時間：2022-03-16 18:37:18
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［論文關鍵詞］高層建筑；結構特點；結構體系
我國改革開放以來，建筑業有了突飛猛進的發展，近十幾年我國已建成高層建筑萬棟，建筑面積達到2億平方米，其中具有代表性的建筑如深圳地王大廈81層，高325米；廣州中天廣場80層，高322米；上海金茂大廈88層，高420.5米。另外在南寧市也建起第一高樓：地王國際商會中心即地王大廈共54層，高206.3米。隨著城市化進程加速發展，全國各地的高層建筑不斷涌現，作為土建工作設計人員，必須充分了解高層建筑結構設計特點及其結構體系，只有這樣才能使設計達到技術先進、經濟合理、安全適用、確保質量的基本原則。
一、高層建筑結構設計的特點
高層建筑結構設計與低層、多層建筑結構相比較，結構專業在各專業中占有更重要的位置，不同結構體系的選擇，直接關系到建筑平面的布置、立面體形、樓層高度、機電管道的設置、施工技術的要求、施工工期長短和投資造價的高低等。其主要特點有：
（一）水平力是設計主要因素
在低層和多層房屋結構中，往往是以重力為代表的豎向荷載控制著結構設計。而在高層建筑中，盡管豎向荷載仍對結構設計產生重要影響，但水平荷載卻起著決定性作用。因為建筑自重和樓面使用荷載在豎向構件中所引起的軸力和彎矩的數值，僅與建筑高度的一次方成正比；而水平荷載對結構產生的傾覆力矩、以及由此在豎向構件中所引起的軸力，是與建筑高度的兩次方成正比。另一方面，對一定高度建筑來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風荷載和地震作用，其數值是隨著結構動力性的不同而有較大的變化。
（二）側移成為控指標
與低層或多層建筑不同，結構側移已成為高層結構設計中的關鍵因素。隨著建筑高度的增加，水平荷載下結構的側向變形迅速增大，與建筑高度H的4次方成正比（＝qH4/8EI）。
另外，高層建筑隨著高度的增加、輕質高強材料的應用、新的建筑形式和結構體系的出現、側向位移的迅速增大，在設計中不僅要求結構具有足夠的強度，還要求具有足夠的抗推剛度，使結構在水平荷載下產生的側移被控制在某一限度之內，否則會產生以下情況：
1.因側移產生較大的附加內力，尤其是豎向構件，當側向位移增大時，偏心加劇，當產生的附加內力值超過一定數值時，將會導致房屋側塌。
2.使居住人員感到不適或驚慌。
3.使填充墻或建筑裝飾開裂或損壞，使機電設備管道損壞，使電梯軌道變型造成不能正常運行。
4.使主體結構構件出現大裂縫，甚至損壞。
（三）抗震設計要求更高
有抗震設防的高層建筑結構設計，除要考慮正常使用時的豎向荷載、風荷載外，還必須使結構具有良好的抗震性能，做到小震不壞、大震不倒。
（四）減輕高層建筑自重比多層建筑更為重要
高層建筑減輕自重比多層建筑更有意義。從地基承載力或樁基承載力考慮，如果在同樣地基或樁基的情況下，減輕房屋自重意昧著不增加基礎造價和處理措施，可以多建層數，這在軟弱土層有突出的經濟效益。
地震效應與建筑的重量成正比，減輕房屋自重是提高結構抗震能力的有效辦法。高層建筑重量大了，不僅作用于結構上的地震剪力大，還由于重心高地震作用傾覆力矩大，對豎向構件產生很大的附加軸力，從而造成附加彎矩更大。
（五）軸向變形不容忽視
采用框架體系和框架——剪力墻體系的高層建筑中，框架中柱的軸壓應力往往大于邊柱的軸壓應力，中柱的軸向壓縮變形大于邊柱的軸向壓縮變形。當房屋很高時，此種軸向變形的差異將會達到較大的數值，其后果相當于連續梁中間支座沉陷，從而使連續梁中間支座處的負彎矩值減小，跨中正彎矩值和端支座負彎矩值增大。
（六）概念設計與理論計算同樣重要
抗震設計可以分為計算設計和概念設計兩部分。高層建筑結構的抗震設計計算是在一定的假想條件下進行的，盡管分析手段不斷提高，分析的原則不斷完善，但由于地震作用的復雜性和不確定性，地基土影響的復雜性和結構體系本身的復雜性，可能導致理論分析計算和實際情況相差數倍之多，尤其是當結構進入彈塑性階段之后，會出現構件局部開裂甚至破壞，這時結構已很難用常規的計算原理去進行分析。實踐表明，在設計中把握好高層建筑的概念設計也是很重要的。
二、高層建筑的結構體系
（一）高層建筑結構設計原則
1.鋼筋混凝土高層建筑結構設計應與建筑、設備和施工密切配合，做到安全適用、技術先進、經濟合理，并積極采用新技術、新工藝和新材料。
2.高層建筑結構設計應重視結構選型和構造，擇優選擇抗震及抗風性能好而經濟合理的結構體系與平、立面布置方案，并注意加強構造連接。在抗震設計中，應保證結構整體抗震性能，使整個結構有足夠的承載力、剛度和延性。
（二）高層建筑結構體系及適用范圍
目前國內的高層建筑基本上采用鋼筋混凝土結構。其結構體系有：框架結構、剪力墻結構、框架—剪力墻結構、筒體結構等。
1.框架結構體系。框架結構體系是由樓板、梁、柱及基礎四種承重構件組成。由梁、柱、基礎構成平面框架，它是主要承重結構，各平面框架再由連系梁連系起來，即形成一個空間結構體系，它是高層建筑中常用的結構形式之一。
