簡析高層建筑結構設計的優化

摘要：最近幾年，我國建筑設計越來越側重于高層建筑，但在實際建筑過程中，建筑的抗風結構、抗震結構、消防設計、扭轉問題等方面出現了很多問題。因此，對建筑結構設計優化也就提出了更高的要求。

關鍵詞：特點;設計方法;應用;策略

引言

高層建筑結構設計是一個比較全面的工作，如果在此過程中因為一點小小的疏忽或者失誤都會造成不可預計的損失，給工作人員和使用者帶來安全隱患，所以這就要求有關的設計人員要有扎實的知識基礎，懂得在工作中靈活創新，要時刻保持嚴謹認真的工作態度，加快對新型建材如高強、環保、輕質的研究與應用。

1、優化的結構設計方法

1.1建筑模型的優化結構設計方法

一項大的建筑工程，先設計建筑模型，那么建筑模型的優化是十分必要的。建筑工程的結構優化設計主要包括：基礎結構方案的優化設計、圍護結構方案的優化設計、屋蓋系統方案的優化設計和結構細部設計的優化設計。除此之外，還需要做選型、布置、受力分析、造價分析等內容的優化設計。所有這些設計，都按照一切從實際出發的原則來進行，根據工程的具體實際情況，圍繞房屋建筑的綜合經濟效益的目標進行結構優化設計。在進行結構設計時，首先要滿足設計意圖后，盡量使平面布置規則，縮小剛度和質量中心的差異，這樣可以避免水平荷載與建筑物中太大的扭轉作用力。在豎直方向上應避開使用轉換層，減少應力集中現象。

1.2建筑模型的優化結構設計的計算方案

完成計算方案的設定后只需編制相應適用的運算程序即可得到我們的最終優化結果。然而，結構設計的優化涉及到多個變量、多個約束條件，這是屬于一個非線性的優化問題，在設定計算方案時，需要將有約束條件轉變為無約束條件來進行計算。建筑工程設計中常用的方法有Powell算法、拉氏乘子法和符合型等方法。利用這些方法來計算建筑模型的優化結構設計方案。

2、優化的結構設計在實踐中的應用

在設計好了優化的結構設計方案后，就可以將該理論方法應用于實踐之中。結構設計的優化，是目前一個比較普遍的課題，要達到利用結構優化的方法在不改變適用性能的前提下達到降低工程造價的目的，將結構設計優化方法應用于實踐之中，這是我們建筑工程設計人員所追求的目標。結構設計優化設計應用于項目的整體設計、前期設計，舊房改造，抗震設計等設計的各分部環節，發揮著巨大的效益。在按照結構設計優化的方法及模型進行實踐的過程中，要注意下面的三個方面的問題。

2.1參與結構設計優化的前期工作

因為前期方案的確定直接影響建筑的總投資，而現在存在的普遍問題就是前期方案階段結構設計并不進行參與，建筑師進行建筑設計時大多并不考慮結構的合理性以及它的可行性，但是建筑設計的結果卻直接對結構設計造成影響，某些方案可能會增加結構設計的難度，并使得建筑的總投資提高。如果在方案的初期，結構優化設計就能參與進來，那么我們就能針對不同的建筑類別，選擇合理的結構形式，合理的設計方案，獲得一個良好的開端。

2.2將概念設計和細部結構設計進行優化

概念設計應用于沒有具體數值量化的情況，例如地震設防烈度，因為它的不確定性，計算式難免與現實有較大的差異，在進行設計的時候就要采用概念設計的方法，把數值作為輔助和參考的依據。設計過程中需要設計人員靈活的運用結構設計優化的方法，達到最佳的效果。

2.3地基基礎的結構設計優化

化首先要選擇合適的方案，如果為樁基礎，那么要根據現場地質條件選擇樁基類型，盡量節省造價。樁端持力層對灌注樁樁長的選擇影響很大，應多進行比較以確定最合適的方案。

3、高層建筑結構設計優化對策

3.1優化平面布局設計

在設計高層建筑時，常常會因為沒有做到三心合一而出現扭轉情況，使建筑物出現質量分布不均勻現象。因此在實際設計過程中，設計人員最好采用較為規則的圖形設計，如正方形、矩形、圓形、正多邊形等，這些圖形建筑質量容易分配均勻，最好不運用L形設計、T形設計、十字形設計，在遇有特殊地質情況和結構要求時，要依據嚴格的規定進行設計，杜絕建筑物出現較大的突出部分，以保證建筑物的對稱性為最終設計目的。

3.2優化抗風結構設計

解決高層建筑由于風力影響而出現的受損情況，主要做到下面幾點：一打好基礎，要使高層建筑具有良好的抗風性能，首先要打好高層建筑的基礎。在設計基礎時可以應用級配較高的砂石，在受力層增加抗拔錨桿。二做好高層建筑的耗能結構設計。在設計高層建筑時，設計相應非承重構件時可以應用耗能構件，如樓板、剪力墻等，可以減少風力對建筑的作用。三在設計中注意減少水平荷載和風力疊加造成的破壞作用。高層建筑由于高度關系，在遇有強風時常會產生結構內力，如果水平方面產生結構內力，再加上風力的影響，則會產生更大的破壞力。[3]因此，在設計過程中要注意水平力的影響，在具體施工中應用高性能混凝土，防止出現結構內力。四增大結構的承載力和抗風力。依據高層建筑的各項數據，進行建筑的承載力計算和抗風力計算，以此為前提制訂放大系數，才能保證高層建筑具有較高的抗風作用。

3.3優化抗震結構設計

在高層建筑設計中，抗震設計長期以來存在很多難點，筆者依據實際工作經驗，總結了做好抗震工作的幾點要求：一是確定抗側力構件的位置，在設計高層建筑時，如果能夠較好的保證水平方向的對稱性，則可以有效降低地震對高層建筑的影響，在設計時利用改變抗側力構件的位置，可以在建設中形成應力分布系統，與豎直方面的側力構件結合在一起，形成更為完整的應力分布系統，可以保證建筑具有更好的連續性和穩定性，有效應對地震。二是做好地基的抗震效果。在產生地震時，高層建筑的地基容易受到損壞，為了保證地基的安全性，可以增加樁基埋深，使樁基與上部結構緊密聯系在一起，可以增加基礎的抗震能力。三設計高質量的剪力墻。具有較高性能的剪力墻，在發生地震現象時，可以吸引建筑產生的內力，使墻體和樓板的剛度增加，防止建筑物產生位移，具有較好的防震效果。四盡量簡化、一體化高層結構構件，利用簡單化設置扶壁、筒口、筒腳等，使建筑物保持對稱。還有，可以一體化設計柱子、樓板等，可以增加整體結構的連續性和剛度，提高建筑物的抗震水平。

4、結束語

高層建筑結構優化設計是一個時間長而且復雜的施工過程，其本身就是一個包含很多因素的系統工程。所以為了搞好這項工程，就必須要了解，掌握其特點，采取行之有效的措施加以應對，保證內外的配合與協調，才可在確保質量的情況下完成工程任務。

參考文獻：

[1]肖峻.高層建筑結構分析與設計[J].中化建設，2008（12）

[2]尚梓.探究建筑結構設計優化[J].中國信息化.2011（3）6～12.