時(shí)間：2023-06-02 09:02:23
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關(guān)鍵詞：房屋建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；優(yōu)化措施
在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，必須秉持設(shè)計(jì)優(yōu)化的理念，才能確保工作的順利進(jìn)行，既可以確保房屋具備高質(zhì)量，還能切實(shí)提升房屋安全性與美觀度。為了優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，達(dá)到提升建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量水平的目的，必須切實(shí)分析設(shè)計(jì)狀況，采取安全、先進(jìn)的技術(shù)，為優(yōu)化升級(jí)設(shè)計(jì)工作提供幫助。
1房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的含義及重要性
房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化工作內(nèi)容較多，較為繁雜，影響因素多，需要綜合考慮。為實(shí)現(xiàn)優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的，既要綜合考慮施工材料的價(jià)格、性能、安全性，還必須站在宏觀的角度考慮建筑空間如何安排，確保設(shè)計(jì)的空間既美觀又具有功能性，綜合上述內(nèi)容及建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合具體設(shè)計(jì)要求開(kāi)展設(shè)計(jì)工作。此外，房建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化還必須制定目標(biāo)，明確結(jié)構(gòu)的具體功能和使用目的，細(xì)分設(shè)計(jì)工作的內(nèi)容，循序漸進(jìn)地開(kāi)展優(yōu)化工作，保障最后得出的優(yōu)化方案切實(shí)可行、性價(jià)比高，設(shè)計(jì)出的結(jié)構(gòu)安全、美觀。房建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化工作的優(yōu)勢(shì)：（1）房建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作內(nèi)容繁雜，與建筑行業(yè)的許多知識(shí)相關(guān)，其優(yōu)化工作也與許多學(xué)科存在聯(lián)系，具有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性。（2）優(yōu)化后的房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案相較于優(yōu)化前，在美觀性、安全性、功能性等方面都具有較大優(yōu)勢(shì)，經(jīng)過(guò)優(yōu)化的房屋建筑的質(zhì)量大幅度提升，實(shí)用性更強(qiáng)。（3）經(jīng)過(guò)優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案具有便于管理和便于施工的特點(diǎn)，規(guī)范的施工以及系統(tǒng)化的現(xiàn)場(chǎng)管理可以大幅度提升施工安全性和工程質(zhì)量，還可以加快施工進(jìn)度，有效減少施工成本。（4）新穎的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案可以推動(dòng)建筑行業(yè)走向多元化，滿足人們的居住需求，提升人們的居住質(zhì)量。
2房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的優(yōu)化措施
2.1優(yōu)化主體結(jié)構(gòu)
設(shè)計(jì)師開(kāi)展設(shè)計(jì)工作時(shí)，應(yīng)將重點(diǎn)放在提升結(jié)構(gòu)安全性和實(shí)用性上，通過(guò)持續(xù)優(yōu)化設(shè)計(jì)達(dá)到提升結(jié)構(gòu)承載能力的目的，還可以在一定程度上提升建筑質(zhì)量。在環(huán)境條件欠佳的情況下，依然能夠確保安全，盡可能降低建筑結(jié)構(gòu)受外界不良條件影響的程度，防止沉降、傾斜、坍塌破損等情況發(fā)生。剪力墻結(jié)構(gòu)建筑穩(wěn)定程度與建筑剪力墻布置存在關(guān)聯(lián)，設(shè)計(jì)師可以由此入手，開(kāi)展針對(duì)剪力墻的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作，促使建筑剛性中心與質(zhì)心重合。減少剪力墻數(shù)量、增大剪力墻長(zhǎng)度是常用的剪力墻優(yōu)化措施，該措施通過(guò)對(duì)剪力墻的優(yōu)化，提升了建筑結(jié)構(gòu)的安全性與穩(wěn)定性。通常情況下，在優(yōu)化剪力墻設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)加大鋼材的使用量，在一定程度上提升了建筑成本。因此，未來(lái)一段時(shí)間建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方向應(yīng)為在確保建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性的同時(shí)，適當(dāng)降低材料成本造價(jià)、節(jié)約用料。
2.2優(yōu)化上部結(jié)構(gòu)
相關(guān)學(xué)者經(jīng)過(guò)研究得出，建筑的上部結(jié)構(gòu)較比其他部分結(jié)構(gòu)更易受到剪切力的干擾，穩(wěn)定性大幅度下降。優(yōu)化設(shè)計(jì)必須提出科學(xué)性更強(qiáng)的設(shè)計(jì)方案，盡可能使上部結(jié)構(gòu)的幾何中心位于正上方的中心位置，確保建筑安全[1]。剪力墻的具體設(shè)計(jì)需要結(jié)合房屋建筑實(shí)際情況開(kāi)展，在確保滿足設(shè)計(jì)需求的同時(shí)，科學(xué)地設(shè)計(jì)剪力墻數(shù)量、尺寸等各項(xiàng)數(shù)據(jù)，充分利用建筑原料，加大墻肢長(zhǎng)度，減少墻肢數(shù)量。另外，建筑物周邊環(huán)境也會(huì)影響其質(zhì)量與穩(wěn)定性，所以進(jìn)行設(shè)計(jì)前，相關(guān)人員應(yīng)去往施工地點(diǎn)進(jìn)行實(shí)地考察，避免方案與現(xiàn)實(shí)情況不符，不能投入實(shí)際應(yīng)用。
2.3優(yōu)化地下室結(jié)構(gòu)
地下室是高層建筑的重要組成部分，從資金支出的角度分析，地下室結(jié)構(gòu)成本占結(jié)構(gòu)總成本的比重較大，如果能夠提出有效措施優(yōu)化地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)于控制項(xiàng)目成本支出具有促進(jìn)作用。（1）設(shè)計(jì)師應(yīng)在滿足設(shè)計(jì)需要的前提下，合理減小地下室層高，節(jié)約材料，達(dá)到控制成本支出的目的，還能夠減小施工階段土方的開(kāi)挖量，節(jié)約施工時(shí)間，降低維護(hù)成本。（2）在地下水源豐沛的地段建設(shè)時(shí)，必須考慮浮力對(duì)建筑建設(shè)的影響，如果可以降低地下室的層高，則可以減少抗拔樁數(shù)量，減少底板配筋的使用量。（3）在開(kāi)展地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作時(shí)，應(yīng)注意地下水的浮力、土壤重力轉(zhuǎn)化的壓力都會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)建造產(chǎn)生一定影響，底板與側(cè)墻所承受的壓力遠(yuǎn)高于地面，因此鋼筋等材料的用量多于地上部分的用量，設(shè)計(jì)階段應(yīng)細(xì)致分析結(jié)構(gòu)每個(gè)部分的受力情況，根據(jù)操作流程完成用料計(jì)算，受力較少的結(jié)構(gòu)部分可以選取通用鋼筋建造，受力較大的結(jié)構(gòu)部分可以采用局部附加的措施進(jìn)行建造。
2.4優(yōu)化結(jié)構(gòu)與排水的關(guān)系
在房屋建筑給排水系統(tǒng)施工時(shí)需要用到許多設(shè)備，也需要大型機(jī)械的參與，在施工時(shí)應(yīng)確保設(shè)備有足夠的能力承擔(dān)高強(qiáng)荷載，所以應(yīng)當(dāng)把水泵放置在地下室。排水系統(tǒng)設(shè)備的荷載能力強(qiáng)、荷載強(qiáng)度大，房屋結(jié)構(gòu)與功能越復(fù)雜，需要建造的排水系統(tǒng)就越復(fù)雜。給排水系統(tǒng)管道具有粗細(xì)程度不一致、長(zhǎng)度多樣等特點(diǎn)，要求設(shè)計(jì)師應(yīng)在宏觀的角度進(jìn)行設(shè)計(jì)，精確計(jì)算每個(gè)位置所需鋪設(shè)管道的尺寸和長(zhǎng)度。除此之外，為確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，應(yīng)盡可能防止管線從梁柱之間穿過(guò)的現(xiàn)象發(fā)生，若管道必須穿過(guò)承重墻，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況開(kāi)展對(duì)承重墻的加固計(jì)算，保證墻體的穩(wěn)定性。
3房建結(jié)構(gòu)優(yōu)化在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
3.1工程簡(jiǎn)述
某建筑工程占地面積約55000m2，為多層多功能建筑。房屋建筑結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，樓蓋梁為井字梁。該房建工程占地面積廣，建筑使用情況較為復(fù)雜，房建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的工作難度較大，為了確保優(yōu)化工作順利開(kāi)展，設(shè)計(jì)師應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)厥┕に剑C合考慮用戶需求，開(kāi)展設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化工作，確保建筑安全、美觀。
3.2提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性
在優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)師應(yīng)當(dāng)選擇合適的建筑結(jié)構(gòu)，以其為基礎(chǔ)構(gòu)建科學(xué)的優(yōu)化模型，再具體分析模型特點(diǎn)，開(kāi)展對(duì)原有設(shè)計(jì)方案的改進(jìn)優(yōu)化工作。例如，該房建工程中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員必須根據(jù)實(shí)際情況確定相關(guān)參數(shù)值與約束數(shù)值，確保建造的結(jié)構(gòu)足夠穩(wěn)定堅(jiān)固，避免安全事故的發(fā)生。針對(duì)變化性較弱的局部因素，設(shè)計(jì)師可以使用預(yù)定參數(shù)的辦法，降低施工成本[2-3]。另外，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員還應(yīng)合理建立優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，結(jié)合建筑使用需求，利用電子設(shè)備準(zhǔn)確計(jì)算各原料的使用量，節(jié)約結(jié)構(gòu)成本，提升設(shè)計(jì)方案優(yōu)化效果。為提高施工效率、更好地落實(shí)房屋建筑結(jié)構(gòu)的施工方案，設(shè)計(jì)師必須了解該建筑的結(jié)構(gòu)體系約束因素，并開(kāi)展約束因素的比較與研究工作，確保各約束因素與房建工程設(shè)計(jì)優(yōu)化相適宜。通過(guò)建立科學(xué)的建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型，可以在極大程度上幫助設(shè)計(jì)人員了解與掌握房屋結(jié)構(gòu)特性，幫助其揚(yáng)長(zhǎng)避短，確保經(jīng)過(guò)優(yōu)化的方案更具可行性。該房建工程的占地面積較大，施工內(nèi)容繁雜，工期長(zhǎng)且成本高，在某種程度上對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案優(yōu)化產(chǎn)生了一定影響。因此，設(shè)計(jì)師需要持續(xù)更新設(shè)計(jì)理念，汲取先進(jìn)設(shè)計(jì)知識(shí)，與時(shí)俱進(jìn)，充分了解房建結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型的特點(diǎn)，獲得最佳的設(shè)計(jì)方案優(yōu)化效果[4-5]。房建結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型如圖1所示。