框架結構體系優點是：建筑平面布置靈活，能獲得大空間，建筑立面也容易處理，結構自重輕，計算理論也比較成熟，在一定高度范圍內造價較低。
框架結構的缺點是：框架結構本身柔性較大，抗側力能力較差，在風荷載作用下會產生較大的水平位移，在地震荷載作用下，非結構構件破壞比較嚴重。
框架結構的適用范圍：框架結構的合理層數一般是6到15層，最經濟的層數是10層左右。由于框架結構能提供較大的建筑空間，平面布置靈活，可適合多種工藝與使用的要求，已廣泛應用于辦公、住宅、商店、醫院、旅館、學校及多層工業廠房和倉庫中。
2.剪力墻結構體系。在高層建筑中為了提高房屋結構的抗側力剛度，在其中設置的鋼筋混凝土墻體稱為“剪力墻”，剪力墻的主要作用在于提高整個房屋的抗剪強度和剛度，墻體同時也作為維護及房間分格構件。
剪力墻結構中，由鋼筋混凝土墻體承受全部水平和豎向荷載，剪力墻沿橫向縱向正交布置或沿多軸線斜交布置，它剛度大，空間整體性好，用鋼量省。歷史地震中，剪力墻結構表現了良好的抗震性能，震害較少發生，而且程度也較輕微，在住宅和旅館客房中采用剪力墻結構可以較好地適應墻體較多、房間面積不太大的特點，而且可以使房間不露梁柱，整齊美觀。
剪力墻結構墻體較多，不容易布置面積較大的房間，為了滿足旅館布置門廳、餐廳、會議室等大面積公共用房的要求，以及在住宅樓底層布置商店和公共設施的要求，可以將部分底層或部分層取消剪力墻代之以框架，形成框支剪力墻結構。
在框支剪力墻中，底層柱的剛度小，形成上下剛度突變，在地震作用下底層柱會產生很大內力及塑性變形，因此，在地震區不允許采用這種框支剪力墻結構。
3.框架—剪力墻結構體系。在框架結構中布置一定數量的剪力墻，可以組成框架—剪力墻結構，這種結構既有框架結構布置靈活、使用方便的特點，又有較大的剛度和較強的抗震能力，因而廣泛地應用于高層建筑中的辦公樓和旅館。
4.筒體結構體系。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。這時可以由剪力墻構成空間薄壁筒體，成為豎向懸臂箱形梁，加密柱子，以增強梁的剛度，也可以形成空間整體受力的框筒，由一個或多個筒體為主抵抗水平力的結構稱為筒體結構。通常筒體結構有：
（1）框架—筒體結構。中央布置剪力墻薄壁筒，由它受大部分水平力，周邊布置大柱距的普通框架，這種結構受力特點類似框架—剪力墻結構，目前南寧市的地王大廈也用這種結構。
（2）筒中筒結構。筒中筒結構由內、外兩個筒體組合而成，內筒為剪力墻薄壁筒，外筒為密柱（通常柱距不大于3米）組成的框筒。由于外柱很密，梁剛度很大，門密洞口面積小（一般不大于墻體面積50%），因而框筒工作不同于普通平面框架，而有很好的空間整體作用，類似一個多孔的豎向箱形梁，有很好的抗風和抗震性能。目前國內最高的鋼筋混凝土結構如上海金茂大廈（88層、420.5米）、廣州中天廣場大廈（80層、320米）都是采用筒中筒結構。
（3）成束筒結構。在平面內設置多個剪力墻薄壁筒體，每個筒體都比較小，這種結構多用于平面形狀復雜的建筑中。
（4）巨型結構體系。巨型結構是由若干個巨柱（通常由電梯井或大面積實體柱組成）以及巨梁（每隔幾層或十幾個樓層設一道，梁截面一般占一至二層樓高度）組成一級巨型框架，承受主要水平力和豎向荷載，其余的樓面梁、柱組成二級結構，它只是將樓面荷載傳遞到第一級框架結構上去。這種結構的二級結構梁柱截面較小，使建筑布置有更大的靈活性和平面空間。
除以上介紹的幾種結構體系外，還有其他一些結構形式，也可應用，如薄殼、懸索、膜結構、網架等，不過目前應用最廣泛的還是框架、剪力墻、框架—剪力墻和筒體等四種結構。
［參考文獻］
［1］GB50011－2001建筑抗震設計規范.
［2］GB50010－2002混凝土結構設計規范.
在建筑結構設計過程中，其結構材料的選擇對結構整體性能也有重大影響，表1列出了結構材料性能對比。當前，設計人員在對房屋建筑進行設計時，應重視鋼結構的應用，其與傳統的結構相比，具有相當大的優勢:①相比于混凝土以及磚石結構，鋼結構的力學性能更好，其能夠把建筑結構受力體系由平面發展至空間，增強建筑安全性能;②鋼結構更加輕盈，具有明顯的技術美、藝術美以及自然美;③鋼材料類型多樣，建筑手段與方法層出不窮，此兩者相結合來，有利于提高建筑施工進度，降低施工成本。綜上所述，鋼結構應用于房屋建筑中，不但能夠滿足人們對于建筑物耐用性、功能性以及安全性的要求，還能夠提高其經濟性與美觀性，符合建筑結構優化的目標，十分值得推廣。
2房屋建筑結構優化技術應用中需要注意的問題
2.1前期的參與
對于建筑施工項目而言，其前期的設計方案很大程度上直接決定了建筑施工質量和施工成本，但是不少建筑項目的前期方案確定時，并未進行結構設計的優化，忽略了建筑結構的合理性以及經濟性，從而使得結構設計難度及成本在一定程度上被提高了。因此，對于設計人員而言，在建筑的前期設計中一定要重視優化設計方案的融入，從而達到節約成本、提高質量的目的。
2.2細部優化
