摘要：结构设计是土建工程汇总的重要内容，应当加以重视。由于结构设计关系到土木建筑的质量，如果涉及方面存在问题，将严重影响到人们的安全。加强这方面的研究，有助于提高土木建筑的稳定性与安全性。本文就当前我国土木工程建筑结构设计的特点、影响因素和优化的策略进行了研究，希望可以提高土木建筑的设计水平，推动建筑行业的发展。
关键词：土木工程；高层建筑；结构设计优化
引 言：当前背景下，高层建筑的建设数量明显增加，而其也不再只是城市中心独具的设施，同样也出现在城乡地区。其中，高层建筑能够在有限土地充分发挥其功能，真实地反映城市规划的水平，以保证城市的繁华性。而伴随高层建筑的普遍发展，其功能结构的设计和安全也备受关注。由此可见，深入研究并分析高层建筑结构的优化设计具有一定的现实意义。
1 优化土木工程建筑结构设计的重要性
在土木工程建筑结构设计过程中，应始终坚持耐久性、安全性、舒适性以及经济性的基本要求。只有这样，才能够将土木工程建筑结构的功能充分发挥出来。由于土建工程同人们的生命财产安全紧密联系，一旦出现了问题，就将严重威胁到人们的安全，进而产生不利影响。因此，优化土建工程结构设计，能够有效地提高其设计水平，从而使工程质量得到有效保障，为人们带来更好的使用体验。
2 当前我国土木工程建筑结构设计的特点分析
2.1 舒适性
在住宅建筑设计的过程中，需要始终为住户起居的舒适性提供必要的保障。其中，绝大多数户型都需要对室内空间进行灵活地分隔，并注重人居热、光、声环境需要，进而为居住者创设更加舒适的环境。在住宅结构方案设计的过程中，需要对住户后期改变分隔空间的可能性进行综合考虑。如果选择使用的是剪力墙建筑结构，尽可能将大开间布置作为优选。
2.2 经济性
在设计高层建筑结构方面，需要综合考虑房屋建造的地址、层数以及平面体形等多个方面，确保达到安全性、舒适性以及耐久性的基础上，选择使用既经济又合理的结构机制。另外，在设计构件过程中，还应当始终遵循规范构造的具体要求，强调节约的重要作用。特别是在设计地基基础时，一定要关注设计方案的经济性，这将直接关乎房屋建设的造价。
2.3 耐久性与安全性
伴随住宅的商品化发展，其逐渐成为住户耐用消费品，而与其他消费品存在的最大区别就是具有较长的使用寿命。在这种情况下，住宅结构设计工作的基本要求就是耐久性与安全性。其中，在选择使用结构体系和材料方面，都必须要保证具备抗风和抗震的性能，同时具备在整个寿命周期容许维修和改造的能力。
3 土木工程建筑结构设计的影响因素
3.1 抗震性能
在高层建筑结构设计的过程中，要对水平荷载与竖向荷载进行综合考虑，同样要注重抗震性能因素[1]。所以，要贯彻落实抗震设防工作，确保可以承受小规模地震，并且经过中级地震作用仍可以维修，而在大地震作用下能够保证不倒塌。
3.2 轴向变形
对于高层建筑而言，竖向荷载数值相对较大，所以，会在房柱当中形成轴向变形，对连续梁内力产生直接的影响。与此同时，也会对建筑预制构件的下料长度与构件位移带来影响，所以，在对高层建筑结构优化设计方面，必须高度重视构件轴向变形的重要性。
3.3 水平力
较之于低层亦或是多层建筑结构，其竖向荷载对结构设计的影响程度较大。对于高层建筑而言，水平荷载逐渐成为结构设计的主要控制元素。由于水平荷载会导致高层建筑的结构出现倾覆力矩，而在竖向构件当中，使得建筑物的自重与楼面使用荷载形成弯矩和轴力。对于高层建筑的竖向荷载，通常都是定值，特别是水平荷载地震作用以及风荷载作用等相关数值都会在结构动力改变的情况下而发生变化。所以，优化设计高层建筑结构的时候应注重水平力因素的作用。
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4 土木工程建筑结构设计优化的策略
4.1 梁柱构造的优化