3.3優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)平面布置
建筑結(jié)構(gòu)平面布置是設(shè)計(jì)工作的重要內(nèi)容之一，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際建設(shè)情況對(duì)結(jié)構(gòu)平面布置開(kāi)展相應(yīng)的優(yōu)化工作，借助計(jì)算機(jī)等設(shè)備準(zhǔn)確計(jì)算該建筑結(jié)構(gòu)的剛重比。經(jīng)反復(fù)調(diào)整計(jì)算可知，該房建工程X方向的剛重比為3.15%，縱向剛重比為2.88%，橫向剪重比為2.68%，縱向剪重比為2.58%，橫向的質(zhì)量系數(shù)為98.3%，縱向的質(zhì)量系數(shù)為99.73%。
4結(jié)語(yǔ)
綜上所述，通過(guò)建設(shè)科學(xué)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型，優(yōu)化房建結(jié)構(gòu)平面布置，可以達(dá)到提升設(shè)計(jì)合理性和建筑實(shí)用性的目的，有效節(jié)約建筑材料，降低建設(shè)成本。要求設(shè)計(jì)師必須不斷學(xué)習(xí)具有創(chuàng)新性和先進(jìn)性的相關(guān)知識(shí)，提升自身專業(yè)水平和技能熟練度，優(yōu)化方案設(shè)計(jì)，提升建筑質(zhì)量和效率，推動(dòng)建筑行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：優(yōu)化;建筑;結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì);措施;研究
0 前言
在國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展、穩(wěn)固增長(zhǎng)的帶動(dòng)下，人們的物質(zhì)、文化生活水平得到了顯著提高，這期間，人們的消費(fèi)理念也發(fā)生了巨大的變化，逐步向高品位、高質(zhì)量方向轉(zhuǎn)變，因此對(duì)生活、工作、學(xué)習(xí)等環(huán)境提出了更高的要求，例如對(duì)房屋建筑的要求，人們?cè)谶^(guò)去對(duì)房屋的要求可能只是簡(jiǎn)單的遮風(fēng)、避寒的要求，而現(xiàn)在在此基礎(chǔ)上又提出了舒適、審美等要求。對(duì)此，現(xiàn)階段的房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在滿足建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量、安全的情況下，還需要滿足人們的審美要求。同時(shí)，不斷優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是提高建筑企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的需要，所以，在新時(shí)展下開(kāi)展房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作過(guò)程中，我們?cè)O(shè)計(jì)人員要牢牢把握住經(jīng)濟(jì)、合理、適用的原則，并以此為優(yōu)化設(shè)計(jì)工作的指導(dǎo)理念，同時(shí)要采用現(xiàn)代化技術(shù)，這樣才能在降低建筑工程成本的同時(shí)，保證建筑結(jié)構(gòu)的安全、穩(wěn)固，滿足人們審美的需求，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。下面，我們就通過(guò)以下幾個(gè)方面來(lái)詳細(xì)探討下優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效措施。
1 對(duì)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論的研究
建筑設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)就是設(shè)計(jì)師在遵循美觀實(shí)用等原則的前提下，根據(jù)建筑地區(qū)不同的情況進(jìn)行綜合利用，運(yùn)用建筑學(xué)設(shè)計(jì)理論進(jìn)行設(shè)計(jì)。就建筑學(xué)的設(shè)計(jì)理論而言，主要有兩個(gè)體現(xiàn)部分：于建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、于建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。房屋建筑工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)包括了對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)細(xì)微部分的優(yōu)化設(shè)計(jì)、對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、對(duì)房屋頂部的優(yōu)化設(shè)計(jì)，還包括了工程造價(jià)方面對(duì)建筑造價(jià)的分析、對(duì)建筑物的受力分析以及對(duì)周圍設(shè)施的布置等方面。房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅需要在設(shè)計(jì)前期加以重視，還需要在施工和建設(shè)后期的關(guān)注。在進(jìn)行具體建筑施工中，需要根據(jù)建筑的實(shí)際情況不斷的改進(jìn)方案選擇最佳方案，將房屋建筑綜合指數(shù)最佳的設(shè)計(jì)方案作為施工建筑的藍(lán)本。現(xiàn)在的建筑設(shè)計(jì)環(huán)境對(duì)于設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)新的挑戰(zhàn)和要求，因此，作為一個(gè)設(shè)計(jì)人員，要用于應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中不斷的進(jìn)行對(duì)比分析，從中選擇出最優(yōu)方案。在設(shè)計(jì)一些建筑的時(shí)候，設(shè)計(jì)師要根據(jù)自己學(xué)過(guò)的設(shè)計(jì)理論，在結(jié)合建筑當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境和建筑條件，遵循安全實(shí)用、大方美觀、節(jié)省材料的原則，開(kāi)展方案設(shè)計(jì)工作，從而達(dá)到房屋建筑的最佳效果。設(shè)計(jì)人員根據(jù)工程情況，在工程的過(guò)程中對(duì)方案進(jìn)行具體設(shè)計(jì)和步驟的優(yōu)化。在設(shè)計(jì)平面上，建筑物需要盡量保持對(duì)稱，盡可能地縮小差異。
2 優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的措施
本文結(jié)合大量的實(shí)踐工作以及自己多年工作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的措施具體表現(xiàn)在以下幾方面，下面，我們就來(lái)詳細(xì)了解下。
（1）不斷加強(qiáng)剪力墻的優(yōu)化設(shè)計(jì)。其中連梁是剪力墻設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，這就要求我們將聯(lián)肢墻的應(yīng)用重視起來(lái)，聯(lián)肢墻是利用連梁之間的各個(gè)墻通過(guò)連接形成，把墻肢的約束條件增加了。這種設(shè)計(jì)不僅可以有效的提高建筑物抗震能力，還使墻體的各個(gè)部分得到了更多的內(nèi)力，雖然在具體施工中會(huì)造成一定建材的浪費(fèi)，但是其所取得的效果是顯而易見(jiàn)的。另外，當(dāng)我們對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，還要在保證結(jié)構(gòu)剛度和變形要求的同時(shí)，從經(jīng)濟(jì)方面和抗變形等角度進(jìn)行綜合的考慮，這樣才能做到最優(yōu)化。
（2）要求設(shè)計(jì)人員要重視細(xì)部的優(yōu)化。設(shè)計(jì)人員在注重整體結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)的同時(shí)，也經(jīng)過(guò)將細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重視起來(lái)。如在現(xiàn)澆板設(shè)計(jì)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(xiàn)斷裂現(xiàn)象。如在建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中我們應(yīng)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(shù)量，降低成本投入。
（3）注重利用計(jì)算機(jī)技術(shù)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的成熟發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用到了建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。通過(guò)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合，設(shè)計(jì)師利用計(jì)算機(jī)仿真的設(shè)計(jì)優(yōu)化方法對(duì)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)帶來(lái)了很多新的思路。建筑設(shè)計(jì)師能夠利用計(jì)算機(jī)軟件建立各種便于分析的模型，并通過(guò)計(jì)算機(jī)的優(yōu)化計(jì)算，為設(shè)計(jì)師提供精確的數(shù)據(jù)，最后達(dá)到建筑設(shè)計(jì)的優(yōu)化。計(jì)算機(jī)技術(shù)的運(yùn)用可以說(shuō)把建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)這樣一個(gè)工程的問(wèn)題轉(zhuǎn)變成一個(gè)數(shù)學(xué)的問(wèn)題。
3 結(jié)語(yǔ)
總之，不斷優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不僅可以有效提高建筑的功能性、安全性、穩(wěn)定性，還可以充分的滿足人們的審美要求。所以，我們作為新時(shí)展下的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作人員，在設(shè)計(jì)工作開(kāi)展過(guò)程中不斷創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念、創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
參考文獻(xiàn)：
關(guān)鍵字：高層建筑；框剪結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；必要性；措施分析
中圖分類號(hào)：TU74文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
引言
在高層建筑施工設(shè)計(jì)的過(guò)程中，為了能夠達(dá)到最佳的使用效果，需要采用恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式，而框剪結(jié)構(gòu)以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)成為目前在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)用較為廣泛的結(jié)構(gòu)形式。框剪結(jié)構(gòu)能夠?yàn)榻ㄖ峁┹^大的平面空間，并且其具有較強(qiáng)的抗側(cè)力剛度，能夠更好的保證建筑物的穩(wěn)定性。本文就在分析框剪結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)必要性的基礎(chǔ)上，對(duì)于剪力墻的合理選型和優(yōu)化設(shè)計(jì)的措施進(jìn)行分析，并指出抗震概念設(shè)計(jì)思想在該結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。
一 高層建筑框剪結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的必要性分析