當設計人員對建筑的結構進行優化設計時，其不僅要關注整體設計，更要關注到基本構件的精細設計。例如:在對現澆板進行設計時，應重視其受力程度，避免產生拐角裂縫。當前，隨著科學技術的不斷發展，優化設計的理論同計算機技術相結合，優化設計也從工程實踐向著數學問題發展。因此，對于工程設計人員而言，其應全面掌握計算機技術的優化設計，提高建筑設計的合理性和準確性。
3工程實例
3.1工程概況
下文主要分析了某住宅建筑的結構優化設計，該住宅建筑地上32層，地下1層，結構形式為鋼結構框架剪力墻。根據該建筑項目的實際需求以及現場情況綜合分析之后，決定應用結構優化設計，實現對傳統的結構設計模式的改進與創新。在優化設計中，以計算機為輔助，實現了對整個工程的全局優化。
3.2優化設計規范
在對該建筑工程項目進行結構優化設計時，設計人員嚴格地遵循有關結構設計的規范，針對結構設計中所存在的不足，如:安全性較差、要求過寬等，結合實際施工條件對其進行了優化處理。
3.3前期參與
在本工程中，設計人員在工程的前期規劃中即結合了結構優化設計，根據工程項目的實際需求與施工條件，對建筑結構形式進行了科學取舍，保證其施工可行性與經濟性。值得注意的是，在建筑前期規劃中，設計人員不應僅憑自身的經驗進行結構的優化設計，否則容易出現對建筑結構體系受力情況把握不當的現象，直接導致建筑質量不過關，不利于后期的施工，容易造成建筑建設成本的大幅度增加。
3.4概念設計
在建筑項目的建設過程中，若是其結構布局方式不同，設計效果也大不相同。因此，在對房屋結構進行優化設計時，應實現細部結構優化和概念設計的有機結合，從而切實有效提高結構優化設計效果。在本工程中，將建筑的概念設計作為了設計工作中的一大重點，貫穿于整個的設計過程之中。概念設計主要是對缺乏相應數值的細節進行處理，例如:地震設防烈度量化等情況，若是僅僅依靠相應的公式進行設計計算，得出的結果必然會和實際情況存在較大差異，而使用概念設計，則可將數值當作一種參考依據，實現對結構設計中細節的合理把握，提高結構優化設計的質量。
3.5結構優化設計的效益分析
在本工程中，優化后方案同優化前方案相比，更加科學合理;同時，其有效降低了施工成本，工程結束后，對整個工程造價進行計算，發現工程造價降低了26%。
4結語
關鍵詞:建筑結構；檢測；加固
在需要對建筑物的施工質量進行評定時，或當建筑物由于某種原因不能滿足某項功能的要求或對滿足某項功能的要求產生懷疑時，就需要對建筑物的整體結構、結構的某一部分或某些構件進行檢測。當判定被檢結構存在安全隱患時，就應該對其進行加固處理，或者拆除。
以前，建筑結構檢測、加固的重點主要是面對舊房，但近十年來，無論舊房或新房都存在著檢測、加固的問題，建筑結構檢測檢測、加固的工作越來越多。一般來說，在下列情況下要對建筑物進行檢測、鑒定和加固：(1)設計不周或有誤；如對工程地質、水文地質尾部和地基情況了解不全，地基承載力估計過高，漏算或少算作用于結構上的荷載；設計人員受力分析概念不清，結構內力計算錯誤等；(2)施工質量低劣；如混凝土強度等級低于設計要求，鋼筋混凝土結構構件有蜂窩、孔洞、露筋等缺陷，鋼筋力學性能不符合設計要求；或砌體砌筑方法不當，造成通縫，空心砌塊不按設計要求灌筑混凝土芯柱；或鋼結構的焊接質量或焊縫高度達不到設計要求；(3)使用或改造不當；如未經核算就在原有建筑物上加層或對其進行改造，造成原有結構承載力不足，使用過程中任意改變用途加大荷載；或隨意拆除承重墻或墻上開洞；（4）使用環境惡化；如結構長期受到高溫、振動、酸、堿、鹽、雜散電流等不利因素作用，引起結構構件的腐蝕性和損傷等。(5)建筑物年久失修．結構有損傷或破壞，不能滿足目前的使用要求或安全度不足；(6)由于各種災害事件的影響使結構產生裂縫或者破壞；(7)需要對古建筑、歷史性建筑進行進一步維護、保護。
建筑結構試驗檢測技術是以相應現行規范為根據、以實驗為技術手段，測量能反映結構或構件實際工作性能的有關參數，為判斷結構的承載能力和安全儲備提供重要依據。建筑結構試驗檢測不僅對新建工程安全性能的評定起重要作用，而且對于危舊房屋的更新改造、古建筑和受損結構的加固修復等提供直接的技術參數。
一、常用檢測方法
結構檢測工作包括的內容比較多，一般有結構材料的力學性能檢測、結構的構造措施檢測、結構構件尺寸檢測、鋼筋位置及直徑檢測、結構及構件的開裂和變形情況檢測及結構性能實荷檢測等。我們按所檢的結構種類把建筑結構檢測方法分為：混凝土結構檢測、砌體結構檢測、鋼結構檢測和鋼一混凝土組合結構檢測等。對某些結構或構件為獲得其結構承整體受力性能或構件承載力、剛度或抗裂性能，可進行結構或構件的整體性能的靜力實荷檢驗。對某些重要建筑和大型的公共建筑還可進行結構的動力測試。其中靜力實荷檢驗可分為使用性能檢驗、承載力檢驗和破壞性檢驗。使用性能的檢驗主要用于驗證結構或構件在規定荷的作用下不出現過大的變形和損傷，結構或構件經過檢測后還必須滿足正常使用要求；承載力檢驗主要用于驗證結構或構件的設計承載力；破壞性檢驗主要用于確定結構或模型的實際承載力。對混凝土結構的混凝土材料強度目前廣泛應用的檢測方法是鉆芯法和回彈法。鉆芯法是在建筑構件上鉆取混凝土芯樣直接進行抗壓強度檢驗，結果準確可靠，但會造成對結構物局部的損壞，尤其是對重要的結構部位，無法進行大量的檢測。