在此高层建筑结构抗震设计方面，要求框架与轴压比要求相满足，借助轴压对框架柱截面进行控制。但在实际设计的过程中，轴压比都很大，也存在超过限额的情况[2]。除此之外，箍筋体积的配箍率难以与规程要求相适应，直接影响建筑结构的抗剪能力。针对这一问题，优化设计柱的时候，应在确保混凝土等级控制合理的基础上，对柱的界面进行合理优化，进一步强化建筑结构使用的性能。在此基础上，优化建筑物梁构造的过程中，还应当保证房梁传力的途径清晰，以免出现应力相对集中的问题发生。
4.2 建筑结构布置的优化
4.2.1平面布置的优化
在对此高层建筑结构平面布置的时候，应综合考虑其与建筑结构安全存在的联系。针对这一情况，对于高层建筑独立单元而言，要尽量保证结构平面设计的规则性与简单性，同时，要求承载力和刚度相互对称且均匀地分布，使得结构质量中心和刚度中心能够重合[3]。这样一来，即可有效地规避水平荷载所产生的扭转影响。在此基础上，优化高层建筑的平面布置，还应当对建筑平面长度加以控制，有效地规避长度过长而影响到两端振动的一致性，以免损坏建筑结构。
4.2.2竖向布置的优化
在此高层建筑项目中，其结构的竖向布置优化需要保证抗侧移刚度的设计始终连续并且均匀，尽量从下到上不断降低，以免在结构刚度变化幅度过大的情况下形成结构的薄弱区域。与此同时，对于该项目竖向布置，也要尽量保证均匀且满足规格要求，有效地规避内收与外挑的发生。
4.3 地下室层数的优化
优化设计高层建筑结构的主要目的，就是获取更为充足的建设空间，所以，地下室的设置不可或缺。但无论地下室的层数多亦或是少，都会对建筑造价带来影响，不利于建筑的使用[4]。所以，在此建筑工程项目地下车库设计的过程中，需要将地下室和上部结构作为一个整体进行计算，并选择场地抗浮水位与土体回弹模量，借助有限元软件深入分析基础底板。在这种情况下，即可对地下室底板所受水浮力与土体反力加以合理地计算，在满足地下室抗浮需求的同时，实现抗浮桩数量和底板配筋的有效优化。
4.4 加强层的优化
所谓的加强层，具体指的就是在高层建筑物内部的适当楼层合理设置刚度始终的水平伸臂构件[5]。因加强层是被设置于建筑结构中部以上的部位，所以使得结构的顶部侧移量降低，在发生地震的时候，还能够缓解其内力。在这种情况下，对此建筑项目结构进行设计的过程中，应当尽可能规避在结构顶层设置加强层。另外，要尽量选择使用桁架式的加强层，由于桁架杆件与柱的刚度大致相同，而桁架杆件刚度能够与强柱弱梁基本要求相适应。在此基础上，此高层建筑结构抗震设防的标准相对较高，即8度，所以在设计的过程中，需要尽量多地选择刚度有限的加强层，以保证核心筒刚度的不断提高。
结束语：
综上所述，高层建筑在建筑工程项目中占据主体地位，无论是居民楼亦或是商业楼，都会选择使用高层建筑的设计方式。在上文中，针对高层建筑结构设计的具体要求进行了分析，并阐述影响高层建筑结构设计的常见因素。在此基础上，以某建筑工程项目为例，提出了全面优化设计高层建筑结构的有效方法，以期进一步推动高层建筑的可持续发展。
参考文献：
[1]景毅.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的运用分析[J].科技资讯，2014，12（27）：36.
[2]齐建民.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用[J].科技资讯，2015，13（11）：73.
[3]韩飞.结构设计优化在房屋建筑结构设计中的应用[J].山东工业技术，2016（05）：90.
[4]王佩丹.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用研究[J].江西建材，2016（16）：51+54.
[5]周汉杰.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的应用[J].中华民居（下旬刊），2014（01）：117.
论文作者:黄开权
论文发表刊物:《基层建设》2018年第28期
论文发表时间:2018/11/8
标签：建筑结构论文; 结构设计论文; 荷载论文; 高层建筑论文; 刚度论文; 结构论文; 建筑论文; 《基层建设》2018年第28期论文;