高层建筑结构选型设计及建筑结构优化设计

关键词：高层住宅;建筑结构;选型;设计管理

引言

随着城市化建设进程的不断加快，近年来，建筑的设计开始逐渐趋于功能多元化发展。同时，基于我国基本国情，高层建筑的建设力度大幅度增加，促使我国各城市中的可规划空间越来越多，有效推进了我国的城市规划进程。高层建筑的结构设计质量，可对其整体安全性以及功能起到决定性影响，确保相关各环节设计的质量有助于促进高层建筑更好的发展。

1高层住宅建筑结构的选型

高层住宅建筑的结构体系和选型方式直接决定了建筑结构在建设过程中和建成使用后的经济效益和施工的难度。一般来说，传统的高层住宅建筑结构体系是指建筑物的物理结构能抵抗纵向和水平方向荷载和各种力的作用而保持结构的稳定性。对于建筑物中各种受力部件之间的相互作用关系和组成结构的方式，都涵盖在结构体系当中。住宅建筑由于其用途具有特殊性，建筑的结构需要以稳定性为重点进行设计和建造。各种力的传播和竖向以及水平方向的荷载都能通过水平构件和竖向构件实时的传递到地基上，从而不会对建筑物造成直接的外力作用，以此实现建筑物的整体结构稳定。但随着当前建筑物高度的不断增加，由于自然环境的风力和水平地震力的外力作用而产生的横向荷载会显著大于其纵向的增长速率。为此，就需要有针对性的对建筑结构中抗侧力体系进行加强。使外力能够沿着垂直向下的方向传到基础层，避免侧向外力对建筑造成的影响。

一般来说，高层住宅结构体系根据抗侧力体系进行分类，主要包括框架、剪力墙、筒体式、筒中筒和脊骨式等多种形式。也有一些复杂的结构形式由以上基本形式组合演变而来的连体、悬挑、带加强层的复杂结构形式也在近年的高层住宅建筑当中频繁出现。目前城市高层住宅建筑中最常见的结构是钢筋混凝土、钢和二者的混合结构这三种形式。在高层建筑住宅的选型阶段，应根据高层建筑安全经济运行所需要的结构基础和造价预算，以及工程施工的工期长短来选择最适宜的结构体系类型。还需要注意结构体系的选择，以适应建筑理念的可持续发展，并达到国家消防建筑体系的标准，消防安全是设计和选择的指导因素。

2优化设计的原则

2.1安全性

结构优化设计不仅可以降低工程投入，节约建设成本，更重要的是可以保证结构的安全性能。如果仅以节约资金投入作为结构优化的判别依据，而不考虑结构的安全性，那么结构的优化将无任何价值和作用，并且不能保证结构安全的优化设计也是行不通的，因此，安全性是设计人员结构优化的根本原则和基础条件。

2.2功能性

房屋建筑的功能性可通过优化设计体现，在优化过程中，不能以除去建筑物内部承压梁的形式提升空间范围，房屋建筑的功能和居住环境的舒适度是优化设计的重要原则，尤其是在目前的经济条件下，对房屋设计进行选择时，消费者有更加具体的功能性要求，只有在满足房屋功能性要求的条件下，建筑结构才能发挥它的实际价值和作用。

2.3经济性

对建筑材料的优化使用是房屋设计经济性原则的主要方法，建筑施工是一个涉及多个领域的综合性大型工程，并且随着经济水平的快速发展，各个方面，如钢筋、混凝土、水泥、砌体等都需要投入大量的资金，进行工程建设时，各个分支的资金使用十分有限，这就要求在保证安全性的条件下，遵循经济性原则，通过节能材料的合理选择严格控制建筑成本，合理安排施工流程，减少不必要的成本投入。

