高层建筑结构设计优化的方法和作用

摘要：建筑的结构设计是个全面、复杂又系统的工作，如何保证房屋建筑的在合理合适的基础上让住房的业主同时感到舒适是我们下一步需要解决的问题。其实房屋建筑结构设计的道路还很长，需要我们不断探索和研究。

关键词：经济发展；高层建筑；结构优化

引言

高层建筑的出现，一方面是为了缓解城市的用地紧张的情况，提高土地的综合利用率，使城市规划逐渐合理化和科学化；另一方面原因是高层建筑本身具有美学方面的重要意义，是一个城市现代发展的名片，可以作为城市重要的地标建筑。高层建筑作为一个复杂而又庞大的综合系统，其结构设计是否合理影响着高层建筑的安全和性能，所以高层建筑的结构设计有三个方面的基本要求：不但要满足抗震、抗风的安全性要求，而且要满足结构合理、构造科学的专业性要求，还要满足建设成本合理的经济性要求。

工程概况：

本工程位于某市中心的黄金位置，其总面积约占20万m2，其是由5幢30-31层的高层楼组成的，地下部分2层，底层架空，无裙房；2层以上为住宅。5幢高层建筑下的2层地下室连为一体。5幢高层结构平面体型较为不规则，建筑总面积达到100m2。

1、高层建筑设计常见问题分析

1.1高层建筑结构设计中的高度问题

有些建筑企业在进行高层建筑的施工时常常一味地追求企业利润的最大化，经常会随意地在设计高度基础上增加建筑的高度，盲目地将经济利益作为高层建筑施工的目标，最终会使建成的高层建筑高度不符合相关规定。同时，建筑高度的加大，势必使建筑结构所承受的垂向负荷增加，使其大于地基所能承受的最大负荷，建筑物便会出现抗风性弱、无法抵御恶劣天气及地震灾害等诸多问题，这会严重影响建筑物使用者的安全。所以，国家有关审查机构必须对高层建筑的高度进行严格的审查，并在抗震及建筑高度方面制定严格的规定，针对随意加大建筑高度的行为制定严厉的处罚措施，以遏制这种现象的产生。

1.2结构布置不合理

建筑房屋的设计结构越规则，结构的布置才能越合理，这是建筑房屋结构设计的中心环节。一方面要注意建筑的平、立面外形尺寸大小和抗侧力物体布置的局面，满足承载力分布等各种因素的综合要求。另一方面，由于很多因素都可以造成结构的不规则，特别是针对于复杂的建筑结构，利用若干已经简单化的定量指标来划分不规则的程度并明确限定范围是几乎不可能的。

1.3主梁有次梁处附加筋问题

基础结构设计当中，在梁下部的作用力点附以钢筋，做到集中荷载由另加的横向钢筋结构来承重。梁截面高度范围不同，加不加筋对于主梁来说选择也不同，当主次截面相差很大时，主梁就不用加钢筋了，因为荷载较小，没有必要。反而如果相差不大，次梁荷载相对来说较重，就需要添加附加钢筋来分担次梁的承重，实现安全性。针对箱、筏基础底板跳板的阳角问题，如果说底板的钢筋是双排并且两个方向同时有的话，阳角不能够决不允许添加辐射筋。

1.4异形柱结构设计中存在的问题

近年来，在我国许多的房屋建筑过程中，特别是高层或小高层住宅大部分都采用了异形柱结构设计。然而在异形柱结构设计中存在的很多问题，这些问题也比较突出，主要表现在异形柱结构房屋的高度过高、结构布置不合理、体型不对称、抗震构造措施不够有效等方面。目前，我国对异形柱结构的整体承载力尤其是节点承载力和结构延性等方面的研究还不够深入，对异形柱结构的抗震性能也不能完全认识。

