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[摘 要]通常情况下，高层建筑在设计的时候要优化结构，这样才能符合设计规定，但是因为很多原因，其结构在设计的时候，并不能优化，这些原因可能是因为施工的时间长，或者对高层建筑的投资大，也可以能是因为设计不断发生变化等，这些因素都会影响结构的优化。本篇文章主要是探讨了高层建筑结构优化的有关理论，分析在设计中出现的弊端，并根据问题找到最佳的解决方案。
[关键词]高层建筑 结构优化 设计 问题 解决方案
中图分类号：U965 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）07-0172-01
城市的商业化气息浓厚，在商业的推动下，经济有了更加良好的发展形式，而建筑也因此在发展，尤其是高层建筑。城市中的高层建筑可以看作是城市以及商业的体现。在设计高层建筑结构的时候，技术为结构提供保证，可是对于高层建筑的剪力墙而言，结构的设计还有不足，也就是说还有发展的空间。
1 高层建筑剪力墙结构优化设计现状
就目前的发展情况来看，国内常用的两种结构优化设计包括两大类，即数学规划法和力学准则法。但是对结构优化的实践远远滞后于理论的发展。国内的优化方法理论还不健全，不能适时的根据具体工程项目情况进行调整；于国内结构优化方面的人才比较欠缺，对相关的技术把握有很多不足；由于长时间的实践，很多设计单位都有自己的一套理论体系，按部就班地完成设计工作，没有与时俱进；设计人员的责任心不够，逃避对结构的优化设计，没有有效发挥主观能动性。近十几年，国内在研究把优化理论应用于工程实践方面又有了新的进展：强调综合处理，使技术、经济与管理相结合；于对结构的构件布局和节点连接关系进行优化；考虑事物的模糊性；对常见结构和标准构件，形成通用程序和计算图表，便于推广。目前针对剪力墙结构优化的研究主要是根据力学准则化对其进行优化，例如采用大开间或大柱网方案。根据相关试验研究表明：剪力墙破坏时其强度为设计要求的好几倍，这种小开间剪力墙结构体系无论承载能力及抗侧刚度均显得过大，它将导致较大的建筑自重和较大的地震作用。
2 剪力墙结构体系的设计
剪力墙又称作结构墙，剪力墙截面较大，且整幢建筑物的剪力墙之间互相现浇予以连接，整体性好，有很大的抗侧能力，可建造较高的房屋。剪力墙结构主要是用于承担横向水平力的实体墙体结构。剪力墙体系可以是直接竖立在基础上，也可为了适应下部大空间的需要而由框架支承，形成框支剪力墙。剪力墙结构体系是由楼盖组成的空间盒子及一系列纵向、横向剪力墙结构体系，承受水平和竖向荷载，各片剪力墙的受力在竖向荷载作用下会比较简单，也容易分析，但在水平荷载作用下却有很大不同。简化分析方法，认为剪力墙平面之外的刚度极小，但其自身竖向平面内的刚度却很大，而在平面外的刚度可以忽略。这样，可把横、纵方向的剪力墙分别加以考虑，将空间结构作为平面结构进行处理，使剪力墙体系的位移和内力计算在水平荷载作用下得到最大程度的简化。实际上，剪力墙结构体系纵、横两个方向各片剪力墙是分别相互连在一起的，各片剪力墙的截面特性应计及纵、横墙的共同工作，即纵墙的一部分可作为横墙的有效翼缘，横墙的一部分也可作为纵墙的有效翼缘。剪力墙的种类，分为整截面剪力墙，整体小开口墙，双肢墙、多肢墙，壁式框架。
3 剪力墙结构优化设计方法
3.1 主体结构抗侧刚度
高层建筑在承受建筑内部重量的同时，还要让建筑有整体性，最主要的是让建筑保持稳定。然而高层建筑的稳定性却受到某些自然条件的冲击，当出现强风、暴雨等天气的时候，建筑的结构受到严重的冲击，可是高层建筑还是让主体有刚度，以免建筑出现移动。通过稳定主体的刚度，可以让建筑内部结构以及使用建筑的人很安全。高层建筑的材料的用量与建筑结构承受的重量是有一定联系的。如果建筑承载量大，那么建筑结构的材料更多。而结构的抗侧力材料数量也是同样，并且是呈二次方的比例增加。建筑结构的标准是否合理取决于主体结构的抗侧刚度。因此在在优化建筑结构的时候，应该计算抗侧刚度，通过计算结果，合理的设计高层建筑结构。
3.2 地震作用
计算建筑的抗震作用，通常计算的方法有两种，一种是振型分解反应谱；而另一种是底部剪力。但是第一种方法用的比较多，在计算的时候，可以用拟静力的方式，通过这种计算方式可以保证计算数据准确，而且还能计算出建筑的抗震水平。底部剪力也是在设计建筑抗震使用的一种方法，而且将拟静力的方法简化。如果建筑的质量以及刚度同时能沿着竖向分布，并且分布的较为均匀的时候，可以看出这种计算方式还有可靠性的。尽管这种计算方式更方便，但是会使误差增大，甚至是使建筑的结构出现偏差。但是如果使用了这种计算方式，那么在分析结构刚度的时候，不会在经过很多的步骤之后才计算出结果。