非破損法中的回彈法、超聲法、超聲一回彈綜合法所測定的參數（回彈值、聲速值）對混凝土強度來說并不很敏感，測試結果精度不高。拔出法是一種介于鉆芯法和非破損檢測方法之間的混凝土強度微破損檢測方法，操作簡便易行，對結構物損傷極小，又有足夠檢測精度．尤其是近20年才出現的后裝拔出法無需預先在混凝土中埋置錨固件，而是在己硬化的混凝土上通過鉆孔、擴槽、嵌人的方法將錨固件置人并固定其中，因此，在己硬化的新舊混凝土的各種構件上都可以使用，適應性很強，檢測結果的可靠性也較高，特別是當現場結構缺少混凝土強度的有關試驗資料時，是非常有價值的一種檢驗評定手段。對砌體結構的檢測目前主要使用軸壓法、扁頂法、原位單剪法、原位單磚雙剪法、推出法、筒壓法、砂漿片剪切法、回彈法、點荷法、射釘法。這些檢測方法大致可分為兩類：直接法和間接法，前者為檢測砌體抗壓強度和砌體抗剪強度的方法，后者為測試砂漿強度的方法。直接法的優點是直接測試砌體的強度參數，反映被測試工程的材料質量和施工質量，其缺點是試驗工作量較大，對砌體有一定的損傷；間接法是測試與砂漿強度有關的物理參數，進而推定其強度，“推定”時難免增大測試誤差，也不能綜合反應工程的材料質量和施工質量，使用時具有一定的局限性，其優點是測試工作較為簡便，對砌體工程損傷較少或無損傷。檢測方法的選用應綜合考慮結構情況，選用直接或間接或兩者綜合。由于鋼結構的材質均勻，因此具有強度、塑性與韌性均能較方便地進行測試的優勢。
二、常用加固方法
一般所需加固的結構大都存在由于結構自身的承載能力因災害（如火災、腐蝕、凍害）或施工質量不到位或功能改變等因素的影響而導致結構承載能力不足的現象，所采用的加固方法多是從提高結構的有效受力面積出發（如加大載面法等）減小截面的應力，或者直接改變結構的受力體系，改變其傳力途徑（如增加支撐法等）從而降低結構構件的受力，最終達到加固的目的。a）混凝土結構加固方法，b)砌體結構加固方法，c）鋼結構加固方法。結構加固中需根據實際條件以及使用要求選擇適宜的加固方法。
對于混凝土結構，在選擇加固方法的同時還需選擇相應的配套技術。其中施工技術一般有：
(1）托換技術。該技術系托梁（或析架，以下同）拆柱（或墻，以下同）、托梁接柱和托梁換柱等技術的概稱。托換技術屬于一種綜合性技術，由相關結構加固、上部結構頂升與復位以及廢棄構件拆除等技術組成，適用于已有建筑物的加固改造。與傳統做法相比，具有施工時間短?費用低、對生活和生產影響小等優點?但對技術要求比較高，需要由熟練工人來完成，才能確保安全。
(2)植筋技術。該技術系一項對混凝土結構較簡捷、有效的連接與錨固技術，可植入普通鋼筋，也可植人螺栓式錨筋，已廣泛應用于已有建筑物的加固改造工程。
(3)裂縫修補技術。該技術根據混凝土裂縫的起因、性狀和大小，采用不同封護方法進行修補，使結構因開裂而降低的使用功能和耐久性得以恢復；主要適用于已有建筑物中各類裂縫的處理，但對受力性裂縫，除修補外，尚應采用相應的加固措施。(4)碳化混凝土修復技術。該技術系指通過恢復混凝土的堿性（鈍化作用）或增加其阻抗而使碳化造成的鋼筋腐蝕得到遏制的技術，目前這一技術還不夠成熟。(5)混凝土表面處理技術。該技術是指采用化學方法、機械方法、噴砂方法、真空吸塵方法、射水方法等清理混凝土表面污痕、油跡、殘渣以及其它附著物的專門技術。
本工程采用SATWE軟件進行設計分析。基于組合有限元法建立空間組合結構計算模型，梁、柱仍采用空間桿單元，由于采用薄壁桿件代表剪力墻遇到上下洞口錯位大、框支剪力墻等問題，采用墻元模型是將剪力墻視為若干墻體組成墻組，以節點支撐傳遞上下的內力，分析精度提高。薄壁桿件模型將剪力墻視為桿件，墻元模型以豎向位移為未知量，多點傳力，變形協調。高層建筑結構考慮樓板變形，采用空間板殼單元模擬。計算模型考慮空間扭轉變形的同時也要考慮樓板變形，對計算條件要求更高，適用于樓板開有大洞口結構和復雜剪力墻結構等。本工程為剪力墻結構采用墻元模型計算分析。
2軟件計算參數選取分析
2.1地震信息輸入
①考慮偶然偏心和雙向地震作用。對于高層建筑結構，考慮偶然偏心計算出位移比大于1.2，說明結構質量和剛度分布不均勻，抗扭能力較差，此時應該計入偶然偏心的影響。②高層建筑振型計算個數。振型組合數如果取值小不能全面反映整體結構地震響應導致計算結果失真，如果計算個數過多會增加計算時間，消耗計算機資源,具體取值根據工程規模、結構規則性等因素確定。振型數太少不能正確考慮模型最大地震作用情況，本工程計算振型個數取15個。③周期折減系數。框架結構中填充墻數量較多，故折減系數較小，剪力墻結構中填充墻較少，通常折減系數取0.9-1.0之間，具體取值多少需要根據實際結構中填充墻多少及對結構剛度影響程度來確定。綜合考慮上述因素本工程為落地剪力墻結構，填充墻較少取0.98。④結構阻尼比。阻尼存在延緩結構破壞，延性得到提高。在設計地震反應譜時假定普通結構阻尼比為0.05，軟件默認值也為0.05。本工程結構阻尼比取0.05。
2.2設計信息
