高层建筑结构优化设计

高层建筑结构优化设计

【摘要】我国社会经济不断发展，高层建筑越来越多，人们对其结构设计方面提出了更多、更高的要求。对高层建筑结构进行优化设计，能够促进投资成本在工程项目的质量安全和环保节能等方面进行合理而均衡的分配，从而使高层建筑项目获得更高的效益，并进一步推动我国经济建设以及城市化步伐的加快。本文首先简要阐述了高层建筑结构计算中计算软件选用和计算参数取值的优化等方面内容，然后就高层建筑结构设计中梁构造措施、柱构造措施和过渡层设计的优化等方面内容进行了浅要的分析和探讨。

【关键词】高层建筑；结构设计；问题及对策

引言

我国科学技术不断进步，高层建筑结构优化设计是我国高层建筑设计与管理中较为重要的一个环节，其主要的目标就是在于提升高层建筑的结构合理性和经济性。但是，在我国高层建筑结构设计的优化过程中还存在很多的问题，无论是管理体制方面还是在具体的实施过程中，都存在很多的不足之处，所以我们需要加强高层建筑结构设计的优化工作，保证各个环节都能够做到科学严谨、合理，从而使得高层建筑结构设计的优化能够得到最大程度的保障，为我国的经济发展做出应有的贡献。

1 高层建筑结构设计的重要意义

目前，我国高层建筑结构设计大多数是运用钢筋混凝土作为最基本的材料。钢筋混凝土具有造价低、来源丰富、形状多样等特点，可以实现结构设计师的各种创意设计，还能有效地节省钢材。钢筋混凝土结构在耐久性、耐火性以及承载能力方面有着明显的优势，并且通过建筑设计师的巧妙设计，还能实现非常理想的抗震性。钢筋混凝土结构也有一些缺点，例如：断面大、自重大，而且费模费工。

伴随着社会的进步与发展，人们生活水平不断提高，高层建筑也正在飞速发展，并形成更具有商业化、城市化以及工业化的结果。科学技术的不断进步，出现的轻质高强的材料，为高层的建筑发展提供了有利的条件。近些年以来，高层建筑在世界各地不断涌现，因此，对高层建筑的结构设计特点与结构进行全面的了解成了首要的问题，唯有如此，才能达到先进的，安全的并且能保证质量的设计产品，才能真正提高高层建筑结构设计的品质，进而满足人们居住的条件。社会经济的快速发展，对高层建筑的结构设计来讲起到很大的促进作用，同时，对设计的质量也提出更高的要求，要把高层建筑结构设计的质量提高到更高的档次，就必须提高建筑设计师的设计水平，并且要把握结构设计中的独特的特点，把这些重要的要素结合在一起并进行有效的运用，才能实现高层建筑结构设计的完美品质。

2 高层建筑结构计算中要点和优化策略

2.1 优化高层建筑结构计算中的计算软件选用

在进行高层建筑结构设计时，应该按照实际情况选择适当的计算软件进行处理，在选择三维空间分析软件时不能选取力学模型相同的，特别是在遇到受力比较复杂的情况下，譬如在对框支剪力墙进行分析的过程中，因为其产生了多次的变换，所以选择软件的过程中需要特别注意。同时在分析局部受力比较繁琐的构件时，还需要根据分析的结果对配筋设计进行改动。

2.2 优化高层建筑结构计算中的计算参数取值

首先，将建筑物的抗震功能考虑到建筑结构设计中时，需要考虑结构的平扭转耦联，将其加到结构计算的过程中，要保证振型数等于或者大于十五，多塔结构的振型数需要大于或者等于九倍的原振型数，同时还需要保证振型参与质量大于等于结构总质量的90%，如果达不到这个要求，就会在后面的计算过程中出现较大的误差，计算结果也不再具有参考意义。

