高层建筑结构设计及优化方法探讨

郝力佳

武汉建工科研设计有限公司，湖北武汉  430000

摘要：现阶段，国家经济事业的长足进步带动了我国建筑行业的发展，越来越多的高层建筑被建设起来，为建筑事业的创新带来了支持。高层建筑不同于普通建筑，对于技术和设计的要求高，除了要恰当运用现代技术手段之外，还必须从结构设计层面出发满足建筑事业的综合发展要求。下面本文就高层建筑结构设计及优化方法进行简要探讨。

关键词：高层建筑；结构设计；优化方法

1高层建筑结构设计原则

高层建筑相对于普通建筑来说高度更高，对性能的要求也非常高。为了确保高层建筑结构设计的效果，满足质量和效率的双重要求，设计人员需要做到全盘考虑，关注建筑的稳定性、承载力、抗震性等。除此以外，设计人员需要结合建筑高度来恰当选取抗侧力结构体系，考量荷载传递路径，计算地震荷载，进而防范建筑坍塌、扭转等一系列问题。高层建筑结构设计人员需要在设计过程中遵循以下原则：一是遵循经济性原则。高层建筑的建设用到的材料和花费的资金规模是非常庞大的，在建设过程中会受到多种外部因素影响，从而出现经济损失。对此，设计人员在结构优化过程中，应该坚持经济性原则，加强预算管理，把获取最佳经济效益作为设计目标。二是遵循功能性原则。设计人员始终应该把建筑安全放在第一位，并把安全性原则贯穿建筑结构设计的全过程，保证最终设计出来的结构与安全标准相符。三是遵循安全性原则。设计人员在高层建筑结构设计当中，应该坚持落实功能性原则，把完善与优化建筑功能作为重要责任与使命，从而更好地满足建筑使用者的需要。

2高层建筑结构设计问题

首先，抗震设计问题。设计人员对高层建筑的抗震设计要求较低，没有选用有效的抗震设计方法，导致最终的抗震设计结果不理想，从而影响到高层建筑的安全使用，在出现地震时无法有效减少地震能量的影响，容易带来损失。其次，是防风设计问题。设计人员缺少对防风设计的关注度，没有考虑本地的气候条件，导致防风设计不够完善，难以提升建筑整体的防风性能，给后续的建筑使用带来了消极影响。最后，节能设计问题。资源浪费和危害环境是当前高层建筑结构设计当中的一大问题，不能顺应走绿色节能环保发展道路的要求。

3高层建筑结构设计问题的解决对策

为了在新时期提升高层建筑的价值，必须从结构设计方面做好综合研究，发现当前超高层建筑在结构设计方面存在的问题与不足之处，以便提出优化的建议与对策。

3.1优化抗震设计

在落实抗震设计的过程中，设计人员必须对国家颁布的建筑抗震设计规范进行认真研读，提高抗震能力计算的准确性，运用时程分析法补充多次的地震计算。过去高层建筑主要运用的是延性结构体系作为抗震结构，把侧重点放在控制结构刚度上，可以在出现地震之后，利用大的结构延性来吸收地震能量，减少地震危害。此外，在防震措施的研究和应用当中，运用滑移、摆动、悬挂隔震等方法对结构动力特性进行改变，减少地震能量带来的影响也是拥有广阔前景的措施。在结构材料的选择方面，为了提高结构的抗震能力，必须要选取重量轻和坚固度高的材料，这样即使是出现地震，也可以减少损害和人员伤亡。为提升高层建筑支撑力，可在结构当中增加钢筋，把多种抗震设计结合起来运用，综合提升结构抗震水平。

3.2做好防风设计

防风设计是高层建筑结构设计的重点，其中高层建筑的顶端是建筑整体风压最大部位，想要提高实际的防风效果，可利用加强梁柱或者是钢结构设计的方式来达到目的。在建筑结构设计的开端部分，应该在充分考虑高层建筑实际情况的条件下，做好针对性研究，简单来说就是要考虑当地最大风压，做好风压图的设计，为提出针对性的防风措施打基础。高度会影响高层建筑结构抗侧刚度，为提高结构稳定性，有必要对建筑形态空气动力学进行优化设计，最大程度上降低结构风荷载。平面形状属于常用结构形式，特别是矩形平面设计的应用更加广泛。不过这样的结构形式所存在的抗风性能是有缺陷的，想要保证抗风效果，可以运用三角形、圆形、椭圆形等形式。另外要对高层角部进行修正，改善空间流动，降低尾流宽度等，可以控制建筑物阻力，增强防风效果。