和傳統(tǒng)的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法相比，框剪結(jié)構(gòu)具有一定的優(yōu)勢(shì)，能夠更好的發(fā)揮建筑物的使用性能。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法中，一個(gè)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(jié)構(gòu)建設(shè)起來(lái)之后可能會(huì)出現(xiàn)重量大造價(jià)高的現(xiàn)象，這和之前的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程密不可分。但是框剪結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)雖然和傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有著一樣的設(shè)計(jì)過(guò)程，但是其最終的目標(biāo)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(jià)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性的統(tǒng)一。
高層建筑框架剪力墻結(jié)構(gòu)具有良好的受力性和適用性，在現(xiàn)代高層建筑設(shè)計(jì)的過(guò)程中應(yīng)用非常廣泛。隨著高層建筑的快速增長(zhǎng)，對(duì)框剪結(jié)構(gòu)的合理選型和優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)于節(jié)約施工建設(shè)的成本來(lái)說(shuō)也具有一定的指導(dǎo)意義。當(dāng)前的《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》中對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)選型，尤其是對(duì)于合理布置結(jié)構(gòu)還沒(méi)有形成一個(gè)明確的規(guī)定，這樣就為高層框剪結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了更為充足的設(shè)計(jì)理由。
二 高層建筑框剪結(jié)構(gòu)選型和優(yōu)化設(shè)計(jì)的措施分析
高層建筑框剪結(jié)構(gòu)在選型和優(yōu)化設(shè)計(jì)的過(guò)程中需要注意很多事項(xiàng)，例如影響剪力墻用量的因素和相應(yīng)的確定方法、剪力墻的截面尺寸大小以及剪力墻的平面設(shè)計(jì)等相關(guān)因素，下面本文就對(duì)這幾點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)的分析。
（一）影響剪力墻用量的要素分析
在高層建筑框剪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中需要滿足位移角限值的要求，還要充分的發(fā)揮該結(jié)構(gòu)中各抗側(cè)力構(gòu)件的作用，以此來(lái)保證建筑的穩(wěn)定性和安全性。在設(shè)計(jì)中，因?yàn)榧袅κ强蚣艚Y(jié)構(gòu)中的主要抗側(cè)力構(gòu)件，所以剪力墻的用量和框剪結(jié)構(gòu)的平面設(shè)計(jì)有著密切的關(guān)系，在設(shè)計(jì)中需要按照分散、均勻、對(duì)稱和周邊的原則進(jìn)行。分散就是剪力墻的設(shè)計(jì)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(gè)區(qū)域內(nèi)，并且要保證每道剪力墻的承受水平力不能夠超過(guò)總體水平力的40%；對(duì)稱指的是剪力墻要最大限度的對(duì)稱布置，以減弱地震時(shí)結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)；周邊就是要保證剪力墻沿著結(jié)構(gòu)的周邊進(jìn)行布置，以此來(lái)提升結(jié)構(gòu)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(jí)的大小。結(jié)構(gòu)總水平地震作用將會(huì)隨著剪力剛度的增加而增加。剪力墻增多，結(jié)構(gòu)剛度增大，地震作用就會(huì)越強(qiáng)。為了能夠發(fā)揮框剪結(jié)構(gòu)的特性，剪力墻承擔(dān)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(wú)限制的增加，需要根據(jù)實(shí)際的情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，以滿足底部一般剪力的要求。當(dāng)?shù)卣鹆^(guò)大的時(shí)候需要適當(dāng)?shù)臏p少剪力墻用量。
在剪力墻用量的設(shè)計(jì)中還需要考慮到抗震設(shè)防烈度、場(chǎng)地土、近場(chǎng)遠(yuǎn)場(chǎng)的影響以及結(jié)構(gòu)側(cè)移限值的影響等多個(gè)方面，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中需要認(rèn)真考慮各種因素，要在滿足規(guī)范規(guī)定的位移限值條件下減少剪力墻的數(shù)量，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和穩(wěn)定效果的統(tǒng)一。
（二）剪力墻的平面設(shè)計(jì)
通常來(lái)講，剪力墻需要沿著縱橫兩個(gè)方向布置，否則將會(huì)造成建筑物平面兩個(gè)方向的剛度差異較大，增加了建筑物的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。剪力墻在設(shè)計(jì)時(shí)要盡量的設(shè)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(dāng)剪力墻不能夠在結(jié)構(gòu)縱橫兩個(gè)方向進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要在剛度較弱的方向采用壁式框架等抗側(cè)力構(gòu)件以拉近兩個(gè)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(jié)構(gòu)中，剪力墻需要有邊緣的約束構(gòu)件，即邊框柱和邊框梁。根據(jù)相關(guān)的規(guī)定，抗震要求的一二級(jí)剪力墻的底部加強(qiáng)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(wú)支長(zhǎng)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(chǔ)上還需要小于層高或者是無(wú)支長(zhǎng)度的二十分之一。在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中需要嚴(yán)格的按照規(guī)定進(jìn)行，保證設(shè)計(jì)的順利完成。對(duì)于框剪結(jié)構(gòu)的邊框梁的寬度來(lái)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(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)
在對(duì)框剪結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的過(guò)程中需要對(duì)框架和剪力墻分別進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)于鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化需要遵循以下步驟。首先要進(jìn)行初始選型，確定之后進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，分析完成之后需要根據(jù)實(shí)際的情況，并結(jié)合自身的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行截面的優(yōu)化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)完成之后進(jìn)行收斂性判斷和可行性判斷，確定之后再進(jìn)行施工建設(shè)。需要注意，根據(jù)框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力的計(jì)算結(jié)構(gòu)分別對(duì)框架柱、框架梁和樓板結(jié)構(gòu)實(shí)施優(yōu)化設(shè)計(jì)。
剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)則包括最優(yōu)厚度設(shè)計(jì)和設(shè)置位置設(shè)計(jì)。對(duì)于框剪結(jié)構(gòu)中剪力墻抗側(cè)移構(gòu)件的水平截面面積進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，需要在水平地震的租用下保證結(jié)構(gòu)水平側(cè)移值最大程度的接近相關(guān)規(guī)定中的最大側(cè)移值。在所有優(yōu)化設(shè)計(jì)完成之后再將框架結(jié)構(gòu)計(jì)算得出的尺寸和剪力墻構(gòu)件的最優(yōu)厚度進(jìn)行重新組合，形成新的框剪結(jié)構(gòu)體系，對(duì)其結(jié)構(gòu)內(nèi)力進(jìn)行分析，并且按照得到的結(jié)果對(duì)框剪結(jié)構(gòu)的構(gòu)件進(jìn)行重新的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
三 抗震概念設(shè)計(jì)思想在該結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
通常來(lái)說(shuō)，高層建筑框剪結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)體現(xiàn)為抗震設(shè)計(jì)，在抗震設(shè)計(jì)的過(guò)程中，概念設(shè)計(jì)思想十分關(guān)鍵。概念設(shè)計(jì)就是通過(guò)對(duì)建筑物的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制之后，再選用體型較為簡(jiǎn)單、平面對(duì)稱性良好、抗側(cè)力體系的剛度和承載力上下變化連續(xù)的方案來(lái)設(shè)計(jì)出抗震性能良好的建筑，以保證建筑物的穩(wěn)定性和安全性。
框剪結(jié)構(gòu)的本身就是抗震概念設(shè)計(jì)的一個(gè)重要體現(xiàn)，因?yàn)榭蚣芙Y(jié)構(gòu)柱網(wǎng)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(gòu)件。除此之外，框剪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，對(duì)于連梁的設(shè)計(jì)也充分的體現(xiàn)了這一設(shè)計(jì)思想。在小震和風(fēng)荷載的作用下，連梁能夠起到聯(lián)系墻肢并且增大剪力墻側(cè)向剛度的作用；在中震的作用下，連梁需要先出現(xiàn)彎曲裂縫，之后通過(guò)塑性耗能減小墻肢在地震作用下的受損程度。
結(jié)束語(yǔ)：在高層建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，框剪結(jié)構(gòu)以其優(yōu)勢(shì)獲得了較為廣泛的應(yīng)用空間，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中對(duì)于框剪結(jié)構(gòu)的選型和優(yōu)化設(shè)計(jì)十分關(guān)鍵。本文就以高層建筑框剪結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)為中心，從結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的必要性、選型和設(shè)計(jì)措施以及抗震概念設(shè)計(jì)思想的應(yīng)用三個(gè)方面進(jìn)行了分析論述，希望對(duì)于今后的高層建筑框剪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有一定的幫助作用。
參考文獻(xiàn)：
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[2] 劉重光 淺談高層建筑框剪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 城市建設(shè)理論研究，2012年第29期
[3] 石健 高層建筑框剪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討 廣東建材，2007年第12期
關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；優(yōu)化方法；措施