3.3 建筑结构轻型化
现在很多高层建筑都属于剪力墙结构，而使用的材料也以混凝土为主，但是材料的等级通常比较低，而且混凝土具有较大的自重，这会使材料在运输的时候，以及施工中都会出现不利因素，因此在优化建筑结构的时候，应该控制建筑的重量。当建筑的结构轻型化之后，使用的材料就减少，而且建筑的截面也会缩短，通过这种方法可以让建筑有较高的抗震性，当建筑的抗震性改变之后，建筑在地震中受到的影响也小。建筑的楼盖形式也要保证是正规的，首先要有一个测量建筑楼盖的尺寸，以及截面面积，其次是测量建筑的重量，控制好建筑发生位移的地点以及程度。在选择建筑的材料的时候，要选择那些质量轻，但是具有很高强度的材料，控制建筑墙体的重量，使其重量较轻，同时减少建筑的重量。使用的传统材料要么具有轻度，要么具有高强度，两者不能并存，可以在技术发展之后，出现了很多的材料，而且材料的运用也得到改善，使其不仅重量较轻，还能有很高的强度。可是这种材料在国外使用的较多，而我国的高层建筑基本还是使用钢筋混凝土结构，新型的材料只能在轻骨料高层建筑中使用。
4 结束语
综上所述，我国有关高层建筑的剪力墙结构优化设计虽然取得了突破性的进展，但仍然还有很多不足。这不仅需要技术的转变，还需要设计人员的用心和细心。在进行前期设计时，就把建筑的实用性、安全性等性能考虑充分。关于剪力墙结构的优化设计不能仅仅停留在理论上的发展，相关从业人员应多注意理论和实践的结合，优化剪力墙布置和对建筑材料的选用。对此，作为国家政府，应该加大资金投入，组织相关建筑专家进行详细研究，并出台相关法律政策作为支撑。作为设计人员，勇于创新，努力提升自身的专业技术修养，不但要能做出设计，更要做好设计。
参考文献
[1] 谢向鹏，李献军，高菊芳.试析高层建筑剪力墙结构优化设计[J].中国建筑金属结构，2013（12）：57～58.
[2] 门进杰，李慧娟，史庆轩，贺志坚，王顺礼，周琦.某板式住宅高层建筑剪力墙结构优化设计研究[J].结构工程师，2013（06）：169～171.
[3] 郭苏海.高层建筑剪力墙结构设计需关注的要点[J].中华民居（下旬刊），2013（11）：45～46.
[4] 陈英鹏.高层建筑剪力墙结构设计优化探究[J].中国建筑金属结构，2013（02）：18～19.
[关键词]高层建筑 结构优化 设计 问题 解决方案
中图分类号：U965 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）07-0172-01
城市的商业化气息浓厚，在商业的推动下，经济有了更加良好的发展形式，而建筑也因此在发展，尤其是高层建筑。城市中的高层建筑可以看作是城市以及商业的体现。在设计高层建筑结构的时候，技术为结构提供保证，可是对于高层建筑的剪力墙而言，结构的设计还有不足，也就是说还有发展的空间。
1 高层建筑剪力墙结构优化设计现状
就目前的发展情况来看，国内常用的两种结构优化设计包括两大类，即数学规划法和力学准则法。但是对结构优化的实践远远滞后于理论的发展。国内的优化方法理论还不健全，不能适时的根据具体工程项目情况进行调整；于国内结构优化方面的人才比较欠缺，对相关的技术把握有很多不足；由于长时间的实践，很多设计单位都有自己的一套理论体系，按部就班地完成设计工作，没有与时俱进；设计人员的责任心不够，逃避对结构的优化设计，没有有效发挥主观能动性。近十几年，国内在研究把优化理论应用于工程实践方面又有了新的进展：强调综合处理，使技术、经济与管理相结合；于对结构的构件布局和节点连接关系进行优化；考虑事物的模糊性；对常见结构和标准构件，形成通用程序和计算图表，便于推广。目前针对剪力墙结构优化的研究主要是根据力学准则化对其进行优化，例如采用大开间或大柱网方案。根据相关试验研究表明：剪力墙破坏时其强度为设计要求的好几倍，这种小开间剪力墙结构体系无论承载能力及抗侧刚度均显得过大，它将导致较大的建筑自重和较大的地震作用。
2 剪力墙结构体系的设计
