高層建筑結構優化設計中的問題與對策分析

施敏 劉延杰

摘要：當前我國城市化發展進程越來越快，通過建設高層建筑有利于提升土地資源利用率，同時還能對建設形式起到優化作用，在正式開展高層建筑施工作業前，需要對整個建筑進行結構設計，從多個角度分析當前該建筑的受力形式，以此為基礎保證建筑在未來使用中的載體穩定性，保證建筑的使用安全性。

關鍵詞：高層建筑;結構選型;設計;優化策略

引言

結構設計工作在高層建筑工程中尤為重要，為了盡可能提升高層建筑的穩定性、安全性以及抗震性能，就需要做好結構設計工作。在高層建筑結構設計工作中，需要保障設計方案的優良、計算簡圖和分析計算結果的合理性，并且在設計的過程中，需要將整個建筑工程的施工環節都考慮進去，方能保障整個建筑工程的施工質量以及施工效率。

1當前高層建筑結構設計存在的問題

1.1結構體系問題

在高層建筑的結構設計工作中，需要考慮到結構體系的合理性，確保高層建筑的結構體系能夠滿足建筑工程的實際需求，并將結構的穩定性考慮進去，如若選擇的結構體系并不合理，就會直接影響到結構的穩定性，導致結構的穩定性下降。比如在鋼筋混凝土結構體系設計工作中，設計人員就需要充分結合工程結構的特點，并根據建筑所在的地區抗震設防等級的具體情況來選擇適宜的結構體系。設計人員在選擇結構體系時，如若不考慮結構的合理性，就會直接影響到高層建筑結構的穩定性以及安全性。特別是在決定鋼筋混凝土的結構體系時，如若不能科學制定設計指標，就會直接影響整個建筑結構的各項性能，并在后續的施工以及使用過程中產生各種安全以及質量問題。

1.2地基與基礎設計問題

在高層建筑工程中，地基與基礎施工較為重要，其將會直接影響整個建筑的穩定性以及施工質量。如若不能做好高層建筑工程地基與基礎環節的施工，就會導致建筑物發生不均勻沉降、建筑物整體傾斜等問題。在設計階段，就需要考慮這些問題，選擇合理的地基與基礎類型。在地基基礎設計不合理時，當地基斜面坡坡度較大的時候，就會對地基混凝土施工時振搗質量造成一定程度的影響，難以保障地基基礎施工質量，從而對整個建筑結構的穩定性造成消極影響。在設計工作中，如若地下室底板配筋的設計不合理，就會導致高層建筑結構的穩定性受到影響，導致高層建筑出現不均勻沉降等問題。另外，在實際的設計工作中，設計人員往往會忽略掉地下水對地基基礎造成的影響，從而嚴重影響了高層建筑工程后續施工的施工質量以及地基基礎的穩定性與耐久性。

2高層建筑結構優化設計

2.1基于建筑功能的結構優化

在進行高層建筑結構優化中，根據當前工程項目的建設意圖以及建設方要求進行細節部分的建筑功能和結構布置優化，首先對延性設計環節給予一定重視，以此來將當前建筑結構的延性參數、指標等體現出來，基于延性冗余來進一步強化該建筑的結構穩定性和功能;其次還要重視對高層建筑結構整體水平力，這部分也是結構功能優化的關鍵所在，將原本單一方向的荷載分解為高層建筑結構整體的受力，這樣做的目的在于保證整個建筑結構水平方向的連續性。通過以上措施，來進一步強化整個建筑結構的安全性和穩定性，以此更好地促使建筑適應其在未來使用中產生的各種影響。

2.2基于建筑荷載的結構優化

高層建筑結構選型還需要對建筑地下室部分給予高度重視，基于建筑安全性以及施工功能，將消防車、人防等一些荷載因素考慮其中，以此開展地下室結構的平面布置。根據設計經驗，基于常規性尺寸為8.5m×8.5m的柱網，若荷載越大，其所需要的板結構就會越大。在進行該部分的結構優化時，從安全性、美觀性以及經濟性等角度對其進行綜合分析，以此保證最終高層建筑工程的最大化經濟效益。