3.3完善节能设计

高层建筑的建设过程要用到的材料非常多，在这一过程当中也会产生很大的能源消耗。如果没有做好节能设计的话，会造成各种资源的浪费，影响建筑事业的绿色化发展。设计人员在着力优化结构设计的基础上，必须提高对节能设计的关注度，把节能理念贯穿设计全过程，加强对节能设备的使用，控制能源资源的消耗。在建筑材料的选择和使用中，要重点运用绿色环保材料，也要把风能、太阳能等清洁可再生能源应用到建筑设计当中。比方说在建筑顶部安装太阳能电池板，节约电能资源；在建筑当中涉及多个通风口，维持空气的有效流动，以便在夏季降低室内温度，减少空调等的使用。

4实例分析

某工程项目位于城市中心位置，周边交通网密集，存在商业区、教育区，工程总建筑面积为102500m2。针对建筑物室内进行精细化设计时，发现建筑空间存在露梁现象，且梁体占用建筑空间，影响建筑结构的美观性。针对此，需对高层建筑框架剪力墙结构进行优化，分析建筑结构优化过程中的结构安全性、成本性与空间性问题，并对后期方案进行逐步调整，保证工程建设的稳定性。

4.1厨房框架梁体设计优化

高层建筑中原结构中的厨房存在框架梁，比平常位置要突出20公分，且在厨房结构中形成凸角。第一，可在厨房梁体凸出区域进行延长处理，将此类结构成为剪力墙结构的一部分，将框架梁体外设，可有效增强建筑结构的稳定性，同时可避免出现梁体裸露问题。第二，可将框架梁进行微调处理。下调梁体，并将烟道从左下角移至上部区域，将框架梁下移20公分，然后将外露梁体与墙体进行连接，直至厨房梁体、墙体在同一水平线中。此类处理方法可有效解决梁体裸露，且可为后期抽油烟机的安装提供位置。此外，也可打造开放式厨房，通过降低隔墙的占地面积，增强厨房区域与阳台、客厅的联通性。从两种优化方案来讲，第一种方案需在高层基层用户处便进行优化，例如，入户门厅位置、桩基基础位置等，其将增加建筑成本。采用第二种方案时，则无需调整基础结构梁，实际处理期间，是对框架梁进行位置调整，便可避免梁体裸露问题，且可提升建筑结构室内使用面积。

4.2卫生间框架梁设计优化

该建筑结构中厨房区域与卫生间均存在主梁，且在卫生间区域也存在凸角问题（位于马桶位置下方），此凸梁降低空间利用率。

针对此类问题进行处理时，采用的也是两种应对方案。第一，利用剪力墙对框架梁位置进行优化。利用此类方法可有效保证厨卫区域基础布局不变的情况下实现优化，但是其也存在缺陷问题，例如，需要分别加厚厨房与卫生间的墙体厚度，一定程度上影响居住感。第二，平面优化处理。要想基础结构不变，在调整过程中，可将卫生间与卧室区域的同轴向隔墙进行对齐处理。此类布局形式可增加厨房空间的利用率，但是卫生间的基础布局需要进行调整，例如封窗，调整坐便与洗手盆之间的位置。实际调整过程中需分析上下水管的可移动性，操作工序相对繁琐。从两种方案的对比形式来看，第一种方案需增加基础建筑中的材料用量，例如，混凝土、钢筋等，且隔墙厚度整体增加，缩减室内使用面积。第二种方案，可拓展厨房的适用空间，且卫生间改造后的面积也符合国家规定标准，此外，不会对室内过道处产生干预。故此，选择第二种方案较为合理。

5结语

建筑市场的迅猛发展下，对高层建筑项目的需求量逐渐增加，建筑企业动工期间，应兼顾工程建设的质量性与效率性，才可契合于国家建筑行业的高质量发展战略中。框剪结构作为高层建筑中的重要组成，其结构连接形式与高层建筑质量、性能等具有密切关系，为深化结构优化、稳定优势等，可深入挖掘框剪结构的基础属性，并科学性嵌入到高层建筑项目施工中，从本质层面增强工程建设质量。

参考文献：

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