高層建筑結構優化設計

柴志廣

摘 要：在建筑業蓬勃發展的今天，高層建筑項目驟增，為確保其建造質量，保障公眾人身財產安全，就需對其結構優化設計，如此不僅能為高層建筑創造更多效益，也可促進國民經濟進一步發展。此次研究先對高層建筑結構設計現有缺陷進行了分析，而后闡述了高層建筑結構優化設計原則，最后提出了具體的高層建筑結構優化設計策略。

關鍵詞：高層建筑;結構;優化設計

在城市化建設進一步深化的背景下，大多數農村人口均開始面向城市遷移，這在相應層面使得城市具有的人口及住房壓力驟增。對此，為合理緩解上述壓力，防止社會矛盾進一步惡化，各類高層建筑不斷涌現。但與此同時，高層建筑在設計方面的缺陷也日益顯著，對社會公眾人身財產安全構成了威脅。因而，對高層建筑結構優化設計極為必要且迫切，可為公眾生產、生活給予安全保障?；诖?，本文對高層建筑結構優化設計進行了探討，這是具備顯著現實意義的。

一、高層建筑結構設計現有缺陷

（一）過于注重結構設計尺寸，未關注整體協調

現階段，國內高層建筑結構的設計過于注重結構設計尺寸，未對整體的協調設計予以高度關注。通常情形下，高層建筑結構優化設計需以既定材料與結構形狀為基礎，對契合全部限制條件且最恰當的設計截面進行有效計算，不注重整體結構的設計優化。若僅對建筑個體加以優化，那么便難以起到對高層建筑整體結構優化的作用，大多數設計工作者僅注重上部結構設計，未對基礎設計予以關注，思想理念層面具有一定的局限性。

（二）預期目標與實際相差較遠

因國內高層建筑結構優化設計不具備適宜的計算機軟件，故而借助現有信息技術獲知的結果往往和實際不符。并且，此類建筑結構的優化設計因工作本身存在一定的特殊性，關聯因素較多，若不確定條件偏多，便會阻礙結構優化設計的進行。特別是現實環境下，某些表面看似科學合理的優化設計方案，在借助相應設備檢測、分析之后，也會發現存在一定的缺陷。就上述問題而言，設計工作者往往僅加設了一些結構設計，并未由根源處理問題，這就導致資源損耗情況嚴重，加大了成本投入，對建筑企業核心競爭力的提升極為不利。

（三）設計工作者素質具有明顯差異

為確保高層建筑結構優化設計高效有質，設計工作者便需基于實情，對自身專業素質加以提升，持續吸收先進的設計知識、技能，并以可靠、真實的數據信息為支撐，對建筑結構改良耗時間誒，從而賦予設計方案較強的科學合理性。然而，就實際情況來看，目前國內高層建筑結構設計往往因過于注重理論，不具備富足的實踐經驗，使得優化設計效果不佳，加之部分設計工作者本身匱乏較好專業知識基礎，在結構優化設計期間沒有實地調研，獲知可靠數據，故而使得最后的優化設計方案缺乏實質性意義。

二、高層建筑結構優化設計原則

（一）持久性和安全性

在建筑商品化發展的背景下，高層建筑已慢慢演變成用戶的耐用消費品，其和其他消費品具有的本質差異即存在較長使用時間。在此情形下，高層建筑結構設計的一大基本要求即具備較強持久性和安全性。此間，對結構體系以及材料選用的時候，均應確保它們擁有較強的抗風、抗震性，且應具有在生命周期內允許維修與改造的功能。

（二）舒適性

就高層建筑的設計而言，設計工作者需對用戶的舒適性予以高度關注。此間，大部分戶型均應將室內空間科學、合理的分隔，且對人居熱、光以及聲環境需要予以關注，從而給用戶帶來較好使用體驗，營造舒適的生產、生活環境。同時，設計工作者對現有結構優化設計期間，應對用戶之后將要分隔空間的可能性予以充分思考，若最后選擇對剪力墻建筑結構加以利用，那么選取大開間布置最為適宜。

（三）經濟性

對高層建筑結構優化設計期間，應對建筑選址、樓層高度、平面體形等進行整體性思考，在保證高層建筑結構安全、持久性的情況下，選取經濟成本最低且最為恰當的結構機制。同時，在對高層建筑構件設計期間，應嚴格依據規范構造要求行事，彰顯節能環保性，尤其是對地基基礎設計的時候，需注重設計方案的經濟性，這與高層建筑建設成本密切關聯。

三、高層建筑結構優化設計策略

（一）選取適宜的結構設計方案

建筑項目結構設計方案都具有多樣性，選擇也并不是唯一的，然而若對多項設計方案進行利用，那么便會使高層建筑建造成本與工程質量具有顯著差異。因而，對此類建筑結構優化設計期間，選擇具體方案時需由建筑結構整體層面入手，針對整體方案實施嚴謹、細致的構思，對結構與結構、結構與構件具有的關系協調處理，保證建筑結構整體安全、可靠性維持一致，有效體現結構功能。同時，需確保高層建筑結構受力更為清晰、直接，最大程度讓結構平面分布對應的抗側力剛度重心重疊、貼合。整體而言，此類建筑結構的優化設計應以契合平面質量、剛度為基礎，由整體層面對結構抗震性加以強化，僅有如此方可確保優化設計科學合理。

（二）對結構尺寸設計加以優化

就高層建筑結構尺寸的優化設計來看，具體可對直接與間接優化這兩大方式進行利用，先經由對方案目標函數以及變量因素實施整體分析，對所有變量之間的數學解析關系以及變量具有的約束條件深入探究，對所有影響因素有效思考，明確最適宜的優化設計方案;而后，對耗材量予以明確。此類建筑結構在優 化設計期間所需的耗材量主要由構件截面尺寸大小所決定，它們之間存在正比關系。因而，若經由數學解析式對高層建筑結構尺寸進行優化設計較有難度，需對直接優化這一方式進行利用，從而對高層建筑結構合理設計。

（三）對抗震性能加以優化

切實開展該項工作時，高層建筑結構設計工作者應對平面分布、形狀等對結構安全具有的影響予以充分思考，最為關鍵的便是此類建筑獨立單元的設計，需確保平面形狀簡潔、具備規則，結構剛度重心應與質量重心相重疊、貼合，以此規避水平荷載影響下具有變形情況滋生。并且，若結構平面具有的長度不符標磚，易導致兩端受力不平等而弱化高層建筑整體結構的穩固性，因而優化設計期間不應對無規則平面進行運用。另外，就此類建筑的緩凝土結構設計來看，也需簡單、有規則，從而確保結構整體穩固、可靠。

（四）持久性的優化設計

目前，較多設計工作者在對高層建筑結構進行優化設計時，還未對持久性設計予以思考，究其根本即高層建筑結構建造結束之后，對試用階段可能具有的外力以及環境影響因素匱乏明確認識，使得結構易被破壞，從而弱化高層建筑結構整體穩定性。對此，設計工作者實施優化設計期間，需對高層建筑整體結構的安全、可靠性與持久性予以高度關注，最大程度節約材料，縮減結構優化成本，并基于實情選取適宜的結構優化設計方案。

四、結語

此次研究先對高層建筑結構設計現有缺陷進行了分析，而后闡述了高層建筑結構優化設計原則，最后提出了具體的高層建筑結構優化設計策略，望以此為我國高層建筑結構設計質量的改善予以參考。

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