淺談高層建筑結構優化設計

姜圣利

(廣東博意建筑設計院有限公司濟南分公司，山東 濟南 250101)

1 高層建筑結構設計

1.1 水平荷載設計

隨著高度的增加，除軸力基本與高度程正比外，彎矩、位移都呈指數增加，水平荷載與豎向荷載相比成為結構設計的主導因素。因此盡量采用輕質高強材料減小水平及豎向荷載，合理選用及布置抗側力構件抵抗水平力作用，才能優化結構設計，既降低工程成本又確保安全。

1.2 材料利用優化

實施結構優化設計的目的，就是為了降低建筑成本，提高企業的經濟利益，達到“低成本，高利潤”的效果。在建筑結構中，材料作為構成建筑實物的重要部分，在結構優化設計中占據非常重要的地位。所以，設計人員要合理分析結構特性，根據建筑周邊的環境，堅持就近取材，選擇性能優良的建筑材料。在鋼筋混凝土結構中，柱是主要的受壓構件，所以，應該選取抗壓強度較高的混凝土，減小柱的截面面積，減小建筑自重，增加建筑室內的可利用空間。梁板是主要的受彎構件，所以，在鋼筋的選擇上應該盡量選擇高強度的鋼筋，減少鋼筋的數量，另外，要協調使用混凝土與鋼筋的強度，盡量發揮材料性能。

1.3 基礎結構

在建筑結構設計中，地基基礎部分十分重要，它會極大地影響建筑高度和建筑的安全性等。因此，在房屋建筑結構設計過程中，應對基礎設計進行優化，通過方案比選選擇最佳基礎形式和設計方案。例如，設計樁基礎時，應結合現場具體的地質及水文地質情況，優化設計基礎埋深和選型等內容，從而選出最適合的樁基類型。在基礎埋深較深情況下，需綜合現場場地各種因素全面勘察和設計基礎選型。

1.4 抗震設計

地震作用對于高層建筑結構的影響非常大，地震區烈度越高，建筑物樓層越高，地震力對結構的作用就越大。所以在結構優化設計中，地震區建筑結構的抗震設計，相對于其他荷載組合，是設計師的主要工作。非地震區可不考慮地震作用但應考慮其他水平荷載作用。

2 高層建筑結構設計中存在的問題

2.1 高層建筑結構方案選擇失當

在高層建筑結構方案選擇中存在數量不足的問題，這是由各方面主體降低設計成本需求所決定的。但是，數量上的不足會造成結構方案的代表性、覆蓋性不強，難以體現高層建筑結構設計工作的重點和要點，容易造成高層建筑結構優化設計工作的漏洞。另外，高層建筑結構方案中普遍存在對特殊條件、特定問題的預防和控制體系，這很容易導致在方案選擇和設計實施中因各類因素的影響而產生暫緩和停工問題。

2.2 抗震性有待提高

建筑結構的設計最重要的環節就是抗震性。建筑物的抗震性能決定著地震發生時，建筑物所承受的抗震能力，而抗震能力決定著人們生命和財產的安全。目前，中國建筑行業管理者中有一部分人存在著僥幸心理，認為當地不會輕易發生地震災害，進而忽略建筑物應該具備的抗震能力，導致建筑物的結構設計只是一種形式。

2.3 高層建筑結構設計功能性不足

高層建筑結構設計沒有在開始階段強化功能性系統，導致高層建筑結構設計方案在結構、體系和功能上存在很多缺點和不足，導致設計結果無法滿足使用需求。

3 高層建筑結構優化設計策略

3.1 重視抗震設計

建筑結構設計需要考慮材料、基礎和經濟等要素，從抗震設計上，結構材料需要具有強度大、均質性好等優點，抗震結構體系的選擇要具有地震作用的傳遞途徑，能夠形成剛度和強度分布的特點，避免出現薄弱的部分，建筑物的體系應該具有規則，有明確的受力關系，當建筑物結構復雜時，應設置防震縫，防震縫的寬度確定需要經過科學的計算。

3.2 加強綜合分析

優化設計房屋建筑結構時，還應充分考慮房屋建筑和四周環境的融合、房屋建筑物的技術性能、使用功能、藝術形式、經濟效果等。與此同時，基于綜合考慮，上述錯綜復雜的元素，科學地規劃布局，優化組合建筑平面和空間，適當處理建筑立面，合理選用材料結構形式，確定熱、光、聲等與環境條件適宜，從而將設計優化效果提升。

3.3 節能結構的優化設計

節能結構設計優化是房屋結構優化設計的重要組成部分，對于節能結構優化設計，首先應保證設計設計人員應具備較強的綠色節能意識，應將綠色建筑理念融入到節能結構優化設計中，具體優化內容主要包括以下幾個方面：一是應根據當地自然條件，合理的確定房屋的朝向，使得房屋具有較好的采光性以及良好的通風，這樣就可以減少暖通設備的使用，實現建筑節能。二是為了降低房屋的熱損失，還應注意當地的寒風方向，建筑物應避免和寒風保持垂直，這樣可以實現節能保溫的作用。三是注意門窗的密實性，避免出現透風的情況。同時增加陽光一側的窗戶面積，減少背光一側的窗戶數量。

4 結語

總之，在設計建筑結構的過程中，科學地進行優化，既能切實減小建筑的總造價，又有助于建筑施工材料的合理應用、建筑內部結構的協調、人們的房建需求滿足，最終將建筑的整體經濟效益大幅提高，因此，應重視建筑結構的優化設計。