①梁剛度放大系數。采用剛性樓板假定計算樓板自身剛度沒有考慮到主體結構中，規范規定通過采用放大梁剛度方法來近似考慮樓板剛度對結構貢獻。在計算時梁按未考慮剛度放大前數值計算，如果不乘剛度放大系數梁承載力仍能滿足荷載組合作用下設計要求，說明梁不存在安全隱患。本工程梁剛度放大系數取1.5。②連梁剛度折減系數。為保證連梁在正常使用狀態下不發生開裂或開裂變形在一定范圍內，該參數取值不宜小于0.5，實際工程設計時取0.7。此項系數大小對于以墻體開洞方式形成連梁和以普通梁方式輸入連梁都起作用。本工程取0.7。③梁扭矩折減系數。若現澆樓板按樓板剛性假定計算，考慮到受力過程中樓板和梁共同抵抗扭矩而對梁扭矩值進行折減，參數取值范圍一般為0.4-1.0。定義彈性樓板，在計算時考慮樓板和梁抗扭作用，所以梁扭矩值無需再折減。本工程取0.4。
3計算結果分析
3.1周期和周期比計算結果分析
結構自振周期主要與自身質量、剛度有關，質量越大周期越大，剛度越大周期越小。本工程周期比為1.9794/2.4460=0.81滿足要求。如果計算結果超出規范規定范圍，說明結構扭轉效應明顯，通過增加結構主要構件剛度，減小內部主要構件剛度來提高整體抗扭能力。
3.2位移計算結果分析
本工程樓層位移和層間位移比計算結果豎向均勻布置，沒有非常明顯剛度和質量突變，經軟件計算后輸出位移圖形光滑，沒有嚴重畸變點。由于建筑平面呈一字型布置，在確定設計方案時有一定處理，X方向抗側剛度還是大于Y方向，結構X方向最大位移值和層問位移比計算值均比Y方向小。經軟件計算發現最大位移或層間位移比超過限值，考慮適當加強結構抗側能力，采取結構方案適當調整，加大主要抗側構件尺寸等措施。
3.3側移剛度計算結果分析
規范規定高層建筑結構層間側向剛度不宜小于相鄰樓層70％或其上部三層相鄰樓層80％；對于計算分析存在薄弱層則按規定將樓層剪力計算值再乘以1.15增大系數，計算結果仍然要滿足剪重比規定以保證薄弱樓層抗震能力。為保證結構豎向均勻布置，避免剛度有突變存在，突變處由于在地震作用下變形一致容易破壞。由于本工程結構豎向布置均勻，未形成薄弱層。
3.4剪重比計算結果分析
采用振型分解反應譜法計算自振周期長結構時，由于地震影響系數取值偏小，相應地震作用計算值偏低，按照規范規定本工程剪重比最小值為0.024。若軟件計算剪重比結果小于規范要求時說明結構剛度相對于水平地震剪力過小，結構不安全；但剪重比過分大，雖然結構剛度好但經濟指標較高宜適當減少墻、柱等豎向構件截面面積達到節省工程造價目的。本工程地上主體結構一層為第4層，剪重比計算結果滿足相應要求。X方向有效質量系數99.49％，Y方向有效質量系數99.47％。
3.5剛重比計算結果分析
高層鋼筋混凝土結構自身重量很大，如果沒有側向荷載作用，結構穩定性良好不會發生失穩破壞，但在風或地震等水平荷載作用下結構一旦發生側移，由于自身強大慣性產生明顯二階效應。為保證結構良好抗震抗風性能，需要控制二階效應影響，避免結構發生整體側向位移變形時失穩倒塌。本工程X向剛重比EJd/GH**2=6.47，Y向剛重比EJd/GH**2=6.42，二者都大于1.4，能夠通過結構整體地穩定性驗算，都大于2.7，可以不考慮重力二階效應。
4結論
建筑設計實質就是設計師在遵循美觀實用等原則的前提下，根據建筑地區不同的情況進行綜合利用，運用建筑學設計理論進行設計。就建筑學的設計理論而言，主要有兩個體現部分：于建筑工程的結構設計；于建筑結構優化設計。房屋建筑工程結構優化設計包括了對內部結構細微部分的優化設計、對圍護結構的優化設計、對房屋頂部的優化設計，還包括了工程造價方面對建筑造價的分析、對建筑物的受力分析以及對周圍設施的布置等方面。房屋結構設計不僅需要在設計前期加以重視，還需要在施工和建設后期的關注。在進行具體建筑施工中，需要根據建筑的實際情況不斷的改進方案選擇最佳方案，將房屋建筑綜合指數最佳的設計方案作為施工建筑的藍本。現在的建筑設計環境對于設計人員來說是一項新的挑戰和要求，因此，作為一個設計人員，要用于應對挑戰，在設計的過程中不斷的進行對比分析，從中選擇出最優方案。在設計一些建筑的時候，設計師要根據自己學過的設計理論，在結合建筑當地的環境和建筑條件，遵循安全實用、大方美觀、節省材料的原則，開展方案設計工作，從而達到房屋建筑的最佳效果。設計人員根據工程情況，在工程的過程中對方案進行具體設計和步驟的優化。在設計平面上，建筑物需要盡量保持對稱，盡可能地縮小差異。
2.優化建筑結構設計的措施
2.1.本文結合大量的實踐工作以及自己多年工作經驗
總結出優化建筑結構設計的措施具體表現在以下幾方面，下面，我們就來詳細了解下。
第一，不斷加強剪力墻的優化設計。其中連梁是剪力墻設計的重點，這就要求我們將聯肢墻的應用重視起來，聯肢墻是利用連梁之間的各個墻通過連接形成，把墻肢的約束條件增加了。這種設計不僅可以有效的提高建筑物抗震能力，還使墻體的各個部分得到了更多的內力，雖然在具體施工中會造成一定建材的浪費，但是其所取得的效果是顯而易見的。另外，當我們對建筑結構進行設計的時候，還要在保證結構剛度和變形要求的同時，從經濟方面和抗變形等角度進行綜合的考慮，這樣才能做到最優化。
2.2.第二，要求設計人員要重視細部的優化