3高层建筑结构优化设计策略

3.1高层建筑结构方案的优化选择

高层建筑结构设计前，首先应做好结构方案的选择和选型工作。设计行业有“方案成功是设计成功的一半”的思想和共识。进行高层建筑结构优化设计时，必须将结构方案的选择与定型工作列为重要的前提和基础，为高层建筑结构设计的其他工作提供必要的计算、技术前提和条件。结构方案选择中，要确立标准和价值目标，以此来适应高层建筑结构设计工作的要求和目标，综合与权衡各类要素和各方面的因素，提升优化高层建筑结构设计的科学性和合理性。一个优秀的结构方案和设计产品，首先要符合建筑技术和设计行业的基本要求和标准，这是选择结构方案的必要前提。在优化高层建筑结构方案过程中，既要与施工要求一致，也要与外部条件吻合。在优化和选择高层建筑结构方案的细节中，要综合考虑社会、地质、文化等因素，预防地下水位过高、土质情况不良、社会文化制约等因素所产生的对高层建筑结构建设工作的影响，以此提升高层建筑结构设计的科学性及合理性。

3.2重视高层建筑结构计算简图的数字化运用

随着数字技术尤其是计算机的快速发展，传统的计算分析和图纸逐渐被数字化技术取代，在结构设计参数影响分析和快速设计结构方案时，数字化技术表现出了良好的适用性与可靠性。例如，可利用GAMES软件构建模型，该软件具有操作简单、处理快捷等优点，并在混合整数、线性及非线性优化方面有广泛的应用价值。另外，可利用TBCAD等软件进行科学、有效的建模分析和方案的优化，从而更加直观、准确地展现建筑结构形式。数字化计算机软件为处理结构优化设计的必备工具，在处理解决各种复杂情况时表现出了较强的使用功能。

3.3优化结构设计的功能性

在高层建筑结构优化设计工作中，要有多维度的视角和多层次的认知，这样，才能确保建筑结构满足施工建设及日后使用的要求和需要。在高层建筑结构优化设计过程中，设计人员要明确优化的基本目标———让高层建筑取得施工和使用、应用和安全、功能和保障上的最佳状态。从高层建筑结构优化设计工作开始，必须强化结构设计的多功能性。要根据高层建筑的立项意图和建设方意见进行结构优化的细节设计。但是，在结构优化设计过程中，必须强调工作的科学性和设计的规范性，所设计的结构和功能才能在施工中得到顺利体现，结构的优化才能有安全、标准、实施上实现的可能，才能提升整个高层建筑结构的功能性和适应性。在优化高层建筑结构设计过程中，必须重视延性设计环节，进而体现高层建筑结构的延性参数和指标，使高层建筑结构在优化的前提下更好地适应施工中冲击、使用中撞击、结构坍塌、框架形变等问题，以良好的延性冗余提升高层建筑结构的稳定性和功能性。在高层建筑结构优化设计过程中，要提升整体的水平力，这是优化工作的关键要素和重要参数。通过结构优化，提升高层建筑结构水平力的稳定性，将单一方向的荷载分解为高层建筑结构整体的受力，确保高层建筑结构水平方向的连续性和安全性。要在优化设计工作中，始终强调结构整体的稳定性。要通过结构强化、系统优化、功能分化等措施，提升结构的稳定性，进而适应建筑物在施工和使用中对各方面的影响，以此提高整体稳定性和连续性。

结束语：

总而言之，高层建筑结构设计人员要立足于加快城市建设进程和社会经济快速增长的大局，要看到高层建筑物在结构、功能和资源上的优势，有针对性地采取优化设计策略，以严谨的精神、科学的手段、系统的措施进行高层建筑结构的优化设计工作，从初始阶段就奠定好精品高层建筑结构的基础，对高层建筑结构施工建设产生更加直接、更加规范的引导和影响，系统强化，全面保障高层建筑结构施工质量和建设成果。

参考文献：

[1]岳文萍，周强茂，刘飞飞.高层建筑结构设计的问题及对策探讨[J].住宅与房地产，2016，（03）：90-91.

[2]赵东晓.高层建筑结构设计的问题与对策研究[J].商品混凝土，2012，（09）：132-133.

[3]张振新.高层建筑结构设计中的问题及对策研究[J].工程技术研究，2017，（07）：218-219.