的，比如地震，在對建筑的抗震能力進行設計時，由于缺乏詳細的數據，只能通過概念設計的優化方法，將一些存在的數據當作輔助來進行。同時，通過結合上訴的一些結構優化方法，使得優化效果更佳。另外，在設計的過程中，對建筑結構的細節部分進行優化設計是必須要做的工作，如現澆混凝土施工過程中，異形板料的彎曲部分容易開裂是一個比較突出的問題，對此我們將其進行簡化，然后再選擇鋼筋，這樣能有效的降低混凝土出現開裂現象的幾率，不僅提高了經濟效益，最重要的是滿足了建筑結構的基本需求。
（5）對地基結構進行優化設計。對建筑的地基進行優化設計也是優化整個建筑結構的有效方法。選擇合適的方案對于地基的結構優化來說很重要，例如，樁基類型的選擇，要以實際的施工情況為準，并實現降低造價的目標，然后以樁端持力層的厚度為參考，選擇科學合適的灌注樁長度，且對不同的優化方案進行集中對比，盡量使得選擇的方案是最佳的。再比如，樁筏基礎是某建筑結構的原有設計方案，通過把該設計利用的樁筏基礎改為樁基礎的優化方法，設置不同的承臺，在此優化中，在保證總的沉降值和不均勻沉降值的前提下，顧及到的是基礎傳力的傳遞路勁越短會越省材料的原因。與樁筏基礎設計方案相比，樁基礎是一個更好的選擇。
4 結束語
綜上所述，建筑結構的優化設計能夠使得建筑質量更好、更加美觀、降低工程造價以及提升建筑的經濟效益，在建筑行業競爭激烈的今天能夠提高企業的競爭力，也能夠為人們帶來更有安全保障和質量保障的建筑物，因此其在建筑工程中是一個很重要的環節。但在建筑結構優化設計在實際的實施過程中，是比較復雜的，需要多方面的出發，充分結合實際的情況選擇科學合理的方案，以實現對建筑結構進行最佳的優化目標。
參考文獻
[1]李貴江.建筑結構設計優化設計新方法探析[J].江西建材，2017（01）.
關鍵詞:優化設計;建筑結構;方案
Abstract: with the rapid growth of the economy, promoting the urbanization process pace and the building structure optimization design, is the realization of building ontology function and construction investment cost of the key method. Along with the national building economical society concept unceasingly thorough, building to connect to building structure and providers of optimization design put forward higher request. Building structure optimization design of project cost is to save one of the important means, and at the same time, the relationship between the safety of buildings and to maximize the benefit of investment.
Keywords: optimization design; Building structure; scheme
中圖分類號：TU318 文獻標識碼：A 文章編號：
引言
建筑結構優化設計的突出表現和最終目的， 是為了降低工程的造價， 這是比較狹義上的說法，但是在現實中對建設結構設計的優化，主要指的是廣義的說法，在降低工程造價的同時，保證其建筑的安全性，在利益最大化和質量保證中找到一個最優的平衡點，這就是目前建筑結構優化設計的意義所在。
1.建筑結構優化設計的概述
建筑結構優化設計的基本理論建筑結構的優化設計主要體現在建筑工程的決策階段、設計階段、建設階段。在建筑工程的決策階段，確定結構優化設計所要達到的總體目標，滿足本體功能，最大程度保障安全性，縮減投資成本；在建筑工程的設計階段，確定每一個子系統及整體結構的優化布局；在建筑工程的建設階段，以結構優化設計為建設原則，組織建設好每一個子系統從而實現整體結構優化布局。決策階段結構優化選擇是關鍵，設計階段結構優化設計是核心，建設階段結構優化建設是基礎，3個階段互相驗證、互為補充、缺一不可。建筑結構優化設計的基本要求:功能性建筑是人類的基礎物質生存環境，建筑結構優化的終極目標就是為了滿足人類對物質生存環境的最大化需求。
2.建筑結構設計優化方法