其次，计算高层建筑结构的内力位位移时，如果只考虑梁、柱等关键部位结构构件的刚度，而不计算非承重结构构件的刚度，那么最终测量计算出来的自振周期就会比实际测量的值大，这样最终设计出来的结构受到地震的作用也会相对较小。特别是在设计框架结构过程时建筑的刚度很大，过多的实心墙体运用会使得整个周期实测值变小；运用剪力墙结构时，较少的砖块使用量能够保证墙体的刚度较小，这样就能够保证测量值和实际计算值之间的差距较小。因此在对建筑结构进行设计过程中，在考虑建筑结构的抗震性能时需要将非承重结构的刚度等因素考虑进去，使用数据时也需要结合非承重墙相关方面的数据，通过一定的计算进行相应的改动，但是现在很多建筑设计师在对结构设计进行改进时，通常都是利用软件的默认值1.0，这样就会导致很多有其他结构的建筑都会存在很大的安全隐患，抗压抗震能力十分微弱。

3 高层建筑结构设计中的要点与优化策略

3.1 优化高层建筑结构设计中梁柱构造

如果梁的腹板高度hW≥450mm，就应该在梁的两侧分别依照高度来配置纵向安排钢筋，每侧纵向钢筋的截面面积不应该比腹板截面积（bhW）的0.1%还要小，同时间距不应该比200mm大。在实行抗震设计的过程中，框架柱应该达到剪压比的需要，它的截面关键应该让轴压比来掌控。不过在结构设计里面常常会产生轴压比μN达上限甚至超限的现象，但箍筋的体积配箍率ρV却无法达到规程需要的状况。这就违背了框架柱的强剪弱弯准则，同时对柱的延性产生了一定的作用。

3.2 优化高层建筑结构设计中过渡层设计

假使剪力墙结构在转换层或者是过渡层中，例如：底层框架剪力墙结构，这种结构在应对地震时能够展现出最大的抗剪切力合抗倾覆力矩，而且这种结构不利于它在地震中的受力。而且，因为受到了垂直均匀荷载的作用，转换层或者过渡层在受到剪力墙压剪以及拉剪作用，结构的横向荷载发生作用，会导致转换层或者过渡层剪力墙结构受到的很像承载力减少，同时结构的抗裂性也会降低。通过实验不难发现，一旦结构中的反复横向荷载和垂直同时作用时，转换层或者过渡层所受到的横向荷载以及承载力就会减少很多。可是如果按照平常的检验和计算对其进行检验时，如果结构的垂直荷载或者结构高跨比较小时，那么最后估算出来的剪力墙承载力就会比较大，这样会导致整个建筑的安全系数较低，抗震能力较弱。因此，在设计建筑结构转换层或者过渡层时应该在每个结构部分里加入构造柱和圈梁，这样就能够形成一个类框架系统，整个系统的抗震能力就得到了显著提升，结构过渡层或者转换层传送剪切力更加灵敏，延展性等各方面的性能会大大增强，整个建筑会更加趋于安全。

4 结语

综上所述，我国高层建筑正在不断发展，高层建筑的结构设计正在不断优化，其在高层建筑工程发展中慢慢体现出了极其重要的作用。在当前国内外经济形势的一片大好的发展背景下，加强高层建筑结构设计的优化管理，有着非同寻常的作用。与此同时，通过对高层建筑结构设计的科学优化，能够促进投资成本在工程项目的质量安全和环保节能等方面进行合理而均衡的分配，从而使高层建筑项目获得更高的增值，并进一步推动我国经济建设以及城市化步伐的加快。而负责高层建筑结构设计优化的相关人员，要对这些工作有充足的把握。在这种情况下，才会完成好高层建筑结构设计的优化等一系列工作，进而保证高层建筑工程项目设计管理的顺利进行。

参考文献：

[1]李源新.高层建筑结构概念设计与高层剪力墙结构的优化[J].科技创新导报，2012（15）.

[2]姜海菊.江浙地区高层建筑基础的选型与优化设计___以某高层住宅楼工程为例[J].建筑，2011（08）.

[3]杨磊.论高层建筑结构抗震的优化设计[J].建筑设计管理，2010（03）.

[4]杨克家，梁兴文，张茂雨.带加强层超高层建筑结构基于能力谱法的抗震设计[J].地震工程与工程振动，2010（01）.