2.3生態能源設計

普通高層建筑具有能耗高特點，大大降低了使用的舒適性和便利性，尤其是巨大的能耗對施工現場產生了不利影響。在高層建筑設計中使用生態概念，不僅反映了科學合理的空間利用率，而且使能耗保持在較低水平。尤其是，基于生態循環概念的生態循環功能可實現整體建筑思維。以高層建筑的生態設計為目標，主要遵循自然能源應用、有機廢物處理、綜合回收和持續回收的基本原則，最大化高層建筑的生態概念。積極整合環境保護理念，減少消耗和對自然資源的依賴，實現自然節能、可持續發展和生態保護的目標。例如，充分開發和利用光能和風能發電，將地熱系統用于集中供熱，將水處理和收集設備用于循環水處理，隔音、隔熱、防火和其他綠色建筑材料的使用建立完整的生態鏈建筑物可以最大限度地構建科學，可持續的生態建筑體系，并促進環境和節能。

2.4建筑高度的優化設計

城市建筑除了滿足人們的基礎生活需求外，還承擔著美化城市建筑景觀的作用。借助合理的設計手段，對高層建筑相關內容進行優化設計，以達到提高城市服務形象的目的。在具體設計過程中，規劃人員需要對區域環境情況進行科學的勘察，內容包括街道寬度、街道布局、周圍建筑群數量等，合理控制建筑群高度，同時結合區域建筑結構的具體情況，對街道分布情況進行適當優化，從而提升街道的通達性，促進城市經濟的有序發展。也需要對城市人文背景情況進行科學性考量，明確具體分區布局，如結合城市規劃內容將建設區域劃分為高層嚴控區（非必要情況，不允許再有高層建筑設計）、可適度發展高層建筑區域和鼓勵發展高層建筑區域。這也是制定發展規劃策略的基礎條件。

2.5空調板的設計

隨著我國國民經濟的逐步增長以及人們對空間的舒適度的需求越來越高，單純靠建筑維護結構本身的熱工性能已不足以滿足人類的需求，所以，空調等一些制冷設備已成為每家每戶的必須產品，但大部分住宅沒有專門放置空調機的構件，因此，人類只是簡單地把空調機放于建筑外部的簡單鋼架上，這種方法是簡單方便安裝的，但導致了建筑外墻的雜亂，并且會因為空調外機的滴水造成一些鄰里問題，所以，最新的高層住宅都設置一些放置空調外機的功能構件，一般將其放于陽臺附近，還設置圍欄構件加強了其立面的韻律感，使其產生了一定的虛實變化，空調板設計考慮的重要因素就是其安裝的位置，需要考慮其平面的合理性，又要考慮到其立面的韻律感。還需要考慮空調外機的最大尺寸，空調外機的散熱位置，應避免兩臺機器對吹，設計時應預留好排水管的孔洞，以便于后期的安裝。

2.6建筑結構參數

高層建筑設計服務于城市規劃設計，在對高層建筑結構參數進行設計時，需要將城市規劃作為設計標準之一，以此來提高設計方案的可靠性。高層建筑的內部結構分布復雜程度較高，且結構間也具備較高的關聯性。在對建筑結構參數進行設計時，需要對建筑結構的長度、材料類型、主體結構寬度等內容進行科學分析，并結合建筑區域所在范圍內的街道布局情況來進行內容優化，提升城市結構的協調性。

結束語

綜上所述，高層建筑結構設計工作較為繁雜，涉及的方面較多，除了在設計工作中需要考慮到建筑工程施工的可行性以及施工質量意外，還要盡可能的提高施工質量，降低施工成本，以此促進施工行業的健康發展。

參考文獻：

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