论高层建筑结构优化设计的探讨

王丹

【摘 要】随着社会经济的迅速发展和建筑功能的多样化， 城市人口的不断增多及建设用地的日趋紧张和城市规划的需要，促使高层建筑得以快速发展。另一方面由于轻质高强材料的开发及新的设计计算理论的发展， 抗風和抗震理论的不断完善， 加之新的施工技术和设备的不断涌现，特别是计算机的普及和应用以及结构分析手段的不断提高，为迅速发展高层建筑提供了必要的技术条件。

【关键词】高层建筑；结构设计；优化设计；解决方案

前言

随着高层建筑进一步的发展，为满足高层建筑的形式，在大量高层建筑不断兴起的同时，人们更多的关注高层建筑与其相关的连锁反映，建筑面积过度紧密对人的身心健康带来了负面的影响，大量的高层拔地而起的现代，人们缺少了互相沟通，减少了相互交流的过程，进而产生了庞大的精神压力。

一、高层建筑的结构设计

1.1水平力存在的重要因素。在高层不断的建设中，人们更多的重视起了水平压力，水平力在高层建设中起着稳定的作用。在低层的建筑中水平力往往被人们所忽视，由于层面较低简单的施工设施就能避免出现问题，然而高层的建设中人们更多的关注水平压力，水平力承载着高层自身存在的压力与外界带来的压力，水平压力不只是单一的载重能力，同时对人们的自身安全也起着重要的作用，人们需要生活在安逸、安全的生活中，生活环境的美化固然重要，但是最为重要的应当是生活的安全问题，在高层的建设中我们应采用实用、节能、安全的设计，使用质量合格的施工材质，确保人们居住环境的安全性与环保性。

1.2抗震设计要求较高。现如今对居住在高层的人们来讲，不单单只注重生态环境，更多的也关心起了可能发生的事故，由于高层居住较高，人们往往会担心地震时带来的不便，那么在建筑高层时就应当提前预防地震的发生，我们不仅要建设稳固结实的建筑，还应当在室外建设防震场所，对人们安心居住提供便利的条件，在高层建筑的内部，应该设计安全疏散通道，预防在突发紧急状况时可能会发生的问题，地震有时会连带的发生起火现象，在设计时应该设置防火通道，并告知相关人员使用方法，在抗震的要求上我们应当遵循小震不坏，中震可修，大震不倒的原则，对居民的居住安全起着重要的保证。

1.3高层建筑的重大工程。高层的建设需要的工期较长，建筑所需要的程序较多，相互之间需要默契的配合，在施工的过程中需要高效率的运作，同时要具有高科技的设备，符合相关的施工管理规定。高层的修建有许多的重要环节，钢筋建材的选用，施工人员的配备，室内干净整洁的装修，线路管道的使用，都影响着居住生活的条件，在高层的建设前期需投入大量的设计工作，考虑到在居住过程中可能存在的问题以及解决的方案，在高层的建设中通常会出现许多工种同时进行工作，需要紧密的配合，应提供质量合格的设备，在有序的前提下进行高层的建设。由于高层的建设周期较长，工作量较大，因此对技术人员需要更高的需求，大体积混凝土的使用尤为重要，高层的建筑离不了混凝土的使用，应当选用产品质量合格的正规生产厂家，并配备相关的设备，选用操作技术精准的工作人员，确保混凝土在建设中发挥应有的效应。

1.4高层建筑建设过程中存在的危险。高层建筑由于楼层较高，在建筑时存在着高空作业的现象，现如今施工现场条件有限，经常采取立体交叉工作，高空作业频频发生，需要有关部门做好各项应急工作，确保安全施工，通讯信号的加强能对意外的产生起到至关重大的作用，防雷电、防触电也是施工过程中必不可少的重要事项，在确保施工如期进行的同时保证人员的安全非常重要，在施工过程中应尽量避免人员事故的发生，对施工安全提供相应的设施，确保高层顺利安全的建设。