設計人員在注重整體結構協調的同時，也經過將細部結構設計重視起來。如在現澆板設計工作中，我們可以將異形板劃分為方形版，這樣就可以使得建筑物受力均勻，避免日后出現斷裂現象。如在建筑基礎設計中我們應該選取冷軋鋼筋作為材料，這樣既可以提高建筑的抗震性能，又可以有效的減少鋼筋使用數量，降低成本投入。
2.3.注重利用計算機技術
隨著計算機技術的成熟發展，計算機技術已經廣泛的應用到了建筑的結構設計中。通過建筑結構優化設計和計算機技術的結合，設計師利用計算機仿真的設計優化方法對建筑結構優化設計帶來了很多新的思路。建筑設計師能夠利用計算機軟件建立各種便于分析的模型，并通過計算機的優化計算，為設計師提供精確的數據，最后達到建筑設計的優化。計算機技術的運用可以說把建筑結構優化設計這樣一個工程的問題轉變成一個數學的問題。特別對于大型的復雜的建筑結構設計中，計算其技術擁有人腦不可替代的優勢。對于一些超高建筑的抗震、抗風等等設計問題，計算機技術的合理運用能夠分析得到很多精確的數據，為建筑設計師在具體的設計中提供可靠的參考數據，可以大大提高建筑設計師的工作效率。
3.結語
我國的高層建筑的設計特點大部分都集中的體現在側移、結構延性、軸向變形和水平荷載等方面。而在一些豎零件中，由于樓房的自重問題以及樓面的使用荷載，而最終產生的彎矩數值還有軸力僅僅和樓房高度的成正比，另外由于豎向荷載較水平荷載具有的不確定性而具有確定性，所以，水平荷載往往在高層建筑中起到決定性的作用。而由于在水平荷載的作用下的結構側移變形會伴隨著這個高層建筑的樓層高度的增加而漸漸增大，所以，結構側移都是整個高層建筑設計的關鍵因素和控制指標。除此之外，結構延性也可以作為高層建筑設計的重要指標。為了保證真個高層建筑擁有足夠的結構延性，就需要使其結構在進入塑性變形的階段時仍然具有較強的變形能力而不會使自身出現倒塌的現象，須在其結構的處理上采取相應的措施。此外，在整個高層建筑的設計中同樣不能忽視高層建筑的軸向變形因素的影響。
二、高層建筑的構體系
2.1框架與剪力墻
當施工中單醫德框架體系的強度及剛度無法滿足施工的實際要求時，就需要在建筑平面的某些適當位置設立相應的增加較大的剪力墻來替代一部分框架，這就形成了框架-剪力墻體系。在受到水平方向力的影響時，框架和剪力墻都需要通過有足夠大的剛度的樓板以及連梁組成的協同工作的結構體系。
2.2剪力墻體系
當承受力的主體結構主體部分全部都是由平面剪力墻構件組成的時候，就形成了剪力墻體系。在這種體系當中，一堵剪力墻就能夠承受全部的垂直荷載及水平力。而剪力墻體系屬于剛性結構的一種，其位移的曲線一般都呈現為彎曲型。而剪力墻體系自身的強度和剛度都很高，并且具有一定的延展性，抗震、抗倒塌等性能比較優越，是一種較為優秀的結構體系，能建的高度大于框架-剪力墻的混合體系。
三、高層建筑結構的相關問題分析
3.1結構超高的問題
在國家新出臺的抗震規范和新規范中，對于建筑結構的總體高度有著一定的限制，尤其是新規范當中針對建筑物超高的問題，除此之外將以前高層建筑的高度限制設定為A級高度以外還新設立了B級高度，同時相應的處理措施以及設計方案也都有極大的改變。在工程師進行實際的工程設計工作時，可能出現的由于結構類型改變的問題從而忽略此類問題出現后將導致施工圖紙再進行審查工作時未能通過，需要進行重新的設計和召開相應的專家會議來進行確切論證的情況，對工程的工期、造價等等整體規劃都將造成很大的影響。
3.2短肢剪力墻設置問題
在新的施工規范中可以看到，對于短肢剪力墻的定義就是墻肢截面的高厚比為5~8的墻體，而且根據相應的實驗數據以及工程師自身的經驗，對于短肢剪力墻在高層建筑中的應用能力較低，同時也有比較高的限制，所以，在高層建筑的設計施工中，結構工程師應當盡可能的減少采用或不用短肢剪力墻，以避免產生關于設計方面的不必要的麻煩。
3.3嵌固端設置問題
我國目前的高層建筑大部分都自帶地下室和人防，正因為如此，這樣就有可能會將嵌固端設置在地下室的頂板上，當然也有可能會設置在人防頂板等等特殊位置，因此，就在這個問題的處理上，結構設計工程師經常會忽視了由嵌固端的設置位置不當帶來的一些需要注意的問題，比如：嵌固端樓板本身的設計、嵌固端上下層剛度比的上限等等問題，而建筑工程必須要嚴謹，任何一個細小的問題都有可能在未來造成嚴重的后果。
3.4結構規則性問題
在當前新舊規范在這方面的規則出現了極大的差異，新的規范在這方面新增加了許多的限制條件，而且，新的規范增加了強制性的條文規定“即建筑不能采用嚴重不符合規范的設計方案。”因此，結構設計工程師自工作室就必須要注意對待新規范當中的的某些限制條件，以防止出現在施工后期設計圖紙設計階段的工作改動。
四、總結
應該在一限度之內控制在水平荷載作用下結構的側移。具有更高的抗震設計要求。對于高層建筑進行結構的抗震設防設計，在考慮正常使用時的風荷載和豎向荷載的同時，還必須保證結構的抗震性能良好，確保在小震的情況下不損壞，在大地震時不倒塌。
2.提高建筑結構設計質量的有效途徑
2.1要求我們工作人員要做好相關資料搜集工作，來確定最終的計算參數。對于建筑工程建設來說，建筑物所在地的地質條件決定了建筑結構設計工作開展過程中所涉及的參數。如不同地區有著不同的溫度、氣候條件、以及不同的地質條件，而在建筑結構設計中必須要參考這些基礎而又重要的數據。所以，做好相關的資料搜集對于提高建筑結構設計質量意義重大。
