高層建筑結構設計及優化方法探析

孫 廣 （四川通信科研規劃設計有限責任公司，四川 成都 610041）

隨著高層建筑功能要求越來越多，高層建筑結構設計難度逐漸提升，結構設計就成為提升高層建筑質量和效率的核心所在。在高層建筑結構設計中，不但需要呈現出設計的專業性和科學性，確保建筑能滿足大眾的實際需求，同時也要體現出結構設計的安全性，確保其滿足承重、抗風、抗震等基本的要求，進而滿足安全建設的規范標準，在確保安全的前提下，節約投資。

1 高層建筑結構設計的基本原則

1.1 確定設計方案

高層建筑結構設計按照實際的地質條件，需要對整個建筑結構設計環節進行科學合理的確定。另外，設計人員還需要掌握高層建筑的荷載分布與結構類型，全面了解施工條件、影響因素等各個方面的內容，通過綜合分析，確定最優的結構設計方案，進而滿足高層建筑結構設計的質量[1]。

1.2 確定設計工具

高層建筑在結構設計中，需要使用相關的設計軟件，需要全面的掌握計算工具和制圖工具，確定使用范圍，這樣才可以確保高層建筑結構設計工作的順利開展。

1.3 確定施工材料

在進行高層建筑結構設計的時候，設計人員需要以建筑工程的實際情況作為基礎，做好施工環節與成本之間的優化與協調，進而滿足評價方案本身的全面性，在具體的評價體系之中，需要有效的融合設計要求、工程材料以及施工工藝。另外，在進行高層建筑結構設計的時候，對于復雜的結構設計，需要做好深入的研究對比，這樣才可以選擇出理想的結構方案，進而推動工程建設的順利開展。

2 某高層建筑結構設計及優化

2.1 工程概況

本工程為商業大廈，建筑總共17層，其中地上共16層，地下1層，建筑總體高度達到87.6m，其結構屬于鋼筋混凝土框架-抗震墻結構。

2.2 結構平面布置優化

在形成方案與初步選擇構件，并估算之后，直接輸入模型之中，但是需要找準構件尺寸不合理、參數設置不合理、結構平面布置不合理等一系列的問題，這樣才可以真正的解決問題[2]。針對實際之中所衍生出來的方案，本文因為篇幅限制，不做一一介紹，本文主要是針對高層建筑結構設計的優化結果來進行分析，希望可以找到相對應的結構設計與優化方案。

2.3 優化結果及分析

2.3.1 優化過程

優化步驟流程圖

2.3.2 優化成果

第一，基本指標對比?；局笜藢Ρ戎饕轻槍灮昂蟮牟町愡M行分析。

優化前后的基本指標對比 表1

第二，優化前后經濟指標變化。

優化前后的經濟指標對比（萬元） 表2

2.3.3 優化總結

對于一個建筑方案的優劣，要從安全、適用、美觀、經濟等方面來綜合評價。當具體涉及到結構方案問題時，因為建筑方案的規劃設計，已經能夠滿足美觀與適用的要求，所以只需要考慮到剩余的安全和經濟問題。安全問題和經濟問題是相對獨立，但又存在相互影響。在結構設計基本控制指標之中，主要就是結構安全性的控制，同時也需要反映一個結構的經濟性，如剛重比，過大的剛重比，雖然能夠滿足安全性要求，但是卻呈現出經濟上的浪費。針對這一點，第三方案的結構構成和構件優化之后的數據對比分析，在使用同等材料的前提下，能夠獲取更多的剛度，但是如果剛度過大，就需要適當降低其剛度，最后減小剛重比，縮減至第一方案，同時，也可以節約材料[3]。

就安全性來看，主要是結構的合理剛度，擁有足夠合理的剛度，可以防范變形過大，均勻的剛度也可以防范局部破壞，從而引起整體性破壞。其具體表現在剛重比、周期與振型信息、位移比、周期比等，這些指標在體現安全性的同時也表現出結構經濟型。對于這一點，在結構優化過程中，需要對比結構自身的特性指標以及結構效應指標的變化，最終得到證明。這些指標先變得富余，之后逐漸降低，同時也表現出安全與經濟之間的相對平衡。對于經濟性而言，材料的用量最具說服力，無論如何去說，最后都需要在滿足結構安全的前提條件之下，明確造價指標。

總體來說，評估方案，就需要考慮到設計、結構特性、結構效應以及造價幾個方面，具體而言，其又存在于一個設計的循環。

因此，在高層建筑結構的設計與優化中，就需要充分考慮各種影響因數，合理的分析各種方案，綜合選擇最優設計方案，這樣才能確保設計更加科學合理。

3 結語

總而言之，高層建筑結構設計是否合理，會對建筑的整體安全性和經濟性帶來直接的影響。目前，高層建筑結構設計存在的問題已經成為普遍性的問題，需要考慮到高層建筑結構設計的現實要求，這樣的研究成果才能具有借鑒的意義。