1引言
結(jié)構(gòu)工程師的主要任務(wù)就是在特定的建筑空間中用整體的概念來(lái)完成結(jié)構(gòu)總體方案的設(shè)計(jì)，并能有意識(shí)地處理構(gòu)件與結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)的關(guān)系。初步設(shè)計(jì)過(guò)程是不能借助于計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這就需要結(jié)構(gòu)工程師綜合運(yùn)用其掌握的結(jié)構(gòu)概念，選擇效果最好、造價(jià)最低的結(jié)構(gòu)方案，為此，需要工程師不斷地豐富自己的結(jié)構(gòu)概念，深入、深刻了解各類結(jié)構(gòu)的性能，并能有意識(shí)地、靈活地運(yùn)用它們。
2、建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法
2.1從建筑上分析結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法
結(jié)構(gòu)分析是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一，主要是計(jì)算出結(jié)構(gòu)在各種作用下的效應(yīng)。分析結(jié)果要求能夠解釋和評(píng)估真實(shí)結(jié)構(gòu)在預(yù)設(shè)作用下的效應(yīng)。結(jié)構(gòu)分析是否科學(xué)合理直接影響到結(jié)構(gòu)的安全性、經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。房屋工程分部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)包括：基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)、屋蓋系統(tǒng)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計(jì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)以上幾個(gè)方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)還包括選型、布置、受力分析、造價(jià)分析等內(nèi)容，在實(shí)施過(guò)程中，還應(yīng)該按照一切從實(shí)際出發(fā)的原則，結(jié)合具體工程的實(shí)際情況，圍繞房屋建筑的綜合經(jīng)濟(jì)效益的目標(biāo)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)在滿足設(shè)計(jì)意圖后，盡量使平面布置規(guī)則，縮小剛度和質(zhì)量中心的差異，這樣水平荷載就不會(huì)使建筑物有太大的扭轉(zhuǎn)作用。豎直方向上應(yīng)避開(kāi)使用轉(zhuǎn)換層，減少應(yīng)力集中現(xiàn)象。
2.2計(jì)算模型
計(jì)算模型的確定是結(jié)構(gòu)分析的核心環(huán)節(jié)，它包括合理選擇計(jì)算簡(jiǎn)圖和計(jì)算理論，這是結(jié)構(gòu)分析的重點(diǎn)和難點(diǎn)。一般情況下，建立結(jié)構(gòu)分析模型時(shí)，都會(huì)做一些假定。如：假定結(jié)構(gòu)材料是均質(zhì)連續(xù)的，這種假設(shè)對(duì)結(jié)構(gòu)的宏觀力學(xué)性能不會(huì)引起顯著的誤差，只有主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件參與整體性能的效應(yīng)。
2.3選擇適合的結(jié)構(gòu)優(yōu)化計(jì)算方案
結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是個(gè)非線性的優(yōu)化問(wèn)題，在設(shè)計(jì)中涉及到多個(gè)變量和多個(gè)約束條件，設(shè)定好計(jì)算方案，通常是將約束條件變?yōu)闊o(wú)約束條件來(lái)計(jì)算。復(fù)合型法、拉式乘子法和Powell等方法是常用的計(jì)算方法，在完成了相應(yīng)的計(jì)算方案后再進(jìn)行編程運(yùn)算即可完成最終的優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果。
3、建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)措施
在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，不同方案和不同建筑材料的選擇對(duì)工程的造價(jià)都會(huì)造成不同影響，尤其是在基礎(chǔ)類型的選用、開(kāi)間的確定、層高與層數(shù)的確定以及結(jié)構(gòu)形式選擇等方面都有著重大關(guān)系。
3.1對(duì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)
基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在整個(gè)工程工期的1/4左右，并且基礎(chǔ)造價(jià)也占到總造價(jià)的10%-20%，所以基礎(chǔ)工程結(jié)構(gòu)的重要性也是顯而易見(jiàn)的。而且基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)工程的造價(jià)還與地質(zhì)條件是密切相關(guān)的，設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)地質(zhì)勘探報(bào)告要求也是極高，選擇合理的基礎(chǔ)形式、控制好基礎(chǔ)的截面尺寸和埋深，能相對(duì)減少基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在總工程造價(jià)中的費(fèi)用。
3.2選擇節(jié)能指標(biāo)較高的結(jié)構(gòu)類型 建筑結(jié)構(gòu)形式的選擇，意味著選擇不同工程造價(jià)的建設(shè)模式，常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模式有如下三種：（1）剪力墻結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)形式常見(jiàn)于高層建筑，以混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程為依托，這種結(jié)構(gòu)形式相對(duì)于短肢剪力墻的抗震級(jí)別要高，比起短肢剪力墻，構(gòu)造鋼筋使用數(shù)量不多。（2）框架結(jié)構(gòu)，具有大開(kāi)間、布局靈活性強(qiáng)和造價(jià)成（3）框架一剪力墻結(jié)構(gòu)，即在框架結(jié)構(gòu)中合理進(jìn)行一定數(shù)量剪力墻的布置，這種結(jié)構(gòu)合理，適用能力強(qiáng)，而且能夠應(yīng)對(duì)各種不同的變形壓力，是一種抗側(cè)力較好的結(jié)構(gòu)。以上的三種結(jié)構(gòu)模式各具優(yōu)缺點(diǎn)，但我們?cè)谶x擇結(jié)構(gòu)模式的時(shí)候，不能片面認(rèn)為造價(jià)最低的方案就是最科學(xué)合理的方案，而是我們要結(jié)合房屋業(yè)主的功能需求，以及建設(shè)單位的投資水平和施工能力等方面的因素進(jìn)行結(jié)構(gòu)類型的綜合分析，將投資與收益進(jìn)行平衡優(yōu)化，根據(jù)工程條件的客觀實(shí)際情況選擇最為合適的結(jié)構(gòu)模式。
3.3梁的優(yōu)化設(shè)計(jì)
在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)通常采用矩形截面梁當(dāng)做受彎梁，但是這種情況下材料的利用率較低。因?yàn)椋紫龋诳拷泻洼S附近的材料的應(yīng)力較低，再者，梁彎矩會(huì)沿梁長(zhǎng)變化而變化。由于截面梁大部分區(qū)段的應(yīng)力較低，材料都不能得到很好的利用，要想提高材料的利用率，在設(shè)計(jì)時(shí)可采用平面桁架來(lái)代替矩形梁，此時(shí)平面桁架就相當(dāng)于掏空梁，掏去了梁中多余的材料，減輕了其自身的重量，這樣既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用，大幅度地提高材料的利用率。
3.4柱網(wǎng)布局和柱子截面的優(yōu)化設(shè)計(jì)
柱網(wǎng)布局決定柱子的開(kāi)間和跨度（縱向或橫向相鄰的兩個(gè)柱子的間的距離），柱網(wǎng)的尺寸一般來(lái)說(shuō)在6到12米之間，如果柱距小那么其傳力路線就短，上部結(jié)構(gòu)的材料就能節(jié)省，但是這可能使基礎(chǔ)費(fèi)用偏高，所以說(shuō)柱網(wǎng)布局是否合理，對(duì)工程的造價(jià)有很大的影響。另外，柱子的截面形狀和尺寸對(duì)工程造價(jià)也有著直接的影響，所以合適的柱網(wǎng)布局、柱子截面的形狀及尺寸的選擇對(duì)工程造價(jià)的影響是很明顯的。
3.5結(jié)構(gòu)構(gòu)件配筋計(jì)算的優(yōu)化設(shè)計(jì)
在計(jì)算建筑物構(gòu)件尺寸及配筋的過(guò)程中，需要反復(fù)調(diào)整構(gòu)件尺寸并進(jìn)行計(jì)算，從中總結(jié)出最優(yōu)化的結(jié)構(gòu)尺寸，使得在一個(gè)固定荷載常數(shù)下，得到最為經(jīng)濟(jì)的計(jì)算結(jié)果。計(jì)算結(jié)果應(yīng)滿足兩個(gè)重要的指標(biāo)：a、計(jì)算結(jié)果應(yīng)首先確保結(jié)構(gòu)的安全性，這是重中之重。b、在滿足安全的前提下，使配筋量大致控制在結(jié)構(gòu)計(jì)算配筋的范圍內(nèi)，使得構(gòu)件內(nèi)的鋼筋量切實(shí)地發(fā)揮其受力作用，而并非作為僅僅起到支架作用的構(gòu)造配筋量。采用此法設(shè)計(jì)，可以使得最終鋼筋量控制在首次計(jì)算結(jié)果的80%至90%左右。
3.6結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)信息優(yōu)化技術(shù)
由于建筑結(jié)構(gòu)受到設(shè)計(jì)變量等條件的約束，難以用單一的方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。筆者認(rèn)為，鑒于房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，應(yīng)該開(kāi)發(fā)一種較為實(shí)用方便的參數(shù)定義優(yōu)化軟件，減少設(shè)計(jì)者在結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面的精力和時(shí)間。筆者較為推崇的是TBCAD系統(tǒng)，這種系統(tǒng)是針對(duì)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)、建模、分析、評(píng)估等為一體的成本控制軟件系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案的指導(dǎo)設(shè)計(jì)，使得方案的人力、物力和財(cái)力資源等趨于最優(yōu)狀態(tài)。系統(tǒng)的信息分為兩個(gè)時(shí)間段進(jìn)行優(yōu)化，第一個(gè)時(shí)間段是通過(guò)對(duì)材料的分配調(diào)整，使用最少的混凝土用量滿足側(cè)向剛度的要求，系統(tǒng)在這個(gè)時(shí)間段的目標(biāo)函數(shù)是混凝土的使用量，而結(jié)構(gòu)構(gòu)件的斷面大小則是設(shè)計(jì)的變量。第二個(gè)時(shí)間段是對(duì)構(gòu)件強(qiáng)度的優(yōu)化，通過(guò)對(duì)構(gòu)件結(jié)構(gòu)的斷面大小以及鋼用量的調(diào)整，使得構(gòu)件的強(qiáng)度要求實(shí)現(xiàn)只需較少的結(jié)構(gòu)造價(jià)。
4結(jié)束語(yǔ)：建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化不僅可以提高建筑的功能性、安全性和耐久性，而且還可以在滿足人們對(duì)各種功能要求的基礎(chǔ)上，提升建筑物的美觀性和經(jīng)濟(jì)性。因此，房屋建筑機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該在設(shè)計(jì)中，充分的應(yīng)用優(yōu)化技術(shù)，選擇合理的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，降低建筑工程的成本。
參考文獻(xiàn)
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[2] 張紅友.優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)減少建筑投資成本[J].陜西建筑，2008（11）.
