浅析高层建筑结构选型设计及建筑结构优化设计

浅析高层建筑结构选型设计及建筑结构
优化设计
摘要：随着高层建筑规模的不断扩大和投资的不断增加，结构选型在建筑结
构概念设计中起着重要的作用。

它将对建筑功能、工程造价和社会效益产生影响。

正确处理高层建筑的结构选型和优化设计，对高层建筑的设计、施工、使用和维
护具有重要意义。

本文分析了结构选型和优化的重要性，阐述了结构选型的关键，选择了合适的结构优化方案，旨在为提高高层建筑的安全性、降低成本提供依据。

关键词：高层建筑；结构选型；结构优化；设计
引言
城市化建设进程不断深化，土地利用紧张的局面越来越严重，高层建筑逐渐
成为未来城市建设项目的主要建筑形式。

随着材料水平的提高，建筑物的要求标
准也在增加，包括功能和类型。

在这种情况下，建筑成本将继续上升。

在高层建
筑的结构选择设计中，安全是最关键的设计因素。

同时，在市场经济体制的环境下，建筑企业必须具备一定的竞争力才能生存和发展。

因此，在考虑安全性的基
础上，我们还必须考虑高层建筑的经济性。

此外，建筑物的风压值，土壤条件，
层数和功能要求对结构选择有一定的影响。

1.优化设计的原则
1.1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。

1.2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。

1.3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。

2.高层建筑结构选型设计
2.1高层建筑结构类型分析
高层建筑结构的选择决定了高层建筑的整体安全性和可靠性，几种常见的结构类型可分为框架结构、框架剪力墙结构、剪力墙结构和筒体结构。

（1）框架结构主要是由梁柱、楼板等部分组成，根据建筑功能的需求，完成对平面框架的布置。

框架结构造价低，但在水平荷载影响下变形较大，抗震效果不佳。

（2）框架-剪力墙结构，在高层建筑中，剪力墙主要布置在电梯室内，通过核心筒承受水平荷载，抗震能力强，整体稳定性高。

但框架-剪力墙结构容易受平面布置的限制，出现质心和刚心不重合的现象，结构扭转过大，可能会出现的安全隐患。

（3）剪力墙结构具有较强的竖向和水平承载能力，对高层建筑的整体刚到和稳定性具有显著的提升效果，重点在于剪力墙的布置及自重的控制。

（4）筒体结构，在电梯间及建筑外围布置剪力墙，形成筒体，该结构具有
更高的刚度。

2.2高层建筑结构选型的影响因素
除了建筑需求的影响外，高层建筑结构选型的主要因素可归纳为：
（1）环境条件，主要包括设防烈度、场地条件、基本风压等。

（2）建筑方案特征，主要包括方案建筑的高度、高宽比、长宽比和建筑形状，其中建筑形状包括平面形状和三维形状。

平面形状由平面规则性、平面对称性、平面质量和刚度偏心等组成，立体形状由结构高宽比、立面内收形状、塔楼
和层间刚度等组成。

（3）建筑物使用功能要求，一般来说，高层建筑的功能可分为居住建筑、
办公建筑、宾馆和综合楼。

具有特定功能的建筑物可能只有几个与其匹配的结构
类型。

高层住宅由于其空间较小、隔墙较多、各层布置基本相同，更适合剪力墙
或框架-剪力墙结构。

（4）结构抗灾等级及现场施工、后期使用、运行维护等情况。

3.结构选型分析
在进行高层建筑结构选型时，结构设计师应注意以下几方面：
（1）结构规则性。

新、旧规范中建筑结构规范的内容发生了很大变化，新
规范增加了许多限制条件。

（2）结构超高。

对于结构的高度，在高层建筑规范和抗震规范中都有非常
严格的限制，由于结构形式的变化，在实际工程设计中忽略了这一问题，导致施
工图在审查阶段未得到批准。

在这种情况下，应该重新设计或由专家讨论和评估。

但这些都对整个工程的规划、造价和工期产生了很大的负面影响。

（3）嵌固端设置。

对于高层建筑，预埋端一般设置在地下室的顶部，因为
高层建筑通常有人防和地下室，所以预埋端也可以设置在人防的屋顶位置。

对于
这一问题，结构设计人员往往忽略了预埋端的许多问题。

（4）短肢剪力墙。

新规范对墙肢截面高度为5-8的短肢剪力墙进行了定义。

对于短肢剪力墙，在实践经验和试验数据中，其在高层建筑中的应用增加了许多
限制条件。

因此，结构设计人员应尽量避免采用短肢剪力墙，以免给后期工程的
进度带来麻烦。

4.建筑结构设计质量优化措施分析
4.1在结构设计概念的基础上进行优化设计
在计算中，应在满足技术条件的基础上，充分考虑建筑结构设计的经济性。

大型构件的配筋量和截面不能随意增减，以免造成胖柱、胖梁或薄柱、薄梁的后果。

有的设计人员由于计算不清，于是随意加筋，并逐层加保险，导致梁柱出现
超配筋现象。

针对这种情况，我们应本着“弱弯强剪，弱梁柱，弱拉强压”的原则，对薄
弱部位进行加固，注意构件的延性和钢筋的锚固长度，注意温度应力的影响，注
意线形截面的锚固长度钢筋等。

另外，平面和立面的布置应按照对称、规则的原
则进行设计，综合考虑多线抗震防线，防止出现薄弱层。

根据高层建筑结构设计
的概念，有必要对其使用极限状态进行校核。

一般来说，对于结构设计，从结构
选型、布置、分析计算，每一步都需要详细处理，综合考虑各种因素，力求达到
最优的设计方案。

4.2与相关专业人员做好沟通工作
高层建筑结构设计具有一定的复杂性，需要其他相关专业的配合与沟通，不
能孤军奋战。

因此，要做好高层建筑的设计，不仅要有扎实的专业理论基础，而
且要对一些相关专业有一定的了解。

在设计过程中，如果其他相关专业出现问题，结构设计师应能及时响应，组织专业协调会，争取达到统一标准，然后确定设计
原则，防止设计图纸因各专业不协调而被更改或返工。

4.3计算机辅助设计的正确运用
随着科学技术的飞速发展，网络的应用范围越来越广泛，计算机辅助设计系
统也被广泛应用于建筑设计领域。

计算机技术的应用可以实现工程人员顺利地进
行结构分析，正确地运用计算机辅助设计，对我国建筑结构设计水平有着非常重
要的影响。

然而，随着经济的不断发展，建筑规模日益扩大，其结构形式也越来
越复杂，因此其结构的设计难度也大大增加，这就要求设计人员了解所用软件的
特点和适用范围，熟悉掌握和掌握各种参数的选择条件，真正实现计算机为人和
工程设计服务。

结束语
高层建筑提高了空间利用效率，高层建筑的结构选型和优化设计使整体高层
建筑更加安全稳定，空间更加合理。

本次研究还得到：高层建筑结构主体框架结构、框架结构-剪力墙、剪力墙、筒体结构等，且结合工程的具体情况，分析荷载、场地及周边环境，选取合适的结构体系。

通过对不同建筑类型、高度和荷载
的优化方案以及高层建筑剪力墙结构的具体优化情况进行分析，总结出结构优化
方法，保证结构设计优化能高出建筑基本需求，同时能保障高层建筑安全与质量，更加经济合理。

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