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摘要：在社会经济快速发展的背景下，城市建筑用地资源日益紧张，高层乃至超高层建筑项目不断兴起，在城市建筑领域中占据着相当重要的地位，并带动着建筑行业的蓬勃发展。高层建筑项目建设中，结构设计的质量水平会对高层建筑物的整体性能产生影响，如何对高层建筑结构进行优化设计是业内人士必须关注的一项课题。本文即探讨在高层建筑结构优化设计中存在的不足之处，并提出了高层建筑结构优化设计的解决措施与方法，望能够促进建筑结构设计方案的进一步优化与发展。
关键词：高层建筑；结构；设计；优化
引言：高层建筑凭借着自身众多优势而成为当前城市建设中最重要的类型。而结构设计的科学合理性对高层建筑的安全稳定性、适用性、耐久性及经济性等有重大影响，因此优化高层建筑结构设计意义重大。高层建筑结构优化的主要目的是在满足人们基本居住要求的前体下，实现对有限空间及资源的更合理分配，以提升房屋的安全、舒适及美观性。建筑工程包含的内容众多，因此结构设计优化的内容也是多方面的，在结构优化设计中，只有从多角度进行全面的优化设计，才能从整体上促进高层建筑结构优化设计水平的提高。
1、高层建筑历史与现状发展
在很早以前就有了结构化优化的思维，是在很多建筑设计者的实践中提炼出来的，林同炎设计大师就是首次在国内提出结构化优化的方法。之后在我国高层建筑迅速发展，目前发展已经十分惊人，各种优化方法也层出不穷。
在早前，手工画图时代，结构设计师都是依靠先把空间问题转换成平面问题。此时通过计算力学效应，逐步分析计算和考核，强度、 整体受力情况都需要一一验算核准，强调安全性，也要满足设计的基本要求。然后凭经验初取截面，再进行强度验算校核、整体受力验算等步骤。由于受到当时条件制约，整体上要既要实现经济，又要完全达到优化设计是很难达到的。随着计算机的普及，在建筑设计上的应用，利用计算机来优化建筑设计结构，研究成果虽然取得了突破性的进展，但是应用上并不如人意。那是因为科研的结果与现实的运用在很大程度上有一定的距离，现实中会考虑更多的约束条件，工程的复杂性在现实中得到体现。不是科研中的简单函数关系就能处理完成，需要考虑实际情况。工程的复杂和不可复制性，就决定了结构化优化的难度。
各种计算机语言和软件的出现，为建筑结构化设计提供了精准的计算，让设计更有迅速。即便如此，科学研究的最优解和建筑实际的最优化还是有很大的区别，理论和实践区别在于实践的变化性。这就需要以实践为基础，更深入的去研究，从结构优化，到安全、美学、功能等方面进行优化。
2、设计高层建筑结构合理性所遵守的原则
2.1 高层建筑结构基础设计方案要合理
高层建筑场地的地址因素是决定高层建筑结构基础方案如何选择的参考依据。合理、有效的高层建筑结构基础方案的设计，必须结合相应的地址勘探条件，必须切实、全面的考虑周边原有建筑群体、施工限制条件、地基荷载分布情况与高层建筑结构类型等相互间的关联因素。
2.2 保证高层建筑结构设计方案的合理性
判定高层建筑结构基础设计方案合理性的依据是：高层建筑结构设计方案与建筑内部结构系统及施工各项要求方式是否相符合。一方面，高层建筑结构方案的设计要满足高层建筑结构的要求，满足结构体系传力简单、受力明确的要求，相同结构单元的高层建筑体，应具备相同的结构系统；另一方面，此方案还必须能够保证其在具体施工中的经济性要求。
3、高层建筑结构设计重点考虑因素
3.1 水平荷载
从实际情况来看通常非高层建筑结构设计主要以竖向荷载为主，但高层则正好与之相反，其结构设计控制因素是水平荷载，对此我们要从以下两个方面着手：结合笔者多年工作经验可知，高层建筑所承受的水平荷载会导致结构出现倾覆力矩和它竖向构件引起的轴力与层高成二次方正比，但建筑重量和楼面竖向结构荷载二者引起的弯矩与轴力，它们和层高只成一次方正比。其次，对于高层建筑来说，竖向荷载是比较稳定的，然而其水平荷载受到诸如风力、地震等外界因素而出现变化。
3.2 轴向变形
在高层建筑结构中，由于竖向荷载较大，很容易在柱中引起轴向变形，进而影响连续梁的弯矩，导致连续梁中间支座部位的负弯矩降低，而跨中正弯矩之和端支座负弯矩增大，尤其是在纵向方面其变形更为严重。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆除此之外，中部构件与边部构件及其角部构件的变形情况是有很大差异的，这就会影响到结构内力的分配，因此，在对高层建筑结构进行优化设计的过程中，轴向变形是要重点考虑的一个方面。
3.3 侧移控制