關(guān)鍵詞:框剪結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；措施；內(nèi)力分析
中圖分類號(hào):TU318 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào):A文章編號(hào):2306-1499(2014)07-0097-01
1. 基本概況
1.1結(jié)構(gòu)承重體系設(shè)計(jì)
結(jié)構(gòu)承重體系設(shè)計(jì)需要根據(jù)不同的環(huán)境來(lái)進(jìn)行，在設(shè)計(jì)中，裙房部分要考慮荷載效應(yīng)的發(fā)生，主樓的部分也要考慮豎向的荷載效應(yīng)，同時(shí)對(duì)于水平地震作用下產(chǎn)生的荷載效應(yīng)也要加以重視。因此裙房結(jié)構(gòu)需要采用混凝土框架結(jié)構(gòu)的形式，而主樓采用框架一剪力墻承重結(jié)構(gòu)體系。
由于主樓的抗側(cè)力構(gòu)件是重要的部分，在設(shè)計(jì)中剪力墻要承擔(dān)主要水平荷載，同時(shí)框架承擔(dān)少部分水平荷載作用和大部分的豎向荷載作用。如果要提高主樓的抗扭能力，在設(shè)計(jì)中要加強(qiáng)剪力墻和樓梯主樓結(jié)構(gòu)的相互位置，其中主要要注意建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的變形限值，將其進(jìn)行綜合匹配，以剛度、承載力和延性來(lái)進(jìn)行綜合。
1.2建筑縫的處理設(shè)計(jì)
建筑縫的處理設(shè)計(jì)是通過(guò)主樓和裙房之間的連接部分來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。由于主樓和裙房有著本質(zhì)的不同，兩者連接處需要設(shè)計(jì)出防震縫和沉降縫。防震縫的設(shè)計(jì)是為了減少主樓和裙房之間出現(xiàn)較大的縫隙，從而增加裙房的防水難度，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，也需要將主樓和裙房看做一個(gè)整體的設(shè)計(jì)方案來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。而沉降縫的部分是主樓按照實(shí)際的需要，將主樓基礎(chǔ)設(shè)計(jì)成樁基礎(chǔ)，與此同時(shí)，裙房的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)成柱下條形基礎(chǔ)，二者在調(diào)整彼此間的不均勻差，從而保證設(shè)計(jì)的合理性。這也是建筑縫最常見(jiàn)的處理設(shè)計(jì)方式。
2. 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)策略
高層的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，采用較多的方式是鋼筋混凝土框架一剪力墻結(jié)構(gòu)，這種體系的建立有效的提高了框架結(jié)構(gòu)的靈活性，并且更好的提升了使用空間，使建筑更為優(yōu)質(zhì)。由于剪力墻結(jié)構(gòu)的整體性相對(duì)較好，因此也保證了建筑結(jié)構(gòu)的完好。在一定條件下，采用框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能有效的提高水平變形曲線能力。然而鋼筋混凝土一剪結(jié)構(gòu)具有多種效果，從力學(xué)的角度來(lái)進(jìn)行分析的話，存在著一定的難度，進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)也難以完成。因此，及時(shí)國(guó)內(nèi)外很多的專家進(jìn)行了多種實(shí)驗(yàn)，但框剪結(jié)構(gòu)中依然存在著很多難以解決的問(wèn)題，解決在這些問(wèn)題，對(duì)于提高工程質(zhì)量和科學(xué)的發(fā)展也有著重要的意義和積極的作用。
2.1框架結(jié)構(gòu)的分部?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)
鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)屬于具有多個(gè)多余約束的超靜定結(jié)構(gòu)，其荷載效應(yīng)不僅與外荷載大小有關(guān)，還與結(jié)構(gòu)構(gòu)件的材料特征、幾何構(gòu)造特征有關(guān)。鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)的分部?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)，即是在結(jié)構(gòu)整體內(nèi)力分析完成后，根據(jù)梁柱各構(gòu)件的控制內(nèi)力進(jìn)行截面優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定滿足荷載效應(yīng)水平要求的各結(jié)構(gòu)構(gòu)件的幾何特征和配筋量的優(yōu)化結(jié)果，由此導(dǎo)致原結(jié)構(gòu)的幾何特征和荷載特征發(fā)生變化，優(yōu)化結(jié)構(gòu)在現(xiàn)荷載作用下內(nèi)力分布特征發(fā)生變化，各構(gòu)件控制截面上的控制內(nèi)力也發(fā)生相應(yīng)變化，據(jù)此再進(jìn)行新一輪的優(yōu)化設(shè)計(jì)。因此框架結(jié)構(gòu)的分部?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)際上是一個(gè)迭代、漸進(jìn)的尋優(yōu)過(guò)程，計(jì)算結(jié)果雖不總能等價(jià)于整體優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果，但通常能給出工程實(shí)用的滿意結(jié)果。
鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)的分部?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)方法的具體步驟為：
（1）初始選型。根據(jù)結(jié)構(gòu)平面、立面布置及建筑物設(shè)計(jì)使用功能，分析結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)分析。按照結(jié)構(gòu)的實(shí)際幾何構(gòu)造特征，計(jì)算結(jié)構(gòu)所受豎向荷載及水平荷載，對(duì)鋼筋砼結(jié)構(gòu)進(jìn)行空間內(nèi)力分析。根據(jù)結(jié)構(gòu)分析結(jié)果，將截面尺寸相同的構(gòu)件的控制截面內(nèi)力，根據(jù)其大小進(jìn)行分類，并確定每一類構(gòu)件的設(shè)計(jì)控制內(nèi)力；
（3）截面優(yōu)化設(shè)計(jì)。截面優(yōu)化設(shè)計(jì)是對(duì)優(yōu)化的結(jié)果進(jìn)行控制的過(guò)程，設(shè)計(jì)過(guò)程中，保證其整體設(shè)計(jì)方案的準(zhǔn)確性，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量是關(guān)鍵的步驟;
（4）可行性判斷。對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行一次內(nèi)力分析，檢驗(yàn)其可用性。若整體分析能夠滿足工程設(shè)計(jì)要求，則可按此方案進(jìn)行配筋和構(gòu)造處理，作為最終的優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果。否則需根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)和結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析結(jié)果進(jìn)行局部調(diào)整，直到方案可用為止。
2.2框―剪結(jié)構(gòu)的三階段優(yōu)化設(shè)計(jì)策略
框―剪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要涉及三個(gè)方面的優(yōu)化問(wèn)題：一是結(jié)構(gòu)最優(yōu)設(shè)防水平的決策，二是框架與剪力墻結(jié)構(gòu)協(xié)同工作，以及承載力、剛度與延性變形能力間的最佳匹配設(shè)計(jì)，三是框架―剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題。
高層框―剪結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的協(xié)同工作問(wèn)題，主要是水平荷載在框架和剪力墻結(jié)構(gòu)之間的分配設(shè)計(jì)，因此剪力墻數(shù)量和位置的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵問(wèn)題。這里，我們將框）剪結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程分為三個(gè)階段進(jìn)行，對(duì)不同階段的不同問(wèn)題，采取不同的優(yōu)化準(zhǔn)則進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
（1）第一階段：最優(yōu)設(shè)防水平Id的優(yōu)化決策。以地震的危險(xiǎn)性為前提，分析地區(qū)地震的相關(guān)強(qiáng)度，從而評(píng)測(cè)出相應(yīng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，在進(jìn)行設(shè)計(jì)前，將相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合評(píng)測(cè)，從而把設(shè)計(jì)方案綜合在內(nèi)。
（2）第二階段：剪力墻構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì)。剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì)主要是結(jié)構(gòu)剛度與延性指標(biāo)的最佳組合，可用力學(xué)準(zhǔn)則進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)構(gòu)剛度對(duì)結(jié)構(gòu)的影響主要為結(jié)構(gòu)的自振周期和側(cè)向位移，結(jié)構(gòu)延性對(duì)結(jié)構(gòu)的影響主要為保持承載力前提下的變形能力。因此，可用結(jié)構(gòu)整體的側(cè)向位移量來(lái)協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)的剛度和延性。我們根據(jù)高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)層間位移和頂點(diǎn)總側(cè)移的限值來(lái)控制結(jié)構(gòu)的剛度設(shè)計(jì)和延性設(shè)計(jì)。
（3）第三階段：框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是一個(gè)結(jié)構(gòu)準(zhǔn)則，在一次整體分析完成之后，可按照前述方法對(duì)框）剪結(jié)構(gòu)中的框架部分進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
[關(guān)鍵詞]房屋建設(shè)；設(shè)計(jì)；優(yōu)化措施
中圖分類號(hào)：S611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A 文章編號(hào)：2306-1499（2014）13-0007-01
在一項(xiàng)房屋建筑工程的設(shè)計(jì)施工中，為了達(dá)到其預(yù)計(jì)的經(jīng)濟(jì)目標(biāo)和社會(huì)效益指標(biāo)，以最節(jié)省的投資達(dá)到房屋建筑結(jié)構(gòu)的安全和可靠。就必須要認(rèn)真研究房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化措施。從而做到使工程建筑資源得到最優(yōu)化的配置，將投資利用率提高到最佳程度，文章中將針對(duì)這一需求，著重對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化進(jìn)行探討。
