高层建筑结构设计优化的方法和作用

摘要：建筑工程的结构设计不仅关系着工程的顺利实施，与工程的施工质量也是密切相关，由此可见，建筑工程结构设计的重要性。文章主要针对高层建筑中的结构设计优化进行分析，并提出设计优化方法。

关键词：高层建筑；结构设计；优化方法

中图分类号：TU97文献标识码： A

引言

随着国家经济的发展，各行各业对于建筑房屋的需求和人们对建筑的观念改变，使得我国的建筑行业突飞猛进地发展起来。然而高层房屋建筑结构设计方面存在诸多问题，造成设计过程中安全性和经济性不能有效的把握。我们必须重视这些问题，并探寻恰当的解决方法，以促进我国高层房屋建设工作的稳定发展。

1、建筑结构设计优化的内涵影响

一座建筑物好坏的因素非常多。一般来讲，人们对建筑物的评价来源于三个方面：外形、结构和质量。这些都和结构设计密切相关。房屋结构设计，不仅仅是整个建筑工程赖以实施的基本根据，更是一个建筑能否充分实现预定功能和目标的根本保障，是整个建筑工程的核心要素。优秀的房屋结构设计方案，应当能够在有效控制成本投入，降低施工难度的基础上，充分利用城市中的空间资源和其它资源，大幅提升建筑物的实用功能和安全质量。要取得优秀的设计方案，需要对既有设计不断进行优化改良，从而最大限度地实现使用者对房屋的功能要求、质量要求和审美需要。同时，优化后的结构设计还能够有效帮助建设者节约资金，降低建设成本。

2、建筑结构设计中存在的问题

2.1在建筑结构设计时对地基建造不够注重

目前，在大多的建筑图中，是按照建筑的基础设计图进行施工，对于地质勘查方面并没有太多的信息和数据，因此，在建筑施工中，就没有对地基的建设给予过多的关注。这样在建筑结构设计中没有对地基的建设重视，很可能就会导致建筑的安全性和扎实性出现问题。为了让建筑更加稳固，就要对地质情况进行勘察同时查看相关的地质信息，考虑到各方面的因素来进行建筑的结构设计。在建筑施工中，设计人员一般会根据自己的想法和经验来建造砂垫层，这样建筑物的承受力就会大大折扣，从而可能成为未来建筑安全性的潜在隐患。

2.2高层建筑结构设计体系不够合理

高层建筑的结构设计出了追求外观好看以外，还有注意设计的科学性和和合理性、体系化。对于高层建筑的设计并不是单一的，有剪力墙结构体系、筒体结构体系等等。另外，要想一个高层建筑达到一定的安全性，一定要将其整个结构设计系统化，既要考虑地震等带来的巨大载荷，也要考虑到水平方向的强风等，并且还有做好相关的预防措施。如果这些问题只是被单独拿出来解决，而忽视其他一连串的问题，就极容易给高层建筑埋下隐患，对突如其来的灾害不知所措。

2.3高层建筑结构的均衡关系不够合理

在高层建筑的结构布局上，设计人员在设计前应该先将街道的宽度和窄度测量清楚，再考虑高层建筑物的自身尺度。一个设计合理的高层建筑其主题、裙房和顶部之间应该是均衡的尺度空间。另外，高层建筑的地理位置应该以城市的街道布局为基础，与其相容，做到和谐，确保高层建筑的结构设计部不会坏周边建筑的美感，不阻碍车辆行人的出行，并且自身外形应该做到美观。然而，设计人员在该方面还存在一些薄弱意识。

2.4高层建筑结构的高度问题

不少建筑开发商家为了谋取自身高额的利润而一味地使高层建筑结构超高，这种在建筑物上私自增高的行为不仅违反规范操作，而且还会带来很多隐患。我国地质结构多样化，每一个地方的地质结构都有自己的特点。一般处在板块边缘交界处的地方就容易发生地震，如我国的西南地区，如果高层建筑的高度过高，就会降低它的抗震效果，对使用人群带来极大的生命安全威胁。

3、高层建筑结构设计优化的方法

3.1建筑结构设计中概念设计的应用

在建筑结构设计中概念设计的应用使其得到了更好地发展，近几年，概念设计在我国慢慢的占据了关键位置，是建设项目构造策划中最重要最关键的一个步骤。随着科技的发展与社会的进步，建筑结构设计中使用计算机进行设计是极为常见的，但是由于在最初阶段计算机无法帮助设计策划，这就需要建筑建造工程人员熟悉掌握建筑学的知识，并可以对其进行综合利用。关于建筑构造工程人员对专业建筑知识的掌握程度是我们所面临的问题，我们需要对这类问题加以分析，找到解决问题的办法，并将其运用到实际建筑构造策划工作中。