相对于低层建筑而言，高层建筑发生侧移几率更大，因此在结构优化设计中要加以注意。随着建筑高度的不断增加，水平方向荷载下侧向变形变大，这种情况下侧移程度也会增大。侧移问题是高层建筑结构设计中要重点考虑的一个因素，主要讲侧移问题严格控制在规定的范围内，高层建筑发生侧移的几率是很小的。
3.4 抗震性能
在建筑结构设计中，抗震性能是一个重要方面，而在高层建筑中，对于抗震性能有更高的要求。因此，在高层建筑结构设计上要全面做好抗震设防，以满足高层建筑在地震中“小震不坏，中震可修，大震不到”的规范要求。
3.5 结构延性
相对于低层建筑而言，高层建筑具有更为柔韧的结构，在地震中其受到的影响也更大，因此，在高层建筑设计上就要考虑到结构延性的因素。为了确保高层建筑结构具有足够的延性，就要针对建筑结构的特点采取科学合理的措施对其进行设计，以确保在弹塑性或塑性阶段中能够具有足够的抵抗外力及变形能力，避免结构发生更大的损坏。
4、优化高层建筑结构设计的措施
4.1 从结构计算和构造出发
在进行高层建筑结构计算的时候必须重点考虑以下几个方面的问题：1)底框砌体结构的验算；2)要保证楼板计算方法的正确性与结果的准确性；3)保证荷载计算的准确性，不允许出现失误；4)通过试验的方法对计算结果进行验证，并分析、判断方案的合理性，以确保在工程实施过程中不出现纸漏。从构造的角度出发，要重点考虑以下几个方面：1)构件配筋率的极限值是否正确，能不能满足高层建筑在抗震方面的要求；2)要确保钢筋质量符合工程要求，同时还要符合在不同位置延伸、搭接和锚固的长度的要求；3)要防止因屋面温度应力造成的墙体裂缝，这就需要做好融热通风等工作。
4.2 从抗震要求出发
抗震性能是现阶段对建筑结构设计提出了基本要求，因此抗震设计也成为当前建筑结构设计的主要内容。通常情况下，对于多层砌体结构的建筑来说，最好以横墙承重或是纵横墙承重的结构方式，同时还必须保证纵横墙均匀对称、上下连续；楼梯最好不要设置在房屋转角或是尽头的地方，可以防止地震时出现坍塌；针对多层或者高层的钢筋混凝土结构来说，应采用规则的结构将抗震墙和框架等抗侧力结构进行双向布置，并控制好抗震墙之间屋盖和楼盖的长宽比，还可在较为复杂的结构上设置防震缝。同时可以降低高层建筑自身的重量。高层建筑房屋的自重与地震效应成正比。建筑物自重比较小，则相应地震引发破坏的可能性越小；反之，增大建筑物自重，就会增大相应的地震效应，相同单位结构上地震剪力就会越大，建筑物安全性更易受到影响，建筑物更容易在地震中被破坏，从而造成不必要的经济损失。
4.3 要求设计人员要重视细部的优化
高层建筑结构设计不仅要注重整体结构设计的协调，也应在结构细节部分的设计中加强重视。举例：为减少必须钢筋的使用量，可以用冷轧钢替代普通钢筋使用，这样的基础设计，既能增加高层建筑对地震剪力的抵抗能力，又能降低成本，增大经济效益。又如：在现浇板的设计方案中，将异形板划分为方形板，从而不免建筑物受力不均，减少完工后现浇板在使用过程中断裂的可能性。同时提高高层建筑结构设计人员对抗震性能的重视。高层建筑结构设计高层建筑设计中的安全性、实用性决定了设计人员必须具备扎实的专业知识，其经济性、美观性又对设计人员在思维创新方面提出了要求。
5、结语
总之，对于高层建筑结构优化需要注意的多方面，需要设计者既有创造性，又有熟练的理论和实践经验，从设计的展现到结构特性的把握，都需要精准的知识水平。特别是结构效应上要满足安全需要，把安全放在首位。经济性是一个设计师能力的综合体现，优化在经济性上是建筑商品市场竞争的关键。只有综合把握这几个方面，才能完成高层结构优化的目标。
参考文献：
[1]高层建筑结构设计的问题及对策探讨[J]. 王义文,冯兴传. 城市地理. 2014(12)
[2]高层建筑结构抗震设计的几点建议[J]. 肖凯,郑国军,王文莉. 科技致富向导. 2014(02)
[3]高层建筑结构设计特点及其体系[J]. 于险峰. 中国新技术新产品. 2009(24)
[4]浅谈高层建筑结构的设计与分析[J]. 何辉,吴祖跃. 科技创新导报. 2009(13)
[5]房屋建筑结构设计中的应用优化技术[J]. 彭康林. 低碳世界. 2018(05)
[6]建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用[J]. 姜凯. 城市建设理论研究(电子版). 2017(15)
论文作者:钟锦华
论文发表刊物:《防护工程》2018年第23期
论文发表时间:2018/12/12
标签：高层建筑论文; 建筑结构论文; 结构设计论文; 结构论文; 高层论文; 荷载论文; 建筑论文; 《防护工程》2018年第23期论文;