高层建筑结构设计的要求、原则与优化技术

高层建筑结构设计的要求、原则与优化技术
发表时间：2016-06-12T16:38:30.030Z 来源：《工程建设标准化》2016年3月总第208期作者：孙祥龙[导读] 随着我国经济的不断发展，我国房屋建筑行业也在高速发展，建筑结构设计水平显著提高，建筑结构体系日趋多样化。

孙祥龙
（邹城市新时代城市规划建筑设计院有限公司，山东，邹城，273500）【摘要】高层建筑的结构设计需要满足科学性、合理性和安全性等要求，这对高层建筑物的建设、使用和维护等过程会产生十分重要的影响。

在高层建筑能满足人们生活的需要的同时，其抗震、抗风能力的设计是否到位也决定了其是否能有一个安全稳定的生活或居住环境。

本文着重分析了高层建筑结构设计的基本要求，进行高层建筑结构设计时需要考虑的原则和因素，以及可能出现的问题，希望能在高
层建筑设计的实践中发挥一定的作用。

【关键字】高层建筑；建筑结构设计；建筑结构优化随着我国经济的不断发展，我国房屋建筑行业也在高速发展，建筑结构设计水平显著提高，建筑结构体系日趋多样化。

然而，在实际的建筑结构设计过程中，总会有各种不可避免的问题会对房屋的建筑质量产生影响。

高层建筑结构设计是一项技术性的工作，综合性很强，必须对高层建筑结构设计特点及结构体系有充分的认识了解，把握其设计要点与要求，提前为工程中可能出现的问题做好预防措施，才能保证建筑的质量与安全。

一、高层建筑结构设计的基本要求1．抗侧力要求
相对于低层建筑来说，高层建筑结构既要具有垂直荷载和水平荷载结构，还须具有抗震能力。

特别是水平荷载和是否抗震是高层建筑设计的关键控制因素。

随着建筑物高度的增加，其位移增长较快，但是过大的侧移会对建筑的舒适度，建筑物的结构构件和非结构构件都产生较大的影响。

因此，在进行高层建筑结构设计中，需要对其抗侧力结构进行合理有效的规划和设计。

2．用地面积要求
从表面上来看，高层建筑的出现是合理减少土地使用面积的一种有效手段。

然而实际看来，随着建筑物层数的增加，其总高度也在增加，因而便有更大的相邻建筑物间距要求，这样，虽然独立建筑物的占地面积减小了，但总建筑面积所使用的土地面积却不一定是减少的。

因此，在进行高层建筑结构设计时应充分考虑建筑层数与用地面积之间的关系，以便进行合理的规划，减少土地资源浪费。

3．合规要求
在高层建筑设计的过程中，需要对国家出台的高层建筑规范的一系列标准进行遵守，在建筑规范中，对高层建筑结构的规则性问题提出了很多限制性要求，包括：平面规则性要求，结构嵌固端上下层的刚度比要求，以及高层建筑设计方案规则性评价要求等等。

因此，合理合规的高层建筑设计是保证工程顺利进行，避免在施工后期对结构设计进行改动的保证。

4．经济要求
建筑的层高直接影响高层建筑设备部分的造价成本，因为建造过程中需要大量的给排水和电气设备材料，层数越多，需要的材料数量越大，建筑设备部分的造价成本也就越高，因此为了达到经济性的要求，也需要在考虑到节省成本的情形下，对高层建筑内部的结构设计进行合理的安排。

另外建筑结构的体型设计也与其成本密切相关，不同的体型结构决定了建筑物消耗的墙体面积的大小，以至于也决定了建筑物后期墙体的装修投入成本的大小。

二、高层建筑结构设计应遵循的基本原则设计人员在高层建筑结构设计过程中，应遵循以下几个基本原则，合理细致规划房屋结构，精益求精。

1．高层建筑结构设计的多重防护原则。

高质量高安全的建筑结构体系需要采取多重防护措施，在设计过程中提前建设多重防护设计，这样既保证工程实施过程的顺利进行，也能保证在建筑物的使用过程中，一旦发生不可抗力灾难的时候(如火灾、洪水、地震等)，建筑物本身的抗灾能力和止损能力充分。

