高层建筑设计特点及优化

1高层建筑结构设计的特点

1.1具有较高的抗震设计要求。高层建筑结构设计时，对于其抗震性能有更高的要求，不仅需要充分的考虑竖向荷载和风荷载，同时还需要保证结构性能的良好性，只有这样才能有效的提高高层建筑结构抗震的能力，使其具有较好的牢固性和安全性。1.2减轻高层建筑自重比。在建筑结构设计上，对于减少高层建筑的自重比要比多层建筑的自重比减轻具有更直接的影响。高层建筑如果自身的自重减轻了，在相同的基础上就可以多建层数，更有益于经济效益的提高。而且高层建筑的重量与地震效应是成正比的关系的，高层建筑的重量越大，在地震发生时其作用于结构上的剪力则会越大，而所产生的倾覆力矩也会增加，这就导致作用于竖向结构的除加轴力增加，从而导致建筑物发生倒塌的可能，所以减少高层建筑的自重，可提高高层建筑结构抗震性能的重要手段。1.3重视轴向变形。采用框架体系和框架———剪力墙体系的高层建筑中，框架中柱的轴压应力往往大于边柱的轴压应力，中柱的轴向压缩变形大于边柱的轴向压缩变形。当房屋很高时，此种轴向变形的差异将会达到较大的数值，其后果相当于连续梁中间支座沉陷，从而使连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大。1.4概念设计与理论计算同样重要。在我国高层建筑结构的抗震设计时，通常分为计算设计和概念设计两部分。近几年来，我国高层建筑结构的抗震设计无论是分析手段还是分析原则都得以不断的提高和完善，但在设计计算时是在一定假想条件下进行的，但由于实际地震作用的复杂性和不确定性，所以高层建筑结构的抗震设计与实际情况存在着较大的偏差，这样就导致结构进入到弹塑性之后，极易导致局部开裂及破坏的情况发生。因此，高层建筑的概念设计也是非常重要的。

2高层建筑结构优化设计策略

目前高层建筑结构中，钢筋混凝土框架-剪力墙结构是最常采用的结构，由于其具有框架结构，所以其平面布置可以很灵活的进行布置，以获得较大的空间，整体性较好，而且抗震能力也较强，由于其框架剪力墙结构具有较多的优点，因此在水平荷载下，框架剪力墙具有单纯的框架或是单纯的剪力墙更为水利的水平变形曲线。但钢筋混凝土框-剪结构是一个具有双重承载体系的非常复杂的空间受力体系，力学分析难度较大，其优化设计就更为复杂和难以实现。钢筋混凝土框架结构的分部优化设计，即是在结构整体内力分析完成后，根据梁柱各构件的控制内力进行截面优化设计，确定满足荷载效应水平要求的各结构构件的几何特征和配筋量的优化结果，由此导致原结构的几何特征和荷载特征发生变化。优化结构在现荷载作用下内力分布特征发生变化，各构件控制截面上的控制内力也发生相应变化，据此再进行新一轮的优化设计。2.1钢筋混凝土框架结构的优化设计方法的具体步骤。1）初始选型：根据结构平面、立面布置及建筑物设计使用功能，分析结构所受的竖向荷载和水平荷载及其传力路线，并考虑施工因素，归并框架梁、柱的类型，初选梁柱的几何尺寸。2）结构分析：按照结构的实际几何构造特征，计算结构所受竖向荷载及水平荷载，对钢筋混凝土结构进行空间内力分析。根据结构分析结果，将截面尺寸相同的构件来控制截面内力，根据其大小进行分类，并确定每一类构件的设计控制内力。3）截面优化设计：针对每一种梁柱构件的控制内力进行优化设计，得出优化约束条件下的结构几何构造特征和配筋特征的优化设计结果，从而构成新的优化意义上的设计结构。4）收敛性判断：在工程精度意义上选取一个较小的数值，作为检验结构收敛性的条件，进行收敛性判断，若优化结构与原结构基本一致，则认为优化结构是收敛的，可以转入下一步的可行性判断，否则转回第2）步重新进行结构分析、优化设计。5）可行性判断：对优化设计结果进行一次内力分析，检验其可用性，若整体分析能够满足工程设计要求，则可按此方案进行配筋和构造处理，作为最终的优化设计结果。否则需根据工程经验和结构内力分析结果进行局部调整，直到方案可用为止。2.2框-剪结构的设计优化。在对框架-剪力墙设计优化时，其涉及的问题较多，主要的有三个方面。首先需要对结构最优设防水平进行决策，其次，还要对框架和剪力墙结构的协同性、承载力、刚度及变形能力进行匹配设计，最后需要对结构的构件进行优化设计。高层建筑结构的设计对于高层建筑工程的质量具有极其重要的作用，所以对于高层建筑及超高层建筑的优化设计是十分重要的，其不仅能够使高层建筑结构更加合理，而且对于高层建筑经济效益的实现及新型结构形式具有更广泛的研究和推广意义。（本文来自于《工程科技》杂志。《工程科技》杂志简介详见.）

作者：滕宝权 单位：黑龙江省新建监狱工程设计科