二.高层建筑中的优化设计方案

2.1房屋结构周期性折减系数

房屋框架结构和顶盖等结构的设计中，因为填充墙体的存在使结构实际表现刚度大于设计计算刚度，计算周期也会大于实际周期，所以当算出的结构剪力偏小时，会使房屋的某些构件不安全，而应该对房屋结构计算周期适当的进行折减，这样能达到很好的效果，但是对于框架结构的房屋，计算的周期不宜折减或折减系数取小。

2.2耐久性的优化设计

在之前大部分混凝土结构设计方案中，很多没有充分考虑到建筑结构设计的耐久性，也就是保证高层建成之后，在合理使用期限内，要能满足用户正常的使用要求，但是很多的设计未能达到，造成此现象的根本原因是没有充分考虑到建筑结构在使用的过程中，由于遭受条件和使用环境变化最终造成房屋结构损伤，引起房屋可靠度指数下降。对一般高层混凝土结构设计来说，低造价和省材料设计都应为令人满意的结构设计，但随着人们生活水平的提高，在实际工程中，有时在其他使用要求或技术指标上升为设计主要矛盾时，设计者们就要放弃对经济的单纯追求。所以当选择以高层混凝土结构优化为设计的主要目的时，就应依据设计所要面对的关键性问题，分清主次，选多目标或单目标来实施优化，进而达到理想效果。

2.3合理使用高强钢筋与高强混凝土

高层建筑的总造价一般都包括结构材料、施工和基础的物料费用等，其中用钢量以及构筑件截面积对房屋造价影响较大，故在建筑设计中合理使用高强混凝土与高强度钢筋可有效降低用钢量，节约建筑成本。若高层建筑设计位于厚软的地基上，那么由于坐落在地基上的荷载大，合理使用高强钢筋和高强混凝土来优化构件的截面积，减轻结构重量，将会显著降低工程造价及基础设施施工的难度，取得较好的经济效果。对于震区的高层楼房来说，地震力作用的大小与建筑物的自重相关，人为地减轻建筑物的自重，降低结构在地震下的荷载，可提高建筑物的安全性。在设计中高效地使用高强钢筋及高强混凝土，能快速有效的缩小梁墙板柱等构件截面积，达到节省建筑造价的目的。

三、高层问题的解决方案

3.1高层建筑优化消防设计。高层在正常的建筑情况下均超出消防车救火的高度，在达到一定高度时火灾的及时扑灭成为消防的难题，在对消防实施设计的初期，应秉承着预防为主，消防为辅的原则，提前预想到发生火灾的建设，做到提前做好应急预案，减少大型火灾的发生，高层的建设应具有自防自救的能力，高层建筑应具备有效的防火设施，消防设计需起到安全优先的作用，配备技术高超的工作人员对火灾的发生提前进行排查。

3.2合理的平面布局。高层由于占地面积较小，使用空间较丰富的优点，已得到相关部门的大力支持，现如今万丈高楼平地起，人们不单单看重工程质量，同时也对室内的空间有着较高的要求，开发商应设计出空间较大的完美房屋，为市民的居住提供宽敞、明亮的生活环境，应尽量避免室内死角的发生，尽可能的占用公共的使用面积，尽量采取正方形、长方形的规矩性设计，避免采用L型、T型的设计，在高层设计时以使用结构的对称为基本出发点。

3.3高层室外环境的美化。由于高层整体结构较高，密度较大，对新鲜空气起到了阻隔，因此在高层建筑时应注重周围环境的美化，大量种植草本植物，提升高层的绿化率，在高层附近进行大面积的绿地建设，建设相应的高层园林景观，绿地建设是否具有装饰性、观赏性，对环境质量的提高起着重要的作用。

四.总结

总之，在高层建筑结构设计中，融入概念设计，不仅可以体现工程师的设计理念，也能够对设计师的专业和技术水平进行有效衡量。因此分析概念设计在高层建筑结构优化设计中的应用，可以有效的优化高层建筑结构设计。

参考文献：

[1]安心.论高层建筑施工中的常见问题及解决措施[J].城市研究理论，2012，5（23）：450-429.

[2]刘珍.高层建筑结构两级优化算法的实现[J].山西建筑，2011，2.