2.2要充分利用結構設計軟件。我們知道，21世紀是一個信息高速發展的社會，計算機、互聯網技術以及融入到社會生產、生活的方方面面，所以，要想不斷提高建筑結構設計工作質量，就必須采用先進、科學的計算機軟件，來代替傳統的手工計算方法，提高計算設計數據的準確性，但是，我們工作人員也決不能過度依賴計算機軟件所計算出的結果，要對計算機所得出的結果進行系統的分析和論斷，確定無誤后在應用于設計工作中去。
2.3在結構設計工作開展中要認識到抗震設計的重要性。大多數結構設計人員常犯的錯誤就是在設計過程中只重視建筑橫向框架的設計，而忽視縱向框架的設計，而往往科學的抗震設計要將橫向設計和縱向設計有效結合，才能設計出科學的抗震性。也就是說橫向設計與縱向設計二者同等重要。所以，在抗震設計過程中我們要嚴格遵循小震不壞、中震可修、大震不倒的抗震設計原則，這就要求結構設計應設計成延性結構。延性結構的變形能力能夠有效地承載一定的地震作用。
2.4重視概念設計存在的差異進而對結構進行優化設計。在結構概念設計階段，我們應該如實參考建筑所在地的地質條件，并且將該建筑所具備的功能結合在一起，同時要充分考慮到建筑的安全性、沒關系、經濟性，最終確定建筑結構的科學方案。同時在概念設計中應處理好總體布局與關鍵細節之間的關系，使兩者兼顧，從而全面提高建筑結構的可靠性。
2.5在進行建筑結構方案設計及相關設計內容中，其設計工作人員在執行結構設計的過程中應當遵循統一的規范管理內容。對出現異議的情況，應當由相關的專門負責人進行解決。其最終意見主要由專門負責人以及總工程師進行確定，不能一意孤行，以免對工程質量和進度造成負面影響。
3.結語
簡單來講智能土木結構是智能結構應用于土木結構的產物，現代社會的人們對于建筑的要求越來越高了，而其中最為重要的就是土木結構智能化。智能結構可以說是一種仿生結構體系，集合了驅動器、主結構、傳感器和控制器，具有環境適應力、結構自監控和損傷自修復的特點，甚至智能結構能夠在危險發生的狀況下保護自身結構不受到傷害。建筑行業的飛速發展對建筑提出了智能化需求，土木工程師們會將仿生功能材料融入到基體材料中，使得傳統建筑結構擁有智能化的工程，人們在習慣上將其稱為智能土木結構。智能土木結構出現了之后，進一步解決了結構評估的完整性、耐久性、強度和安全性等等的問題，更大程度上減少了建筑結構維修費用，增強了土木結構預測能力。比如說智能土木結構具有自內而外預報方式，主要的原理就是在傳統土木結構的內部植入一些傳感器，組成一個網絡，進而對結構性能進行實時監測。智能土木結構在建筑結構中的應用前景還是十分良好的，到目前為止智能土木結構主要應用于了高層建筑、橋梁和大壩等工程。近幾年來的民用建筑和結構都采用了大規模、高性能的分布式智能檢測系統。這些智能檢測系統都能夠為智能大廈發展建立堅實基礎，我國的智能大廈，到目前為止，我國智能大廈已經如同雨后春筍般不斷涌現。
2現代建筑結構中智能土木結構的應用
2.1智能傳感元件在現代建筑結構中的應用
土木工程中通常會在建筑結構中粘貼或者是埋入一些傳感元件來對建筑物進行健康檢測，在確保檢測結果正確性的同時，還要對建筑物的穩固性和安全性進行更為確切檢測和評價，獲取最為精準的數據，從而對建筑物的命運做出判決，進行維修或者是直接報廢。對于一些比較重大的土木工程建筑來說，由于其結構的修建時間比較長，設備相對來說都比較陳舊，傳統傳感器并不能夠適應這種內部環境，這個時候選擇高性能的傳感器檢測結構健康是十分有效的。利用智能材料、光纖等制作成傳感器并且應用于土木工程的發展歷程當中已經具有了劃時代的意義，使得土木工程的發展史開辟出了全新的篇章。
2.2建筑工程健康監測的具體實施過程
智能土木結構在建筑工程的結構損傷和健康檢測方面都起到了十分重要的作用。在土木工程當中，建筑物的檢測通常會采用目測的方法，除此之外還會利用到聲發射、超聲波以及X射線等無損性的檢測，利用這種方法能夠有效杜絕很多弊端，在建筑物的內部結構中出現了破損情況，或者是建筑物的實時動態都能夠得到準確檢測，在滿足了人們對建筑整體了解的需求之上還能夠保證檢測效率和檢測準確率。比如說當建筑物發生了損傷，內部就會出現裂紋，這些裂紋在外部力量的作用下會加大損傷的力度，并且會以聲速擴散，而這些都會被特殊材料制成的傳感元件所感知到，讓相關的工作人員能夠更加及時準確地掌握整個建筑物的內部情況，對建筑物進行更為及時的整體規劃，采取一些措施來避免建筑物事故的發生。
2.3現代建筑節能支持
智能土木結構不僅僅為普通建筑提供了安全檢測的功能，還能夠為智能建筑提供節能技術，并且已經在實際中得到了逐步的推廣使用，建筑師們也在此基礎上提出了節能建筑的概念。所謂節能建筑其實就是在設計和建造的過程中，均盡量采用節能型的材料和器具，利用智能土木結構使得建筑本身具備監測控制能力，隨著外部環境的變化而適當地做出調整，把建筑的自身能耗降低到最低的水準。智能土木結構為現代建筑節能提供的技術支持能夠更好地實現綠色建筑，更加有利于環境友好和可持續發展。