1.房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化包含的內(nèi)容
在房屋建筑工程的施工中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要工作內(nèi)容就是依照工程建設(shè)的總體要求和目標(biāo)，選取最為優(yōu)化和科學(xué)的設(shè)計(jì)理念與措施，對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)的整體形式、結(jié)構(gòu)構(gòu)件布置和各個(gè)建筑構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)。房屋建筑工程的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)內(nèi)容主要是通過(guò)對(duì)建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、屋蓋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案、圍護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案以及一些其他細(xì)部結(jié)構(gòu)等方面的綜合設(shè)計(jì)過(guò)程，強(qiáng)調(diào)一切以從實(shí)際出發(fā)為基本原則，并結(jié)合實(shí)際工程情況，以計(jì)劃成本控制為中心的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)理念。對(duì)于最為多見(jiàn)的框架結(jié)構(gòu)房屋進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，就需要從整體布局與分部構(gòu)件兩個(gè)方向來(lái)進(jìn)行。對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)整體布局優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究應(yīng)該從外部特征、高度與柱網(wǎng)尺寸等方面進(jìn)行。而構(gòu)件方面則主要應(yīng)該從構(gòu)件的表面積、構(gòu)件的布置和混凝土強(qiáng)度等因素來(lái)進(jìn)行研究。在進(jìn)行設(shè)計(jì)工作時(shí)，必須要對(duì)以上兩個(gè)方面的條件進(jìn)行交互式綜合式的思考。
2.房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求
2.1房屋建筑結(jié)構(gòu)的舒適性要求
房屋建筑的設(shè)計(jì)和施工，是為了滿足人民群眾的生活需求，因此就必須要重視舒適性要求，比如室內(nèi)的各部空間都應(yīng)該靈活分布，要考慮到自然光源與人工光源的和諧統(tǒng)一，并且還要求充分考慮到用戶入住房屋后，對(duì)房屋可能會(huì)進(jìn)行的改造行為，進(jìn)行剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，剪力墻不必按開(kāi)間布置，可以兩間合并布置為大開(kāi)間剪力墻。
2.2房屋建筑結(jié)構(gòu)的安全性與耐久性要求
房屋建筑的施工，大都具有其商品化的屬性，因此就應(yīng)該努力考慮為用戶提供安全性與耐久性俱佳的產(chǎn)品，房屋作為一種消費(fèi)品，與其它消費(fèi)品最大的不同就應(yīng)該是其優(yōu)越的耐久性和安全性能，這也構(gòu)成了房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工的最基本要求。在進(jìn)行房屋建筑設(shè)計(jì)施工的材料選擇時(shí)，應(yīng)該充分的考慮到建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性與材料選用的合理性、安全性，應(yīng)該達(dá)到優(yōu)良的抗風(fēng)性和抗震性，和使用周期內(nèi)進(jìn)行維護(hù)和維修的可能性與方便性。
2.3房屋建筑結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性要求
進(jìn)行房屋建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，要結(jié)合各種條件如房屋建設(shè)施工的位置、層級(jí)和結(jié)構(gòu)特征等，充分考慮到建筑結(jié)構(gòu)的安全性、舒適性和耐久性的基礎(chǔ)上，選用最為合理、能夠滿足經(jīng)濟(jì)性要求的建筑結(jié)構(gòu)。進(jìn)行各個(gè)分部構(gòu)件的設(shè)計(jì)也應(yīng)該做到計(jì)算精細(xì)，在質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到國(guó)家有關(guān)規(guī)范要求的前提下，將資金的投入降低到最優(yōu)的程度。特別是當(dāng)進(jìn)行房屋建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，更加應(yīng)該充分考慮到經(jīng)濟(jì)化指標(biāo)，因?yàn)榉课萁ㄖY(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的合理性，與房屋建筑的造價(jià)高低有著非常直接的關(guān)系。
3.房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的具體方法
3.1地基是建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)
對(duì)建筑物的穩(wěn)定性起著決定性的作用。在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的地基設(shè)計(jì)時(shí)，要因地制宜，具體情況具體分析。進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)地基的設(shè)計(jì)優(yōu)化首先是要選擇合理的優(yōu)化方案，如果是基礎(chǔ)較深，那么就需要對(duì)擬建工程施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)情況進(jìn)行全面仔細(xì)的勘察，然后再綜合其他現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地的各種因素進(jìn)行基礎(chǔ)選型及埋深等設(shè)計(jì)。
3.2砌體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化
磚砌體在房屋建筑結(jié)構(gòu)中主要擔(dān)負(fù)著抵抗側(cè)向位移和承重的作用，它的布置方式較為多變，但是在躍層結(jié)構(gòu)或表現(xiàn)出過(guò)大的受力結(jié)構(gòu)中卻并不適宜。通常應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行以下方面的優(yōu)化，優(yōu)化平立面結(jié)構(gòu)，保證建筑形體的規(guī)則性，抗側(cè)力構(gòu)件平面布置宜規(guī)則對(duì)稱，側(cè)向剛度沿豎向宜均勻變化。縱向抗震墻體在建筑整體中，必須保證有三條以上，合理規(guī)劃門(mén)窗的開(kāi)口規(guī)格，一般要將寬度控制在2m或2m以下，這樣的設(shè)計(jì)有利于增加建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。
3.3建筑底部剪力墻的設(shè)計(jì)優(yōu)化
處于房屋建筑底部位置的框架剪力墻因?yàn)榫哂胸Q直方向抵抗側(cè)力部件的不連續(xù)性，所以就增加了受力出現(xiàn)不平衡狀況的因素。也就因此而增加了對(duì)建筑平面的要求。在設(shè)計(jì)中，應(yīng)該盡最大可能將承重墻放置于框架梁之上，如果受到具體條件限制而只能放置于次梁時(shí)，就必須要將主梁與框架梁的鋼筋配置適度增大，使放置承重墻的樓板厚度增加。同時(shí)，在設(shè)計(jì)中需要樓板錯(cuò)層時(shí)，必須要慎重，必須是在選用質(zhì)量較輕的板層填充材料時(shí)才可以進(jìn)行這樣的設(shè)計(jì)。
3.4剪力墻的設(shè)計(jì)優(yōu)化
對(duì)剪力墻進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，其中連梁是最為重要的環(huán)節(jié)。如果將連梁的剮度增加，就一會(huì)產(chǎn)生增加建筑結(jié)構(gòu)地震作用的情況，同時(shí)也就造成了連梁與墻肢的內(nèi)部受力分配大幅度增加，這樣就應(yīng)該將此處構(gòu)件的鋼筋配置適度增加，從而使建筑材料受到不必要的浪費(fèi)。所以，在進(jìn)行房屋建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，不應(yīng)該選擇將大剛度窗下墻當(dāng)做連梁的設(shè)計(jì)。應(yīng)該選擇的設(shè)計(jì)方式應(yīng)該是把連梁設(shè)計(jì)成剛度與截面較小的弱連梁，并且在達(dá)到結(jié)構(gòu)的剛度與變形程度要求的條件下，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)與變形能力等多方面思考，對(duì)構(gòu)件進(jìn)行合理的布置。一般來(lái)說(shuō)，剪力墻設(shè)計(jì)越多，建筑結(jié)構(gòu)也就具有更大的抗側(cè)力，從而減少建筑結(jié)構(gòu)的位移，卻導(dǎo)致了地震力的增大。基于以上的考慮，進(jìn)行剪力墻的設(shè)計(jì)時(shí)必須要掌握對(duì)稱和分散與均勻的基本理念，以水平位移限度為準(zhǔn)控制剪力墻的數(shù)目。
3.5房屋建筑結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計(jì)優(yōu)化
進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化，不但要關(guān)注整體設(shè)計(jì)，也應(yīng)該對(duì)各個(gè)細(xì)部結(jié)構(gòu)部件的設(shè)計(jì)給予重視，比如進(jìn)行現(xiàn)澆板的設(shè)計(jì)時(shí)，為了達(dá)到去除拐角裂縫與結(jié)構(gòu)受力均勻的目的就需要將異形板劃分為矩形板。對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)底部的框架抗震墻的鋼筋配置通常較大，如果在材料選用上使用冷軋帶肋鋼筋則能夠適當(dāng)減少鋼筋配置，從而更加便于施工和達(dá)到控制工程造價(jià)的目的。在有關(guān)設(shè)計(jì)技術(shù)優(yōu)化方面，也可以增加對(duì)現(xiàn)代化高科技的利用。如今計(jì)算機(jī)仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)形式已經(jīng)在建筑工程設(shè)計(jì)行業(yè)得到了廣泛的運(yùn)用，基于計(jì)算機(jī)軟件對(duì)設(shè)計(jì)思路進(jìn)行模型化的分析，直觀而準(zhǔn)確。因此人工設(shè)計(jì)配合計(jì)算機(jī)的運(yùn)用進(jìn)行房屋建筑工程的設(shè)計(jì)優(yōu)化應(yīng)該得到更加有力的推廣。
4.結(jié)論
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)水平的不斷提高，基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)得到了空前的發(fā)展，房屋建設(shè)與百姓生活息息相關(guān)，要求建筑物有足夠的安全性和耐久性，在滿足房屋建筑各項(xiàng)功能的同時(shí)，最大限度節(jié)約建筑成本是設(shè)計(jì)者的目標(biāo)。更加應(yīng)該重視建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，這就需要有關(guān)設(shè)計(jì)行業(yè)的從業(yè)人員以高度的責(zé)任心，在實(shí)際工作中不斷探求真理，積累經(jīng)驗(yàn)，掌握先進(jìn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論，不斷探求自然法則，提高創(chuàng)造力和創(chuàng)新能力，時(shí)刻為達(dá)到房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最佳效果而不懈努力。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：高層住宅；結(jié)構(gòu)類型；剪力墻；結(jié)構(gòu)優(yōu)化；
隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，越來(lái)越多的人定居城市，城市高層建筑的建設(shè)越來(lái)越受到重視。為了充分利用建筑空間，高層住宅的建設(shè)高度不斷增加，并且對(duì)高層住宅兼顧舒適性和安全性的要求也越來(lái)越高，因此尋找提高高層住宅的安全性的方法非常重要。高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)越來(lái)越被廣泛應(yīng)用到高層建筑的建設(shè)中。為了符合現(xiàn)代建筑理念即提高高層住宅的安全性、經(jīng)濟(jì)性和合理性的要求，高層住宅剪力墻的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)顯得非常重要。
1 高層建筑結(jié)構(gòu)的類型
按照使用的材料區(qū)分，高層建筑可采用砌體結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)和鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)等類型。
砌體結(jié)構(gòu)雖然具有取材容易、施工簡(jiǎn)便、造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)，但由于砌體是一種脆性材料，其抗拉、抗彎、抗剪強(qiáng)度均較低，抗震性能較差，現(xiàn)代高層建筑很少采用無(wú)筋砌體結(jié)構(gòu)建造。在砌體內(nèi)配置鋼筋后，可大大的改善砌體的受力性能，使之用于建造地震區(qū)和非地震區(qū)的中高層建筑成為可能。
混凝土結(jié)構(gòu)具有取材容易、良好的耐久性和耐火性、承載能力大，剛度好、節(jié)約鋼材、降低造價(jià)、可模性好以及能澆制成各種復(fù)雜 的截面和形狀等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)澆整體式混凝土結(jié)構(gòu)還具有整體性好，經(jīng)過(guò)合理設(shè)計(jì)，可獲得較好的抗震性能。混凝土結(jié)構(gòu)布置靈活方便，可組成各種結(jié)構(gòu)受力體系，在高層建筑中得到了廣泛的應(yīng)用，特別是在我國(guó)和其他一些發(fā)展中國(guó)家，高層建筑主要以混凝土結(jié)構(gòu)為主。鋼結(jié)構(gòu)具有材料強(qiáng)度高、截面小、自重輕、塑性和韌性好、制造簡(jiǎn)便、施工周期短、抗震性能好等優(yōu)點(diǎn)，在高層建筑中也有著較廣泛的應(yīng)用。但由于高層建筑鋼結(jié)構(gòu)用鋼量大，造價(jià)高，再加之因鋼結(jié)構(gòu)防火性能差，需要采取防火保護(hù)措施，增加了工程造價(jià)。鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用還受鋼鐵產(chǎn)量和造價(jià)的限制，在發(fā)達(dá)國(guó)家，高層建筑的結(jié)構(gòu)類型主要以鋼結(jié)構(gòu)為主。近年來(lái)，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增強(qiáng)和鋼產(chǎn)量的大幅度提高以及高層建筑建造高度的增加，采用鋼結(jié)構(gòu)的高層建筑也不斷地增多。特別是對(duì)地基條件差或抗震要求高，而高度又較大的高層建筑，更適合采用鋼結(jié)構(gòu)。
鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)或混合結(jié)構(gòu)不僅具有鋼結(jié)構(gòu)自重輕、截面尺寸小、施工進(jìn)度快、抗震性能好等特點(diǎn)，同時(shí)還兼有混凝土結(jié)構(gòu)剛度大、防火性能好、造價(jià)低的優(yōu)點(diǎn)，因而被認(rèn)為是一種較好的高層建筑結(jié)構(gòu)形式，近年來(lái)在我國(guó)發(fā)展迅速。組合結(jié)構(gòu)是將鋼材放在構(gòu)件內(nèi)部，外部由鋼筋混凝土做成（稱為鋼骨混凝土），或在鋼管內(nèi)部填 充混凝土，做成外包鋼構(gòu)件（稱為鋼管混凝土）。如北京的香格里拉飯店（24 層，高83m）采用鋼骨混凝土柱，正在建設(shè)的上海環(huán)球金融中心大廈（95 層，460m）和陜西信息大廈（52層，高 189m）均采用鋼骨混凝土框筒結(jié)構(gòu)，深圳的賽格廣場(chǎng)大廈（76層，高292m）采用圓鋼管混凝土柱，香港中心大廈（70層，高292m）和臺(tái)北國(guó)際金融中心大廈均采用方鋼管混凝土柱。混合結(jié)構(gòu)一般是指由鋼筋混凝土或 鋼骨混凝土剪力墻（或筒體）以及鋼框架組成的抗側(cè)力體系。
2 高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性
經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展使得城市的現(xiàn)代化程度越來(lái)越高，城市人口的不斷增加導(dǎo)致城市的高層住宅建筑也越來(lái)越多，居民對(duì)高層住宅的安全性要求也越來(lái)越高。高層住宅的設(shè)計(jì)需要考慮的因素包括建筑的高度、安全性、舒適性和經(jīng)濟(jì)性等等，并且在施工結(jié)束后的工程驗(yàn)收過(guò)程中的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)也是非常嚴(yán)格，高層住宅必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)密的檢查才能投入居住。因此，建筑的結(jié)構(gòu)對(duì)高層住宅的建設(shè)非常重要，而近年來(lái)，由于剪力墻能夠增加高層住宅建筑的可靠性的特點(diǎn)，使得剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍變得越來(lái)越廣泛。
3 高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中優(yōu)化措施
3.1剪力墻抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)
現(xiàn)代社會(huì)，人們對(duì)建筑的抗震性能意識(shí)不斷提高。對(duì)于高層住宅建筑，地震所帶來(lái)的危害將會(huì)更大。因此，在對(duì)高層住宅進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，一定要考慮建筑的抗震指數(shù)。對(duì)于高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)，可能由于本身剛度比較差，所以在發(fā)生地震時(shí)變形就會(huì)非常嚴(yán)重，對(duì)于地震的防御力就很低。因此，對(duì)于高層住宅剪力墻的剛度問(wèn)題要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，符合抗震的要求，保證結(jié)構(gòu)合理和經(jīng)濟(jì)性。
3.2剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化
高層住宅建筑的設(shè)計(jì)不僅僅要求是能夠達(dá)到最基本的建筑使用標(biāo)準(zhǔn)，更要注意的注重結(jié)構(gòu)合理性問(wèn)題。高層建筑的設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮建筑層數(shù)比較多，并且在施工時(shí)要保證地基足夠堅(jiān)固，支撐之后將要建造的上面的樓層的重量。在設(shè)計(jì)時(shí)，既要保證剪力墻能夠保證較好的抗震性，又要保證足夠的剛度。對(duì)于現(xiàn)有的剪力墻結(jié)構(gòu)中的一些缺點(diǎn)，比如建筑成本比較高，而且在施工時(shí)難度比較大，對(duì)于鋼材的使用量也非常大，也需要被考慮在優(yōu)化設(shè)計(jì)中。可能這些缺點(diǎn)就是因現(xiàn)有剪力墻的結(jié)構(gòu)不合理性造成，所以在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的過(guò)程中就要考慮到這些問(wèn)題。優(yōu)化設(shè)計(jì)者要充分考慮到各方面可能影響到剪力墻結(jié)構(gòu)的因素，在優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)能夠改進(jìn)這些問(wèn)題，爭(zhēng)取使得優(yōu)化后的剪力墻在使用過(guò)程中盡量避免出現(xiàn)原有的不足。優(yōu)化過(guò)后的剪力墻結(jié)構(gòu)需要表現(xiàn)出抗震性好、建造成本低、施工時(shí)比較簡(jiǎn)單、對(duì)鋼材的使用量降低等優(yōu)點(diǎn)，因此對(duì)高層住宅的剪力墻優(yōu)化設(shè)計(jì)的探索具有重要意義。
3.3剪力墻位置優(yōu)化
剪力墻在其設(shè)計(jì)的過(guò)程中通常為雙向布置，一般沿著主軸方向或者其他的方向，此種做法可有效的提高空間工作性能，且極易實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方面手里的抗側(cè)剛度接近。剪力墻的位置、數(shù)量均要得當(dāng)適宜，若是剪力墻的數(shù)量太少，那么結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度則無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求，但是數(shù)量過(guò)多，那么墻體的利用率則會(huì)大大降低，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度過(guò)大，加大地震力和自重，無(wú)法充分滿足設(shè)計(jì)要求。在設(shè)計(jì)剪力墻肢截面的時(shí)候，盡量達(dá)到規(guī)則、簡(jiǎn)單、豎直剛度均勻等要求。在對(duì)建筑進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，剪力墻底部則需加強(qiáng)部位不應(yīng)采用錯(cuò)洞墻和疊合錯(cuò)洞墻，有效的避免設(shè)計(jì)過(guò)程中墻肢剛度相差懸殊的洞口。同時(shí)剪力墻必須應(yīng)用從上到下的連續(xù)布置方式，避免強(qiáng)敵剛度突變，且對(duì)剪力墻平面外地彎矩進(jìn)行控制，保證剪力墻平面外地穩(wěn)定性。
3.4剪力墻厚度優(yōu)化
在對(duì)剪力墻進(jìn)行厚度優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)可完全依靠pansy軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，剪力墻結(jié)構(gòu)模型利用梁?jiǎn)卧狟EAM4和殼單元SHELL63建立剪力墻結(jié)構(gòu)模型，如圖1，并充分的發(fā)揮ansys軟件強(qiáng)大模態(tài)分析功能采用30階莫泰，得到模型的30階自振頻率，從而對(duì)剪力墻的固有頻率與振型進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化后的各階頻率均小于優(yōu)化前，這就使得整個(gè)結(jié)構(gòu)變的“更柔”而且降低了工程的成本。在墻體厚度的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)變量為剪力墻厚度，約束條件為最大層間位移角，目標(biāo)函數(shù)為混凝土用量。優(yōu)化后的墻體厚度從0.25m減小到0.214m，混凝土的用量也從2544？降到了2181？。
4 結(jié)語(yǔ)
從現(xiàn)實(shí)情況來(lái)看，在我國(guó)的高層建筑住宅中，剪力墻結(jié)構(gòu)已被廣泛應(yīng)用，其數(shù)量會(huì)根據(jù)不同的高層住宅而有所不同，所以對(duì)于高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化勢(shì)在必行。而在對(duì)剪力墻的優(yōu)化設(shè)計(jì)中要注意，優(yōu)化的目的不僅僅是為了能夠降低工程造價(jià)，更要在保證安全的前提下，做到建筑的合理性，要更好的保證建筑的使用功能。因此，對(duì)于高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化要妥善考慮到建筑各方面的特點(diǎn)，兼顧合理性，才能發(fā)揮出結(jié)構(gòu)優(yōu)化的意義。
參考文獻(xiàn)