賞心悅目的建筑是建筑的美觀與結構設計相互協調密切配合的結果。建筑結構設計追求適用、安全、經濟、美觀和便于施工五種效果，而建筑設計優化設計技術方法的應用不但滿足了建筑美觀、造型優美的要求又能使房屋結構安全、經濟、合理，成為實際意義上的"經濟適用"房。從建筑上分析結構設計優化方法，它主要體現在建筑工程分部結構的優化設計和建筑工程結構總體的優化設計量方面。
2.1建筑結構優化計算方案
在設計模型已經優化后，工程師可以在概念、經驗和估算的基礎上借助計算機進行可靠的分析計算，經過多次計算比較和調整，使結構設計更加合理和經濟。在利用計算機結構設計程序進行結構計算時，要注意以下問題：不能盲目的依賴計算機-對于輸入的幾何圖形，構件尺寸、荷載數據等應認真核對、力求準確無誤，對計算參數的選取要正確合理，注意實際結構與計算模型的差異。最后可以利用程序的工程量統計功能進行不同結構形式的對比，以找出最優方案。
2.2進行程序設計。根據基于可靠度的結構優化模型和選擇的優化設計計算方法，編制功能齊全、運算速度快的綜合程序。
2.3結果分析。對計算結果進行分析，確定最優設計方案。
在執行以上步驟的過程中，必須要全方位、多角度考慮方方面面的問題。這主要是因為建設投資是一項耗資巨大的工程，涉及到的方面比較復雜，因此必須進行總法規和考慮，不能僅僅為了節約資金投入而忽視了設計的優化作用。要正確處理技術與經濟的對立統一是控制投資的關鍵環節。設計中既要反對片面強調節約，忽視技術上的合理要求，使項目達不到功能的傾向，又要反對重視技術，輕經濟、設計保守浪費的現象。
3.建筑結構設計優化經濟性
建筑結構優化設計的經濟性是市場經濟條件下對資源配置提出的新要求。經濟性是指通過建筑結構的優化設計，最大化的節約各種材料資源，達到減少建設成本的目標。另外，各種材料資源都存在一定的稀缺特性，建筑結構的優化設計能科學合理的減少材料的使用量，節省建設材料使用成本。
建筑的層高增加，由于墻體面積和柱體積增加，結構的自重會增加，基礎和柱的承載力相應增加，水衛和電氣的管線會加長；相反降低層高，可節省材料，有利于抗震，同時建筑的總高度減小，兩建筑之間的日照距離就會減小，間接的節約了用地。建筑面積相同，建筑使用不同的平面形狀時，它的外墻周長也就會不同，這樣當選擇圓形或是越接近于方形時，外墻周長系數就越小，基礎、外墻砌體、內外表面裝修都隨之減少，同時其受力性能也得到提高，增強了建筑的經濟性能6%-34%。優化方法的技術性實現，可以最合理的利用材料性能，使建筑結構內部各單元得到最好的協調，不僅可以實現建筑美觀、實用，而且在造價方面也有較大的節省，達到了建筑工程設計對適用、安全、經濟、美觀和便于施工的一般要求。通過使用優化設計手段，達到這5個方面的最佳結合，符合現今建筑商對于建筑結構的效益的需求，也符合市場可持續發展的需求。
4.工程概況及應用實例
麗翠苑住宅小區位于中山市三鄉鎮，建筑面積約57674.79m2，由5層裙樓及32層塔樓組成，裙房平面尺寸為76.65m×63.62m，塔樓平面尺寸為37.65m×32.6m，將地下二層按規范要求的嵌固構造處理，使其作為上部的嵌固端，嵌固以下埋深7m，以上99.8m（結構計算高度）。建筑總高度為106.8m（未包括出屋面的電梯，樓梯間的高度）。該結構平面布置不規則，在裙樓五層處進行高位轉換。
結構設計中裙房部分主要考慮由恒載及使用活荷載等豎向荷載引起的荷載效應，主樓部分結構設計不僅考慮豎向荷載效應，還要考慮水平地震作用及風荷載作用下產生的荷載效應的組合。綜合考慮裙樓部分大空間的設計使用要求以及主樓部分的抗側移設計要求，裙房結構承重體系采用鋼筋混凝土框架結構形式，主樓采用剪力墻承重結構體系。本建筑結構在主樓抗側力構件設計中，剪力墻主要承擔水平作用，框架承擔少部分水平荷載作用和大部分豎向荷載作用。主樓平面形狀不規則，因樓梯、電梯間均設置在核心筒內，為提高主樓結構的抗扭能力，剪力墻結合樓電梯間在主樓范圍內采取了加強處理，具體厚度根據高層建筑結構設計的變形限值，由剛度、承載力和延性三者間的最佳匹配決定。 在主樓剪力墻的布置中，盡量按照下部轉換柱的所在位置來設置，以避免二次轉換及盡量減少需要轉換的剪力墻，經過多輪的調整后，將原來方案中需要轉換的剪力墻減少了四條，使轉換結構大為減少，在保證結構安全的前提下，對經濟性亦有提高。
5.結束語
綜上所述，通過結構優化設計來降低工程造價是控制工程投資的一個有效途徑,而正確處理技術與經濟的對立統一是控制投資的關鍵。對建筑工程進行優化設計一直是結構師們共同的目標，建筑結構的優化設計是一個比較科學系統的設計過程，不能片面強調節約投資,而降低技術和質量標準,又要反對重技術、輕經濟,設計保守浪費的現象。 因為影響工程造價和建筑質量的因素有很多，所以在實際的建筑機構設計中，一定要充分的考慮各方面的因素，在每個細節上都力求優化， 只有這樣才能實現建筑結構優化設計的最終目的，以更好的服務于我國建筑業的發展。
參考文獻：
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