3.2结构优化模型的建立

结构优化模型的建立有多种选择，主要是遵循数学原则。住宅建筑结构设计优化必须首先解决结构设计参数问题，重点是“目标控制参数”和“约束控制参数”。为了让总工程造价节省，要设计“目标函数”，例如，可以用符合条件的钢筋截面积和相应的几何尺寸来衡量。建筑的约束控制函数，建筑稳定性约束，整体结构约束，几何尺寸区间约束都是包括在“约束控制函数”范围内的。另外，对于“预设函数”，即变化区间较小的，在未来施工过程中改变局部结构就能符合的参数，它的设计可以使计算更为简便。“风荷载”也是一个因素，结构基本周期是衡量它的指标。一切设计参数的计算应该着眼于实际，满足设计的科学性，并且设定合理的变化约束。

3.3选择合适的计算简图

由于结构计算以计算简图作为基础而进行，计算简图的选择不合适会造成结构安全事故，因此为了保证结构的安全就必须选择合适的计算简图，并且还需要配合相应的构造措施。尽管实际的结构节点不能是纯粹的刚接点或者铰接点，然而我们也要分析判断，将误差设计在合理的范围内。

3.4优化高层建筑的抗震性能

高层建筑结构的设计要保证各个地方的刚度对称且均匀，其平面形状也要尽量的规范和尽量的简单。如果能够保证以上要求达到标准，那么在计算地震应力时就会容易的多，处理起来也会容易很多。比如地震应力扭转和集中地方的处理等等。由此可见，在设计高层建筑的结构时，要尽量可能地将建筑刚度的中心点和地震力作用中心点设计到一起，正常情况下，偏心距e要比与外力作用线垂直的建筑物边长的5%小。高层建筑物体积庞大，吨位也很大，如果抗震效果不好，那么一旦出现地震或者其他使之震动的因素，造成的损失将是巨大的。为了避免灾难的发生，必须要优化好高层建筑的抗震性能。

3.5增强高层建筑结构的刚度，尽量减少位移

位移对高层建筑结构的影响非常大，合适的结构体系、平面的体型、立面的改变等方面是探讨减少位移不可缺少的内容，只有综合考虑了上面的方面，才能有效控制位移。另外，在高层建筑的结构进行布置时，要适度地加强高层建筑楼盖的刚度，将各个构建连接好。在高层建筑结构相对薄弱的位置和应力较复杂的位置，要加强重视，不可忽略。对于高层建筑结构体系中的抵御复力矩的宽度、结构宽度，要进行适当有效地加大，减少高层建筑的侧向位移。如今高层建筑结构设计中使用的材料范围越来越广，采用的结构形式也越来越新颖，这也就随之对高层建筑结构设计的影响越来越大。然而随着混凝土材料性能的日趋完善，其在高层建筑结构中的使用也越加广泛。

3.6计算控制好轴向的承受力

对于一些层数比较低的建筑，其建筑的结构设计中可以简化对轴向的承受力的计算。在进行这样的建筑设计时，一般只要对建筑的弯矩受力进行考虑就可以，因为其轴力在该建筑中的作用不是很大。但是，对于高层建筑的情况就不同了，尤其注意在建筑结构设计中对轴向的承受力的计算和控制。高层建筑物一般其高度都是比较高的，所以所需的轴向的承受力也相应的增加，同时因为高度的增加而导致的轴向会更容易出现变形的情况，因此对轴向的承受力的设计更是要严格的把控。因为建筑的高度，从而导致了轴向力变大和负弯矩值减小，那么对下料的长度也会有影响。所以必须对建筑的轴向承受力进行精确的计算，然后做合适的调整，才能保证建筑的结构设计的完整和安全性。

3.7剪力墙的相关设计

剪力墙是房屋或构筑物中主要承受风荷载或地震作用引起的水平荷载的墙体，在建筑物结构设计中是很重要的，起着十分重要的作用。为使剪力墙设计更加合理与科学，应当对不同建筑结构中剪力墙的承载特性进行分析，对不同需求的剪力墙进行不同设计，以此来达到设计目的。任何建筑结构的剪力墙都需要依据建筑工程结构的整体设计与具体的标准来进行设计，不可以跨越建筑工程结构的整体设计，否则会造成剪力墙性能与整体工程的不符，在地震等自然灾害来临时起不到保护作用。剪力墙的设计与施工主要是为了在自然灾害中起到保护作用，是极其重要的一个设计环节。

结束语

房屋结构设计优化，本质上是一次综合所有影响的数据分析，对设计者的理论水平和实践经验提出了非常高的要求。房屋结构设计所需要达到的目标，绝大多数情况下不是一个单一的指标，而是一组指标的组合。这些指标往往互相影响，既是统一的，又是矛盾的，各有侧重点，又相辅相成。设计者应当综合考虑房屋的各种性能，选择最有助于实现房屋建筑综合效益的设计方案。在保障房屋安全和使用质量的前提下，设计者要用于创新，大胆实践，努力寻求更好的设计路线，应用现代化设计工具，更好地实现房屋结构设计的目标。

参考文献

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