剪力墙又称作结构墙，剪力墙截面较大，且整幢建筑物的剪力墙之间互相现浇予以连接，整体性好，有很大的抗侧能力，可建造较高的房屋。剪力墙结构主要是用于承担横向水平力的实体墙体结构。剪力墙体系可以是直接竖立在基础上，也可为了适应下部大空间的需要而由框架支承，形成框支剪力墙。剪力墙结构体系是由楼盖组成的空间盒子及一系列纵向、横向剪力墙结构体系，承受水平和竖向荷载，各片剪力墙的受力在竖向荷载作用下会比较简单，也容易分析，但在水平荷载作用下却有很大不同。简化分析方法，认为剪力墙平面之外的刚度极小，但其自身竖向平面内的刚度却很大，而在平面外的刚度可以忽略。这样，可把横、纵方向的剪力墙分别加以考虑，将空间结构作为平面结构进行处理，使剪力墙体系的位移和内力计算在水平荷载作用下得到最大程度的简化。实际上，剪力墙结构体系纵、横两个方向各片剪力墙是分别相互连在一起的，各片剪力墙的截面特性应计及纵、横墙的共同工作，即纵墙的一部分可作为横墙的有效翼缘，横墙的一部分也可作为纵墙的有效翼缘。剪力墙的种类，分为整截面剪力墙，整体小开口墙，双肢墙、多肢墙，壁式框架。
3 剪力墙结构优化设计方法
3.1 主体结构抗侧刚度
高层建筑在承受建筑内部重量的同时，还要让建筑有整体性，最主要的是让建筑保持稳定。然而高层建筑的稳定性却受到某些自然条件的冲击，当出现强风、暴雨等天气的时候，建筑的结构受到严重的冲击，可是高层建筑还是让主体有刚度，以免建筑出现移动。通过稳定主体的刚度，可以让建筑内部结构以及使用建筑的人很安全。高层建筑的材料的用量与建筑结构承受的重量是有一定联系的。如果建筑承载量大，那么建筑结构的材料更多。而结构的抗侧力材料数量也是同样，并且是呈二次方的比例增加。建筑结构的标准是否合理取决于主体结构的抗侧刚度。因此在在优化建筑结构的时候，应该计算抗侧刚度，通过计算结果，合理的设计高层建筑结构。
3.2 地震作用
计算建筑的抗震作用，通常计算的方法有两种，一种是振型分解反应谱；而另一种是底部剪力。但是第一种方法用的比较多，在计算的时候，可以用拟静力的方式，通过这种计算方式可以保证计算数据准确，而且还能计算出建筑的抗震水平。底部剪力也是在设计建筑抗震使用的一种方法，而且将拟静力的方法简化。如果建筑的质量以及刚度同时能沿着竖向分布，并且分布的较为均匀的时候，可以看出这种计算方式还有可靠性的。尽管这种计算方式更方便，但是会使误差增大，甚至是使建筑的结构出现偏差。但是如果使用了这种计算方式，那么在分析结构刚度的时候，不会在经过很多的步骤之后才计算出结果。
3.3 建筑结构轻型化
现在很多高层建筑都属于剪力墙结构，而使用的材料也以混凝土为主，但是材料的等级通常比较低，而且混凝土具有较大的自重，这会使材料在运输的时候，以及施工中都会出现不利因素，因此在优化建筑结构的时候，应该控制建筑的重量。当建筑的结构轻型化之后，使用的材料就减少，而且建筑的截面也会缩短，通过这种方法可以让建筑有较高的抗震性，当建筑的抗震性改变之后，建筑在地震中受到的影响也小。建筑的楼盖形式也要保证是正规的，首先要有一个测量建筑楼盖的尺寸，以及截面面积，其次是测量建筑的重量，控制好建筑发生位移的地点以及程度。在选择建筑的材料的时候，要选择那些质量轻，但是具有很高强度的材料，控制建筑墙体的重量，使其重量较轻，同时减少建筑的重量。使用的传统材料要么具有轻度，要么具有高强度，两者不能并存，可以在技术发展之后，出现了很多的材料，而且材料的运用也得到改善，使其不仅重量较轻，还能有很高的强度。可是这种材料在国外使用的较多，而我国的高层建筑基本还是使用钢筋混凝土结构，新型的材料只能在轻骨料高层建筑中使用。
4 结束语
综上所述，我国有关高层建筑的剪力墙结构优化设计虽然取得了突破性的进展，但仍然还有很多不足。这不仅需要技术的转变，还需要设计人员的用心和细心。在进行前期设计时，就把建筑的实用性、安全性等性能考虑充分。关于剪力墙结构的优化设计不能仅仅停留在理论上的发展，相关从业人员应多注意理论和实践的结合，优化剪力墙布置和对建筑材料的选用。对此，作为国家政府，应该加大资金投入，组织相关建筑专家进行详细研究，并出台相关法律政策作为支撑。作为设计人员，勇于创新，努力提升自身的专业技术修养，不但要能做出设计，更要做好设计。
参考文献
[1] 谢向鹏，李献军，高菊芳.试析高层建筑剪力墙结构优化设计[J].中国建筑金属结构，2013（12）：57～58.
[2] 门进杰，李慧娟，史庆轩，贺志坚，王顺礼，周琦.某板式住宅高层建筑剪力墙结构优化设计研究[J].结构工程师，2013（06）：169～171.
[3] 郭苏海.高层建筑剪力墙结构设计需关注的要点[J].中华民居（下旬刊），2013（11）：45～46.
[4] 陈英鹏.高层建筑剪力墙结构设计优化探究[J].中国建筑金属结构，2013（02）：18～19.