2、高层建筑结构设计优化方法

2.1建立结构优化模型

结构优化设计通常情况下分为两部分，一部分是结构优化设计模型，另一部分就是结构优化计算方案。所谓的结构设计优化就是变量中选择出主要的参数，然后根据数据分析建立起函数模型，运用函数模型借助较为科学的方法计算出最优解。建立模型的步骤一般有以下几步：（1）选择合理的设计变量。设计变量的选择对于模型的构建具有重要的意义，设计变量的选择将会影响到对设计要求影响较大的参数的选择，进一步涉及到参数重要性的区分问题。选择出了合理的设计变量在很大的程度上能够减少计算编程的工作量；（2）确定目标函数。首先找出满足函数条件的最优解，然后确定约束条件。在房屋的优化设计中存在着很多的约束条件，其中有：应力约束、裂缝宽度约束、结构强度约束、尺寸约束、从弹塑性约束等，在进行优化设计时要确保所有的约束条件都在规定的范围内，能够满足设计规范，即在规范条件内满足约束条件

2.2优化建筑物结构分部部分与层数之间的关系

如何实现建筑物结构分部部分和建筑物之间的层数关系是一个非常重要的问题。对于同一个建筑物来说，可以使用一个建筑屋盖，这样可以降低单位设计的成本。从建筑物的基础部分来看，又有一些不同，这是因为建筑物的基础部分是共有的，随着建筑物层数的不断增加，基础部分承受的荷载也在不断的增加，所以在建筑结构的设计过程当中应该考虑的是如何提高基础构件的承载能力，以及如何控制基础的设计成本，毕竟，随着建筑物层数的增多，基础的设计成本也是成正比增多的。

2.3加强结构细部的优化工作

对于房屋建筑结构来说，一定要重视房屋建筑的分部结构优化工作。中国有句老话叫“千里之堤毁于蚁穴”，说的就是重视细节的道理，主体结构构建好了，但是如果局部位置出现问题，将危及整座建筑物，结构细部的优化工作包括了结构细部的设计工作，如平时我们工作中给常见的矩形现浇板做设计时，需要对其先做分析，避免在拐角处有裂缝，这都是细节，但如果不注意，引起的后果将不堪设想。另外，如今已不再是过去手绘稿的年代了，计算机已经渗透了我们的工作，设计人员需要与时俱进，了解计算机的工作性能，将设计理论通过计算机软件输出，既节省了时间，也方便修改，但如何将计算机与设计理论完美结合，设计或优化我们的结构方案，还需设计人员加强学习。

2.4加大建筑机构设计安全监督力度

一些建筑结构设计安全问题在一定程度上也和安全监督不到位有关，因此，为了提高建筑结构设计的安全性，有关部门应当加大建筑结构设计安全监督力度，以保障我国建筑结构设计的安全性，具体可以通过以下方式实现：（1）加强对建筑结构设计过程的监督力度，定期或不定期审查建筑设计过程，保证整个建筑结构设计过程严格按照相关规定和标准进行，确保建筑结构设计的安全性。（2）加强对建筑材料和建筑设备的审查力度。有关部门可以对建筑材料和建筑设备进行不定期审查或突击审查，并规范相关建筑材料和设备的使用，严禁施工单位使用不符合国家相关标准的建筑材料；严厉打击各种偷工减料活动，一经查处，予以严重处罚，切实保障建筑结构设计的安全性。

2.5计算机辅助设计的正确运用

应用计算机技术可以实现工程师对结构分析的顺利进行，能够正确使用计算机辅助设计对我国建筑结构设计水平有很重要的影响。但是，随着经济的不断发展，建筑物的规模日趋增大，而其结构形式也日渐复杂，对其结构的设计难度也大大增加，这就要求设计人员了解所使用软件的特点和适用范围，熟悉和掌握各项参数的选取条件，真正做到计算机为人服务，为工程设计服务。

引言

社会经济的发展带来的是生活质量的提高，及人们对高层次生活的追求向往，由于我国人口众多的特性，需要我国的建筑物不仅保证最基本的安全性和功能性，且在满足人民对新环境的要求基础上，充分利用土地，充分节省建筑成本，传统的设计原理也需要优化革新，让新型建筑物符合新时代发展。

参考文献

[1]谢琳琳.关于高层建筑结构选型决策的研究[D].重庆大学，2001.

[2]周浪.高层住宅剪力墙结构优化设计研究[D].武汉理工大学，2011.

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