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摘要：笔者长期从事高层建筑设计的研究工作，2013年有参加金田花园三期、华南摩尔改造工程、云浮港机、合肥世纪荣廷小区等等项目，旨在与同行探究学习共同进步。
关键词:建筑体系 应用 发展
高层建筑经常以建筑的高度和层数两个指标来判定，但世界范围内现在还没有一个统一的划分标准。高层建筑是随着社会生产的发展和人们生活的需要而发展起来的。
1. 高层建筑结构的发展
组合结构的高层建筑发展迅速。采用组合结构可建造比混凝土结构更高的建筑,不但具有优异的静、动力工作性能,而且能大节约钢材、降低工程造价和加快施工进度。在不同的情况下,可以取代钢筋混凝土结构和钢结构,科技含量也较高,对环境污染也较少,己广泛应用于冶金、造船、电力、交通等部门的建筑中,并以迅猛的势头进入了桥梁工程和高层与超高层建筑中，随着混凝土强度的提高以及构造和施工技术上的改进,组合结构在高层建筑中的
应用可望进一步扩大。
2. 新型结构形式的应用不断增加
框架体系、剪力墙体系和框架一剪力墙 (支撑)体系是高层建筑的传统结构体系。根据筒体的不同组成方式,可分为框筒体系、筒中筒体系和多束筒体系这3种类型。筒体最主要的受力特点是它的空间受力性能。无论哪一种筒体,在水平力作用下都可以看成固定于基础上的箱形悬臂构件，所以,该种体系广泛应用于多功能、多用途、层数较多的商层建筑中。
钢筋混凝土材料重新得到重视
与钢结构相比,钢筋混凝土结构具有整体性好、刚度大、位移小、舒适度佳、耐腐蚀、耐
高温、耐火、维护方便等优点。因此,即使是在美、日等钢铁工业发达的国家,钢筋混凝土造价还是低于钢结构。
智能建筑的发展异军突起
现代建筑技术和高新技术产业的结合促成了智能建筑的产生,在高层建筑中有更广阔的应用前景。智能建筑是装备、服务、经营以及建筑这四要素相互联系、全面综合以及各自优化并达到最佳组合,以获得高功能与高效率的建筑物。智能建筑是通过对建筑物的4个基本要素,即服务、管理、结构以及系统等等。智能建筑的构成至少必须具备三大系统: 办公自动化、动化系统、通讯网络系统以及系统设备管理等等。并且应用现代4 C技术构成智能建筑结构系统，结合现代化的服务与管理方式给人们提供一个安全、舒适的生活、学习与工作环境空间。
3. 高层建筑结构设计体系
剪力墙结构 高层建筑剪力墙结构，指的是使用平面剪力墙作为建筑主体的受力结构。高层建筑的结构设计中，水平作用力与荷载都作用于单片剪力墙，而结构设计依靠刚性的结构，使建筑保持更高的刚度与强度，而位移的曲线则出现变曲的形态。在高层建筑中，剪力墙有很多优势，特别适用于超出框架的高度时，是性能良好且具有稳定状态的结构体系。
筒体结构 筒体结构是把筒体当作抗侧力的构件。一般的高层建筑物使用的筒体受力构件可以分成空腹筒和实腹筒两类。筒体结构最大的优势在于：筒体结构具有较大的强度和刚度，结构体系内各个构件受力比较均匀，具有更好的抗震性能与抗风性能。筒体结构对空间和跨度大的高层建筑，可以发挥出更大的优势。
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框架结构 高层建筑的结构设计，一般使用框架结构时，要利用柱体和梁架及基础组成平面的框架，将平面框架作为建筑主要的承重结构，并且利用梁连接来实现平面框架组合的整体空间的结构体系。框架结构的优势在于：可以灵活的进行建筑平面的布置，对空间容积大的餐厅与会议室等可以更好的设置。
框架与剪力墙 通过水平荷载作用，将刚度强的楼板与连梁与剪力墙和框架结构共同组合成整体的结构，一同进行水平力的承担。而应用了框架-剪力墙结构的高层建筑，还是要靠剪力墙承担水平剪力的作用，垂直荷载力由框架结构进行承担，而位移的曲线会出现弯剪的形态。框架-剪力墙结构最大的优势在于：由于增加了剪力墙，可能使整个建筑的结构体系刚度增强，而建筑位移值有效降低，同时，还能使原本框结构承担的水平剪力朝着竖向的方向进行受力的分散。可见，框架-剪力墙结构体系较框架体系具有更好的适用性。