例如，房屋的多肢墙与单片墙相比，多肢墙的抗压能力要比单片墙的大得多2．重视合理的基础结构设计原则高层建筑结构的选型应当主要考虑到以下方面，包括：建筑选址的环境条件；建筑方案特征；建筑使用功能要求；施工工期要求；材料供应状况；设计、施工水平；结构抗灾水平和可维护性；而建筑的基础设计直接影响到整个建筑的周期和质量，因此，应当重视基础结构的设计，按照高层建筑地质条件，综合分析各种因素，进行基础设计的选择。

必要的时候要进行一定的实地检验，同时完备地质勘查报告等等。

3．精确计算原则。

随着科技的不断发展，计算机技术被广泛的应用在建筑结构的设计当中。

建筑结构设计人员可以根据不同建筑的特点与需求，选择合适的软件进行计算。

然而市场上存在着各种各样不同的建筑计算技术活软件，采用不同的软件可能得到不同的结果。

然而一旦发生计算错误而不被察觉的话，即使很小，但是反映在高层建筑的工程中可能是会影响到建筑使用和安全的巨大风险。

因此，建筑结构设计人员需要在在全面了解了相关软件使用的范围和限定条件之后，再进行相应的计算，才能保证计算的准确性。

另外，在使用计算机进行辅助设计的时候，还可能出现人工输入误差或者软件本身缺陷造成的计算结果不准确，因此，建筑结构设计人员还需要对机器计算结果进行校核，进行合理判断，得出准确结果。

三、高层建筑结构的优化设计优化设计是指在建筑结构设计合规并满足使用要求的前提下，为实现经济上最合理的目的，充分考虑房屋建筑设计遇到的实际情况，侧重于对建筑的结构选型、构件的布置方式、以及结构的受力情况进行优化设计分析，而进行设计的过程。

优化设计技术应当在建筑结构设计的前期方案中就有应用，因为前期方案直接影响到建筑项目的总成本，在设计前期如果能关注到建筑结构的合理性和可行性，优化选择合理的结构形式和设计方案，可以节约成本。

1．结构总体优化设计
对于高层建筑来说，由于其对抗风抗震等的特殊要求，相对底层建筑来说，其对建筑材料的要求更高，也就导致了更高的建筑成本，如果能在高层建筑的总体结构设计上进行优化，可以有效地弥补材料成本过高的问题，控制总成本。

比如从结构选型来说：根据高层建筑的要求，高层建筑按结构材料可分为钢筋混凝土结构、钢结构、钢-混凝土混合结构以及钢-混凝土组合结构等类型。

而在具体选择时，要根据结构的功能适应性、受力合理性、经济有效性、工期要求和结构抗灾能力等因素进行综合考虑，来对对每种结构进行专业的评价和计算，选择最适宜同时成本最低的方案。

这样看来，结构总体的优化设计就是讲传统的定量成本计算方式转化为系统的综合评价方式来进行结构成本的评估，而后进行结构设计的技术。

2．分部结构优化设计
分部结构的优化设计进一步可以分为：围护结构的优化设计、细部结构的优化设计、下部基础部分的优化设计、中间部分主体结构部分的优化设计、上部屋盖结构的优化设计。

在进行分部优化的过程中，要充分考虑精确计算原则，对建筑结构内部的细部结构进行合理的计算分析，减少建筑内部缺陷。

比如尽量划分矩形板块的现浇板设计，以保证现浇板设计的受力合理，同时避免出现拐角裂缝。

结语：
随着我国建筑业的不断发展，高层建筑的结构设计的要求越来越高，特别是高层建筑的安全性方面。

高层建筑的结构设计是一项综合性的技术工作，如何能在保证安全的前提下，合理控制建筑成本，是在建筑结构设计的整个过程中都需要考虑的问题。

在考虑到这个问题的基础上，本文提出了高层建筑设计的一些基本要求，和在高层建筑设计中必须考虑到的几项基本原则，并阐述了可以在一定程度上达到安全与成本共赢的建筑结构优化技术，希望可以为高层建筑设计提供参考和依据。

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[5]陶忠，张耀春，韩林海等.关于高层建筑结构选型设计的初步探讨[J].哈尔滨建筑大学学报,2000(33)1:20-25. 作者简介：
孙祥龙，1975年出生，男，山东省邹城市人，工程师，从事建筑工程结构设计。