论高层建筑结构优化设计

文/王超级、杜帅 中国核电工程有限公司郑州分公司 河南郑州 450000 孙心静 郑州创杰企业管理咨询有限公司 河南郑州 450000

1、结构优化在建筑设计中的重要性

就目前我国的情况而言，群众对于建筑的需求不断增加，要求也随之提高，想要确保建筑设计行业的市场竞争优势，结构优化是建筑设计过程中的必要手段。能够有效的增加建筑工程质量，增加建筑的实用性和功能性，给客户更加良好的使用体验，促进建筑设计行业的长久发展。

1.1 结构优化在建筑设计中的意义

根据时代的发展，不断优化建筑结构设计，可以保证建筑的使用效率，增加建筑的使用年限，赋予建筑更长的生命力，给建筑设计带来更加广阔的空间，通过结构优化，给使用者提供更加良好的居住环境，不仅能够提高使用者对建筑设计的评价，还能减轻建筑设计行业目前面临的压力，真正实现建筑设计行业的发展目标。

1.2 建筑设计中结构优化的特点

1.2.1 建筑结构优化能够给予设计人员更加丰富的建筑设计空间，增加了建筑设计的多样性，并充分结合当下的流行趋势和审美标准，实现建筑美观性的提升，给使用者带来更加良好的视觉体验，提高了使用者对于建筑的直观感受。

1.2.2 建筑结构优化能够适当的降低建筑建设过程中对于周围环境的污染，通过优化选材，利用更加绿色健康的建筑材料，不仅贴合了当下国家对于建筑工程的绿色发展要求，还能确保建筑周围生态环境的平衡状态。

1.2.3 建筑结构优化能够降低建筑工程的成本，增加建筑设计的经济效益，从根本上控制建筑工程成本的流失，大大减少了资源浪费的现象，增加了原材料的使用效率，不仅有效的降低了施工成本，还给建筑设计行业发展奠定了良好的基础。

2、高层建筑结构设计的主要问题

2.1 上部结构存在的问题

我国的很多上部结构在设计的环节内做的并不是很好，有的是因为工程师对其的重视程度不够，有的则是因为知识技术的局限性，认知的不足，有的时候相关的技术人员在设计楼板时只是简单的将双向板作用按照单向板的方法进行计算，并没有很全面的考虑到板的受力状态，久而久之，楼板的一个方向就会因为受力过大而出现明显的裂缝，所以务必要注意上部结构存在的问题。

2.2 工程师自身的问题

在实际建筑设计的过程当中，许多工程师并没有对房屋建筑的场地进行地质情况的详细现场勘察，都是根据设计单位提供的基础资料以及以往的经验来进行施工图的设计，这存在着一定的盲目性和片面性。所以工程师要进行实地考察，要准确的计算出房屋主体的荷载大小，要对基础承载能力进行准确的核算，这样才可以保证施工后房屋的实际质量，不出现“豆腐渣”工程。

3、高层建筑结构优化设计有效策略

3.1 科学合理布置建筑结构

3.1.1 平面布置

在实施此项操作的过程中，应重视对布置的合理性及其和建筑结构的整体安全性间具有的关联加以充分考量，因此，在具体对高层建筑进行独立的单元设计时，应尽可能在确保刚度及承载力均匀、对称的条件下，促使所实施的结构平面设计具备较高的简单性以及规范性，以使得水平荷载作用的影响大幅度降低，减少变形问题出现的可能性，确保高层建筑结构的质量中心可以和刚度中心良好重合。同时，可导致高层建筑两端出现振动问题的因素之一为平面的长度大小，所以，一般来讲，建筑平面的长宽比也会对结构的经济性产生较大影响 。

3.1.2 竖向的合理布置

首先，应采取多种有效手段促使抗侧移刚度设计具有较高的均匀性及连续性，最好可使设计从上至下循序渐进的减小，有助于最大化的减少刚度的影响，降低基于刚度过大的影响导致建筑结构出现薄弱区域的问题产生。其次，应尽可能确保竖向布置的规则性和均匀性，促使出现过大的外挑和内收状况的可能性大幅度降低。

3.2 剪力墙结构优化

首先，要科学合理选择剪力墙结构设计方式，这就需要对高层建筑特点进行充分的考虑。一般来说，针对小于 20 层的建筑，最好选择短肢剪力墙的结构设计方式，以便减轻结构本身的重量，提升建筑的稳定性。如果建筑高于20 层，则需要采用剪力墙结构设计方式，促使其受力均衡。其次，在实际设计中，还需要确保建筑剪力墙结构设计的科学性，一般来说，在高层建筑施工中，都会进行抗震设置，为了避免对其抗震性能产生不良影响，则需要采用双向布置的方式，这样才能在一定程度上减轻结构重量，提升建筑的可靠性与承载力。与此同时，还需要保证其结构设计与建筑墙体的承重能力、墙面刚度是相符的，进而可提升剪力墙结构的稳定性，有利于确保整体建筑物的性能。

3.3 优化高层建筑抗震设计

对于高层住宅建筑结构抗震优化设计中，设计人员必须遵循相关的规定要求和设计原则，严格把控好设计的各个环节。在优化设计中，一定要做好建筑空间和平面设计。在平面设计中，一定要遵循建筑抗侧力构件布设规则性原则，合理布局，设计多道抗震防线，最好选择钢筋混凝土框架柱作为第一道抗震防线，钢筋混凝土框架柱的设计一定要符合设计规则，尽可能的提升建筑的抗震能力，确保建筑结构的安全性和稳定性。除此之外，在高层住宅建筑结构抗震设计中，还要充分重视结构的受力情况，对建筑结构的刚度和承载力深入研究分析，在设计时一定要满足结构构件刚度和承载力的要求，确保结构受力均匀，避免出现受力薄弱部位。同时，还要做好高层住宅建筑传力途径分析这一环节的工作，结合实际情况，设计科学合理的抗震方案，最大限度降低地震对住宅建筑的破坏作用，保障人员生命财产安全。

3.4 建筑材料选择优化设计

另外，建筑材料的选择也是非常重要的环节之一，随着国家科技的发展，已经出现了更加环保、性价比更高的建筑材料，因此，设计人员需要对建筑材料的选择进行优化设计，在不影响建筑工程质量的基础上，选择更加节能、经济、实用的材料，并根据实际情况，适当的调整建筑材料的数量，积极响应国家绿色环保的号召，增加建筑设计的环保性，最大程度地减少资源浪费现象的发生，减低建筑建设工程对于周围环境的损害和污染，从而实现建筑建设过程的优化。

结语：

基于上述分析，我们在具体针对高层简述实施结构优化设计的过程中，需要重视对所规定的各种相关要求加以充分考量，注重合理择选和应用多种有效的优化设计手段，有助于提升建筑的整体质量。