高层建筑结构选型设计及建筑结构优化设计策略

高层建筑结构选型设计及建筑结构优化
设计策略
摘要：高层建筑的大量使用意味着高层建筑结构设计任务逐步繁重，应当根
据高层建筑结构特征选择合适的结构类型，并不断优化高层建筑结构方案。

本文
首先分析选型设计中可以采取的策略，随后探讨结构优化设计策略。

关键词：建筑结构；选型设计；优化设计
引言：关于高层建筑结构设计，选型和优化是两项关键的步骤，也是落实高
层建筑结构设计任务的重点关注对象。

由于可以选择的类型较多，最终应用效果
各不相同，因此有必要分析选型和优化设计中可以采取的策略。

一、选型设计策略
当前常见的高层建筑结构主要包括四种，以框架结构和剪力墙结构为基础，
同时包括框架结构和剪力墙结构组成的框剪结构，另外还有筒体结构。

每种高层
建筑结构都有独到的特征，因此在选型设计过程中也需要考虑到不同结构之间的
特征差异，保证选型设计达到理想效果。

选型设计的策略包括下列方面：
1．环境条件。

环境条件是任何建筑设计工作必须关注的因素，对于高层建
筑结构同样如此。

在选择高层建筑结构的过程中需要对周围的环境因素有充分的
研究和探讨。

例如高层建筑结构的场地条件是重要的影响因素，另外还需要考虑
风压的影响。

2．建筑设计方案。

在高层建筑结构设计工作中需要综合考虑高宽比，另外
要考虑到建筑的平面或者立体状态。

高层建筑的高宽比是对结构刚度、整体稳定、承载能力和经济合理性的宏观控制。

在确定建筑结构的形态后分析具体组成，例
如对高层建筑结构中的平面结构需要关注到对称性、偏心率以及规则性等要求，
对于三维立体结构则需要关注到收敛形状、塔楼等多重要素。

3．建筑功能。

功能是决定高层建筑结构形态的关键因素，当前高层建筑主
要应用在写字楼、酒店、公共活动设施等多个方面。

高层建筑必然会带来使用空
间面积小、空间分隔设施数量众多的特征，另外各层的结构布局基本相同。

剪力
墙结构在高层建筑结构有大量应用，满足高层建筑各层设计趋同的特征。

4．施工规模。

高层建筑结构相比于普通结构，施工规模与成本开销相对较高，甚至于在施工过程中不断增加投入。

通常情况下高层建筑结构施工成本与周
期呈正相关关系，从降低施工成本的角度出发，可以采用缩短结构施工周期方式，有效控制不必要的施工支出，在快速完成高层建筑结构的同时使得建筑结构创造
更显著的社会效益。

5．抗灾能力。

选型设计环节中要考虑到建筑的抗灾能力，地震、飓风等地
质灾害和自然灾害对于高层建筑结构的破坏效应非常显著，通过选型设计可以达
到提升抗灾能力的效果。

当前评价高层建筑结构质量的重要指标之一就是抗灾能力，在选择高层建筑结构类型时必须要结合有关抗灾的各项要求，保证阶段设计
成果与抗灾要求理念相吻合，在提升高层建筑结构稳定度的同时带来更大规模的
工程经济效益，也为高层结构设计指明未来方向。

二、优化设计策略
1．功能结构优化。

这种优化方式关注到高层建筑结构的功能，具体来讲关
注建筑的整体结构和具体的细节。

首先要关注到高层建筑结构的延性设计，在确
定建筑延性参数的基础上确定建筑可能存在延性冗余，并通过延性冗余达到强化
建筑结构的效果。

针对功能结构的优化需要考虑到建筑的水平力，高层建筑结构
单方面可能存在承受荷载过大的现象，在掌握高层建筑结构受力状况的基础上对
其进行分解处理，避免建筑某一方向出现受力中断的情况，提升受力状况的延续性。

连续性的受力也是保证高层建筑结构安全的重要基础，提升高层建筑结构适
应各种环境的能力。

2．荷载结构优化。

关于高层建筑结构的荷载则主要关注到地下室环境，地
下室是建筑承受荷载规模较高的部位，与高层建筑结构直接相关的消防设施和人
防设施，在地下室环境也有较多布局，因此布置地下室环境的平面时需要综合考
虑各种因素的影响。