3智能土木結構提升策略
3.1提高智能傳感的技術
傳感元件的應用是絕對離不開傳感技術，所以提高智能傳感技術已經是勢在必行的了。從仿生學的角度來看，傳感器就像是建筑物自身的感受器官，要想提高智能傳感技術就必須要從傳感技術的系統性入手，提高傳感器的處理、感知、識別的能力，并且在這個基礎上要提高傳感器系統的靈敏度和可靠性，實現整體傳感技術智能化。在建筑工程當中，傳感元件要保證不影響建筑外形結構，要同建筑材料形成較好的相容性，把對建筑物的影響盡可能地降低到最低的水平，提高建筑物當中信號的抗干擾能力。
3.2發展智能控制集成
智能控制系統是一個相當于人類大腦神經中樞的最高級部分，這不僅僅取決于運動系統和感覺系統的運行程序，還擔負著整個腦神經的高級功能運轉。在土木工程的內部安裝集控系統中，能夠對一些強降雨和風暴做出迅速的應急，盡可能地降低損失，因此，相關建筑人員應該重視對于智能控制集成的開發和利用。例如說，在一些強臺風的天氣，各地方都會重視安全預警，而智能建筑中發展集成控制就能夠更加及時地對整個環境進行控制，確保整個建筑的安全。
4結束語
大樓平面形體是Z字形，L/Bmax=0．56＞0．35，為不規則建筑結構，豎向存在立面縮進，層高差別大。通過初步運算發現，結構在風荷載和地震影響下的位移角可達到規定的要求，雖然可達到規范需要，然而第二周期扭轉因子已經很大，達到0．34，這說明此結構抗扭剛度顯然不夠。與此同時，此結構在考慮偶然偏心情況下的扭轉位移比X向和Y向都大于1．30，甚至還有1．40的，此結構的扭轉效應比較嚴重，屬于扭轉不規則，裙房4層時薄弱層，剛度低于上3層平均剛度的近八成，首層是軟弱層，抗剪承載力達不到上層的八成，此結構不規則位置為5項，屬嚴重不規則結構，此樓上下層功能較多，地下室是車庫，業主要求有較大空間布置墻體受到約束，2到4層時酒店多功能廳，需空間寬敞，布置墻體受約束，5到12層時酒店客房，不允許在建筑外側設置剪力墻，12以上是辦公樓，中間也很難布置墻體，很多功能使此樓中部和邊上很難存在墻體上下貫通。此樓設計中的關鍵工作為調整周期比及扭轉位移比，因此樓平面凹凸不規則，2個核心筒都處于兩端，剛度十分的不均勻，剛心和質心有很大的偏差，在地震的影響下容易出現扭轉破壞。控制周期比和控制位移比相同，但控制周期比的側重點在于測向剛度和扭轉剛度間的相對性，主要目的是抗側力平面布置更加合理、有效，促使建筑結構不產生過大的扭轉效應。所以，控制周期比的主要目的是使結構抗側力構件的布置更加均勻、合理，而不是讓結構更具有剛度。若是平動第一周期和扭轉第一周期相對接近，因振動藕連作用，結構扭轉效果應該會變化的較為明顯。然而，此大廈第二周期扭轉因子為0．34，一般認為其扭轉剛度較弱，需要進行調整，不可只認為平動和扭轉第一周期的比值低于0．9就可以，同時還需要考慮平動周期內的扭轉因子，如若不然在地震較大時結構第一周期很有可能就會是扭轉周期。考慮到這一比如哦環節，應該針對結構豎向構件進行調整:首先，在結構左上方及右下方各加1片相對較長的剪力墻，加強建筑物周邊結構構件的抗扭性，同時還要把結構剛心大幅度的推向左側;其次，在右下角核心筒位置開洞，降低此處的剛度，這主要是原因這一位置核心筒有很大偏心，這使得剛度中心向左側偏移;第三，取消上部核心筒下端的1個小核心筒，降低中間剛度，并把此核心筒連梁減弱，從而使結構剪力墻更為均勻，這對于結構扭轉周期比和位移比皆大有裨益。首層高度8m，致使受剪承載力低于上層的近八成，要妥善處理抗剪承載力不夠的問題，應該增加抗剪截面或是提升混凝土的強度大小，具體辦法為再首層以下每層柱截面都增加100mm，強厚增加50mm，混凝土強度增加一級，這之后受剪承載力比會在大于90%，達到基本需要。此大廈第4層初算是薄弱層，4層頂便是裙房屋面，擴大裙房屋面梁截面，增加屋面板厚度，能夠有效防止薄弱層。經過以上調整，此大廈5項不規則調整成2項不規則，防止了申報超限情況的發生。
2調整前后的周期參數
由于1個小核心筒被取消，剛度變低，然而調整結構之后剛度顯然比調整之前更加均勻，同時也加強了抗扭剛度，扭轉位移比得到了顯著的改善，最大扭轉位移比都低于1．20，屬規則建筑結構、一個平面上顯然不規則的結構經過科學調整剛度，能夠使其成為規則的結構。
3抗震技術的應用全面分析
工程實際的每一方面因素，一般應用的抗震技術有:(1)在條件允許的情況下，盡可能增加周邊剪力墻的厚度，特別是離剛心最遠的位置，把剛心及質心的偏心率調整成最低，降低扭轉周期，把建筑結構調整為扭轉規則的結構;(2)減弱核心筒的連梁，應用弱連接梁進行連接，增加平動周期和平扭周期比;(3)科學控制墻柱的軸壓比，提升柱縱筋的配筋率及箍筋配筋率，縱筋配筋率都要擴大一級，柱箍筋全樓進行加密，角柱加芯柱，以此提升結構豎向構件在強震時抗形變水平;(4)在凹角位置設置45°的斜向鋼筋，抵抗角區應力集中，加強薄弱位置的配筋與板厚;(5)雖然四層可不算作規范中的薄弱層，但是計算時依然要按照薄弱層進行運算，地震剪力需要乘以1．15增大系數，并且要強化此樓層的墻柱配筋，提升建筑結構在強震中的抗形變水平。
4結語