4. 现代高层建筑结构设计存在的缺陷
竖向荷载相比,侧向荷载对建筑物的效应不是线性增加的,然而随着建筑高度的增高而增大。在现代高层建筑中,问题不仅仅是抗剪,而是更重要的是整体抗弯和抵抗变形。可见现代建筑的高层结构受力性能与低层建筑有很大的差异,存在扭转、水平侧向位移以及剪重比等问题。相比于低层、多层和高层建筑,竖向和水平向结构体系的设计基本原理都是相同的,但是随着高度的不断增加,竖向结构体系成为设计的控制因素。其原因有两个:一、侧向力所产生的倾覆力矩和剪切变形要大得多； 二、较大的垂直荷载要求有较大的柱以及墙或者井筒。
5. 设计中存在的问题
优化的目标还不能完全符合工程的需要。由于实际结构问题往往十分复杂,存在设计变量多、约束条件多、受建筑功能限制较大等难点多种因素甚至不确定性因素使得目标函数在建立后只能得到相对最优解。然而现在尚没有实用的高层建筑优化分析软件而是使用现有的各种计算机分析软件进行截面优化，并不是简单的几次尝试就能达到效果的。所以,无论是机时还是设计进度,都较难允许实施这种优化方。多高层建筑设计项目,结构方案和布置还是比较合理的,其构件截面也是同类型结构中常用的尺寸,但是计算分析后还存在某些薄弱环节,为了改善这种受力状况,增大构件截面却未能得到明显改善,反而增加了材料耗量。 只重视结构尺寸的优化,即在给定结构的几何形状、拓扑和材料的情况下,求出满足约束条件的最优构件截面,而忽视结构整体的优化。
离散变量优化问题 建筑物尺寸以及型钢规格型号等都不是连续变化的。所以传统的优化方法：例如各种对偶算法和梯度算法等解析算法均无法胜任而且。基于问题的规模较大,随之带来的计算量急剧增加的“组合爆炸”问题也会使计算量急剧增加。
6. 工程优化设计理论的发展
工程设计软科学的发展 在工程设计中,更重要的是必须进行很多运筹、决策和规划的工作,因此工程设计可能是硬科学和软科学的结合,这就需要建立全面的、崭新的工程设计理论。在土建工程设计的前期,有许多重大的问题需要进行科学的决策,包括工程项目的可行性论证、工程项目的总体规划及结构的造型、结构设防水平以及功能优化的决策等.所有这些前期的决策工作,其影响都必须远大于目前的以结构计算为主的优化设计工作。
工程项目功能优化的发展 在经过可行性论证决定了工程项目的任务、规模以及建设地点、建设分期等重大问题之后,就需要重新考虑工程建设的总体布局及规划,这也是一个重大的决策,直接影响工程的社会和经济效益、运行的功能以及对环境的美学效应。在优化整个工程项目的功能时,可以利用价值工程的某些概念和手段来改善现有的方法。
工程项目全寿命优化的发展 以往的优化设计理论针对的都是具体的结构,但是在工程实际中，一般都是整个工程大系统的优化设计问题,其中由众多系统或者结构组成,具有变量种类多、约束藕合、多目标以及等高维数等复杂难点。
结语
综上所述，随着高层建筑结构设计理论、计算施工技术以及分析水平等不断提高，高层建筑结构的结构体系也将多元化，追求更具合理性和创新性的结构形式，也是结构工程师们今后不断努力的目标和方向。
参考文献：
[1]刘夏石.工程饥饿够设计优化[M].北京：科学出版社，2008:14-19.
［2］唐京华．基于实用与效果的建筑结构设计优化方法应用[J].2012.
论文作者:温小华
论文发表刊物:《基层建设》2015年15期
论文发表时间:2015/9/23
标签：结构论文; 高层建筑论文; 体系论文; 建筑论文; 剪力墙论文; 框架论文; 荷载论文; 《基层建设》2015年15期论文;