關(guān)鍵詞: 高層建筑剪力墻；結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)
中圖分類號(hào)： TU97 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
前言：在諸多的新興城市中，高層建筑已隨處可見(jiàn)。在高層建筑的設(shè)計(jì)過(guò)程中，剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。剪力墻的好壞關(guān)系到高層建筑的安全性及可靠性。剪力墻結(jié)構(gòu)要承受水平及縱向的作用力，對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化可以使建筑高度增加而不影響安全性，同時(shí)使室內(nèi)使用空間更加優(yōu)化。因此，剪力墻布置、方案選擇及含鋼量等是優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。
1.高層建筑設(shè)計(jì)概念的特點(diǎn)
高層建筑的在設(shè)計(jì)過(guò)程中,設(shè)計(jì)到的結(jié)構(gòu)功能主要包括兩方面:一是建筑承受荷載的能力；二是抵抗側(cè)移能力。同時(shí)，其結(jié)構(gòu)功能作為表達(dá)建筑體量組成和結(jié)構(gòu)藝術(shù)的基礎(chǔ)。高層建筑在設(shè)計(jì)過(guò)程中，既不能隨心所欲任意而為也不能離開(kāi)實(shí)踐的基礎(chǔ)而進(jìn)行單純的演算及推理。高層建筑的結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)取決于設(shè)計(jì)建筑的工程師，工程師需要經(jīng)過(guò)縝密的科學(xué)性的分析及演算并結(jié)合他們敏感的判斷力。在高層建筑設(shè)計(jì)的初期，設(shè)計(jì)人員們能經(jīng)過(guò)嚴(yán)密的分析決定高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念中的各類基礎(chǔ)性問(wèn)題。在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念的特點(diǎn)中，水平荷載問(wèn)題起著至關(guān)重要的決定性作用，這是由于隨著建筑高度不斷的上升，水平荷載對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響作用及控制作用越來(lái)越明顯。對(duì)于高層建筑的設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō),擁有與眾不同的超前觀念和理念創(chuàng)新是一種思維模式上的進(jìn)步之舉,同事是現(xiàn)代高層建筑設(shè)計(jì)中必不可少的一項(xiàng)能力。
2.剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化措施
2.1剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案
在高層建筑剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，要考慮的內(nèi)容較多，不僅要考慮到位移限值，也要考慮到框剪結(jié)構(gòu)中的抗側(cè)力構(gòu)件能否充分的發(fā)揮其作用。此外，在設(shè)計(jì)過(guò)程中還要注意使整體結(jié)構(gòu)布局合理，應(yīng)用的技術(shù)要相互匹配。使得整體的安全性達(dá)到最大值,所有結(jié)構(gòu)都能最大限度的發(fā)揮其作用,這樣設(shè)計(jì)出的結(jié)構(gòu)才能達(dá)到既經(jīng)濟(jì),又合理的目的并且節(jié)省成本。高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，若層數(shù)少于18層，可以采常用的現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)為最佳，若層數(shù)更高，則建議選擇使用普通剪力的墻結(jié)構(gòu)。剪力墻的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在于平面外剛度及承載力都相對(duì)來(lái)說(shuō)較小，因此剪力墻平面外的彎矩在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該適當(dāng)?shù)目刂疲€要增大剪力墻的剛度是剪力墻的結(jié)構(gòu)更加合理。為實(shí)現(xiàn)高層剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性并符合標(biāo)準(zhǔn)，必須先要確定剪力墻的具體高度及寬度，而且盡量將梁柱設(shè)計(jì)在建筑的隱蔽位置， 這樣能是高層建筑更具有美感及觀賞性。提前做好設(shè)計(jì)規(guī)劃工作，要注意剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要合理、對(duì)每一步的設(shè)計(jì)方案都要明確細(xì)化。
2.2剪力墻設(shè)計(jì)的計(jì)算方法
剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)在計(jì)算時(shí)要考慮水平作用還有豎向作用，從而對(duì)結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行合理的分析。在設(shè)計(jì)及計(jì)算高層建筑剪力墻拐角處的墻垛時(shí),如果沒(méi)有特別的要求或需要,在進(jìn)行計(jì)算時(shí)就不必要建立這些結(jié)構(gòu)的模型。除此之外，梁進(jìn)行框架剪力調(diào)整與不調(diào)整兩次計(jì)算也是十分必要的內(nèi)容,還要注意配筋設(shè)計(jì)要與其他部分相適合。剪力墻連梁的跨高比也有一定范圍的要求，建議應(yīng)該不小于 2.5，否則剪力和彎矩的值很有可能超出標(biāo)準(zhǔn)限值。對(duì)于難于進(jìn)行調(diào)整的梁來(lái)說(shuō),若能找到合適且可靠性較高的水平力傳遞路徑也是可行的。同時(shí)可以選擇的方法也包括對(duì)梁的彎剪剛度在一定范圍內(nèi)降低一些但不改變梁截面的方法來(lái)進(jìn)行調(diào)整工作。隔墻要盡量選擇輕質(zhì)的墻體，從而使荷載能夠有效的減少，對(duì)地震作用的影響也能降低一些，也能部分的節(jié)約資金。高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)中，樓層連梁以及配筋受高度影響較大。
2.3剪力墻布置方案的選擇
從高層建筑剪力墻的結(jié)構(gòu)布置上來(lái)說(shuō)，選擇弱連梁聯(lián)系的方式較為適合，這樣可以形成數(shù)量更多的聯(lián)肢墻。不僅能夠有效的避免剛度太大的問(wèn)題, 而且在結(jié)構(gòu)受力來(lái)說(shuō)仍然保持了整體墻的原樣。高層建筑剪力墻布置的基本原則包括以下幾個(gè)方面，首先要是剪力墻的數(shù)量不要過(guò)多,還要考慮各個(gè)墻肢在進(jìn)行布置時(shí)邊緣構(gòu)件的使用量也不要過(guò)多。剪力墻布置過(guò)程中，沿高度的方向小幅度的修改墻厚和混凝土的強(qiáng)度等級(jí)是可以的，而且墻肢數(shù)量的縮減影響稍小一些，這樣側(cè)向剛度在高度方向上的就能呈現(xiàn)逐步減小的趨勢(shì)。在能夠有效保證剪力墻的豎向和水平承重的前提下,要盡量是剪力墻布置時(shí)的間距擴(kuò)大,從而減少在小的間距范圍內(nèi)剪力墻布置過(guò)多。
2.4合理控制剪力墻結(jié)構(gòu)的含鋼量
近年來(lái)我國(guó)各地高層建筑的逐年增加,剪力墻在高層建筑中的應(yīng)用也越來(lái)越普遍。高層建筑的含鋼量問(wèn)題一直是影響建筑成本的關(guān)鍵，想要使高層建筑在進(jìn)行設(shè)計(jì)及施工時(shí)能夠具有更大的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，節(jié)約成本，從含鋼量入手是十分必要的。對(duì)剪力墻的結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制，并且對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工過(guò)程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合進(jìn)行分析, 從實(shí)際情況出發(fā)，按照使用要求認(rèn)真的分析高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)在建設(shè)構(gòu)成中最為適宜的用鋼量。
3.剪力墻優(yōu)化設(shè)計(jì)的其他措施及注意問(wèn)題
3.1關(guān)注轉(zhuǎn)換層的設(shè)計(jì)
剪力墻的轉(zhuǎn)換層在設(shè)計(jì)過(guò)程中要注意剛度不宜太大，因?yàn)檫^(guò)大的轉(zhuǎn)換層剛度會(huì)使結(jié)構(gòu)受地震影響變大并且會(huì)使豎向的剛度也會(huì)有一定程度的提高，這樣在建筑過(guò)程中材料的使用量也會(huì)提高對(duì)于成本來(lái)說(shuō)是一種浪費(fèi)。在這樣的情況下，設(shè)計(jì)人員對(duì)于截面尺寸要進(jìn)行分析及合理的選擇，同時(shí)要注意到剛度能否適應(yīng)高層建筑設(shè)計(jì)的要求。同時(shí)，剪力墻的轉(zhuǎn)換層剛度也不適合太小的數(shù)值因?yàn)檫@樣會(huì)出現(xiàn)沉降差，會(huì)使得配筋量的使用增加。
3.2連梁設(shè)計(jì)的優(yōu)化
對(duì)于轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其本身的剛度與質(zhì)量不宜過(guò)大，一般可通過(guò)水平力作用下的空間分析來(lái)檢查轉(zhuǎn)換層的位移角是否均勻。對(duì)于連梁的設(shè)計(jì)，在截面所受的剪承載力和配筋等方面都有一定的標(biāo)準(zhǔn)及要求。塑性調(diào)幅的方法為在內(nèi)力計(jì)算前將連梁剛度就進(jìn)行合適的減少。經(jīng)過(guò)這些調(diào)整之后的連梁應(yīng)該保證其彎矩和剪力的設(shè)計(jì)值比使用階段實(shí)際值要大，同時(shí)要比地震組合計(jì)算后所得的彎矩設(shè)計(jì)值大一些，這樣可以防止在正常的使用過(guò)程中，或者發(fā)生強(qiáng)度較小的地震作用后產(chǎn)生不可避免的裂縫現(xiàn)象，影響使用安全。
3.3合理控制設(shè)計(jì)過(guò)程中的成本
在高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)中,剪力墻建設(shè)過(guò)程中鋼筋用量占總用鋼量的比例較大。因此，暗柱及梁適宜采用高強(qiáng)度的鋼筋，從而使配筋量有效減少。配筋只需要滿足計(jì)算及標(biāo)準(zhǔn)建議所需的最小配筋率即可，這樣可以有效的節(jié)約成本。墻體荷載可以扣除，明確建筑使用功能以確定活荷載，去掉不必要的荷載。此外，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中要減少一些非必須的暗柱的設(shè)置,而且構(gòu)件配筋設(shè)計(jì)過(guò)程中，也不要過(guò)于隨意的改變配筋量,因?yàn)檫@對(duì)于用鋼量來(lái)說(shuō)十分重要，也要為節(jié)約成本有所考慮。
4.結(jié)語(yǔ)
隨高層建筑的大量建成，在高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,怎樣進(jìn)行合理的優(yōu)化已經(jīng)成為設(shè)計(jì)人員關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。怎樣既能高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)外觀簡(jiǎn)潔,同時(shí)又能大量的節(jié)約建筑成本成為了設(shè)計(jì)過(guò)程的關(guān)鍵。因此，在剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，合理布置及用鋼量等多方面要多加注意，同時(shí)減少不必要的成本浪費(fèi)，是高層建筑的剪力墻不僅更加美觀也更加穩(wěn)固安全。
參考文獻(xiàn)：
[1]呂瑞孝，姜?jiǎng)?. 高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需關(guān)注的要點(diǎn) [J]. 科技信息，2011，(19).