地下室外墙所承受的荷载，竖向荷载有上部及地下室结构的
楼盖传重和自重，水平荷载有地面活载、侧向土压力、地下水压力、人防等效静
荷载。

风荷载或水平地震作用对地下室外墙平面内产生的内力值较小。

荷载结构
优化过程中需要考虑到安全、经济等多种因素的影响，确保建立的荷载结构真正
起到扩大效益、提升建筑安全的效果。

3．类型结构优化。

高层建筑结构特征与其使用场景有关，部分领域建筑结
构存在竖向结构薄弱、抗外力打击能力不足的问题，进而导致高层建筑结构的刚
度与强度偏弱。

这种建筑结构通常具有对称性较差的特征，意味着建筑内部存在
受力不平衡的现象。

如果发生较为严重的地质灾害，这种建筑发生倒塌的概率非
常高。

在设计高层建筑结构时需要注意剪力墙的设置，发挥剪力墙的固定支撑作用，增强高层建筑结构的抗外力能力和强度。

类型结构优化思想可以应用在教育类、文化类建筑的设计过程中；由于该类
建筑普遍具有装载容量大、物品价值高等特征，对于建筑空间和建筑稳定程度的
需求相对较高，与此同时考虑到这种建筑的服务特性，因此需要适当增大建筑面积。

另一方面要考虑到文化教育场馆的个性化需求，建筑外观通常要具有一定的
文化属性，因此建筑结构通常具有规律性差、对称性差的特征，应当考虑到建筑
不规则性的客观要求，采用增大模数方式达到理想化的建筑设计效果。

4．剪力墙优化。

剪力墙在高层建筑结构体系中占据重要地位，在优化结构
时需要利用专业软件对轴压比、位移比等关键数据进行计算，保证高层建筑结构
计算结果符合预期需求。

由于剪力墙是截面高度大而厚度相对小的“片”状构件，虽然它有承载力大和平面内刚度大等优点，但也具有剪切变形相对较大、平面外
较薄弱的不利性能，且开洞后的剪力墙形式变化多，受力状况较复杂，因而需要
了解剪力墙的特性，发挥其所长。

剪力墙优化的关键指标在于保证各部分受力平均，避免由于受力不平均造成的建筑安全系数降低的现象。

在布置剪力墙的过程中需要综合考虑剪力墙的长度和方向，剪力墙长度原则
上不宜相差过大，否则将吸收过大的地震力，在地震时将首先破坏，对抗震是十
分不利的。

针对较长的剪力墙进行均匀划分，尽量保证每段剪力墙的长度接近。

此后进行弱连接处理并提升剪力墙的抗打击能力，进而保证建筑安全。

剪力墙是
承受压（拉）、弯、剪的构件。

剪力墙的布置通常采用由上及下的思路，目的在于保证剪力墙的连续性和稳定性，最大限度避免剪力墙的突变现象。

另外要注意剪力墙混凝土材料的状态，以轴压比作为目标合理设置混凝土厚度强度。

剪力墙优化过程中要注意提升结构刚度，在预置的多种高层建筑结构方案中选择最佳方案，进一步优化建筑的空间效果并为使用者带来更好的使用感受。

5．遵循原则。

高层建筑结构是一项原则性很强的活动，首先要对高层建筑结构的整体情况有全面的掌握；具体来讲可以应用大数据技术加强对建筑信息的应用能力，帮助工程单位全面掌握建筑结构的数据信息，并由此建立高层建筑结构的指标体系，为落实高层建筑施工任务奠定标准基础，体现优化设计的价值。

优化设计中还需要注意个性化的要求，客户对于高层建筑结构的要求逐步呈现出多元化特征，尤其要注意体现建筑的独特特征。

针对高层建筑结构中的各个环节要建立针对性的管理理念，合理控制每一个建筑阶段的设计过程，保证优化设计符合既定的原则。

同时要建立效益思想，通过选择材料、选择工艺等方式，在保证高层建筑结构质量的前提下力争更大的效益。

结束语：高层建筑结构是提升土地利用效率的必经之路，做好高层建筑结构设计工作具有非常重要的现实意义。

有关部门应当对高层建筑结构的选型优化建立清晰到位的认识，将先进的理念融入其中，不断优化结构并达到更好的效果。

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