高层建筑结构选型设计及建筑结构优化设计

高层建筑结构选型设计及建筑结构优化设计

贾红林

320911197303028313

摘要:高层建筑的结构选型的合理性与否，直接关系到整座建筑的安全性和稳定性，因此高层建筑结构选型的重要性不可忽视。本文主要探讨了高层建筑结构选型的要点以及优化质量措施。

关键词：高层建筑；结构选型设计；优化质量方法；

一、高层建筑结构选型的重要意义

高层建筑结构选型是高层建筑发展的基础。现代城市建设要求透过结构选型实现高层建筑的功能实用性和经济成本的控制。首先，高层建筑的功能变得越来越综合化、多样化，因此要求高层建筑的室内空间设计和立面设计趋向多样化、多功能化。高层建筑必须重视结构的选择。其次，随着社会各界对建筑高度的日益关注，建筑结构的优化选型成为了降低预期投资成本的手段。当然，在高层建筑中，还需要传达一些新的理论和信息，而该建筑的结构选型则会受到多种人为因素的影响。

二、高层建筑结构选型的影响因素

该建筑是一个单元，受到诸多因素的影响并且统计性较差。从信息角度来看，该建筑的不确定性较高，且具备较强的综合性。确定高层建筑的结构方案时，不仅需要进行力学分析，还要综合考虑环境、经济、安全和适用等多个方面的因素。这种综合决策非常复杂，我们只能考虑主要因素，而忽略次要因素的影响。同样，我们还需要注意，这些因素可能有不同的层次，不同的因素也可能是耦合在一起的一部分，并且每个因素对选择的影响可能不够明确。

三、结构选型分析

在进行高层建筑结构选型时，结构设计师应注意以下几方面：(1)结构规则性。新、旧规范中建筑结构规范的内容发生了很大变化，新规范增加了许多限制条件。例如，嵌入端的上下刚度比和平面的规则信息都是新的约束。此外，新规范还明确规定“建筑物不应采用严重不规范的设计方案”，因此，针对这些新规范，结构设计人员必须严格遵守和重视，以免在以后的设计中处于被动状态。(2)结构超高。对于结构的高度，在高层建筑规范和抗震规范中都有非常严格的限制，特别是在新规范中，对于超高层的问题，除了增加原来的一个高度外，还增加了一个B级高度的建筑。因此，必须严格控制结构的高度系数。如果确定结构为B级高度甚至超过B级高度，则处理措施和设计方法将发生较大变化。由于结构形式的变化，在实际工程设计中忽略了这一问题，导致施工图在审查阶段未得到批准。在这种情况下，应该重新设计或由专家讨论和评估。但这些都对整个工程的规划、造价和工期产生了很大的负面影响。(3)嵌固端设置。对于高层建筑，预埋端一般设置在地下室的顶部，因为高层建筑通常有人防和地下室，所以预埋端也可以设置在人防的屋顶位置。对于这一问题，结构设计人员往往忽略了预埋端的许多问题，如：上、下刚度比极限值、楼层设计、上下层抗震等级的一致性、预埋端位置与结构抗震缝设置的协调性等忽略了这些因素，对以后的工程运行可能是一个很大的安全隐患。

四、建筑结构设计质量优化做法分析

（一）优化设计应在结构设计概念的基础上展开。在计算过程中，需要充分考虑建筑结构设计的经济性，同时满足技术条件。对于大型构件，应谨慎调整配筋量和截面，以避免引发胖柱、胖梁或薄柱、薄梁等问题。由于部分设计师计算不准确，他们在加固结构时采用了随意加筋的方式，从而导致梁柱出现了过多的钢筋。针对这种情况，我们应该遵循“弱弯强剪，弱梁柱，弱拉强压”的原则，对结构的薄弱部位进行加固，特别关注构件的延性以及钢筋的锚固长度。同时，还需要注意温度应力的影响以及线形截面的锚固长度钢筋，从而避免类似问题的再次发生。此外，设计平面和立面时应遵循对称、规则的原则，充分考虑多条抗震防线，以防止出现薄弱层问题。根据高层建筑结构设计的概念，有必要对其在极限状态下进行校核。

建筑方案确定后，应尽量采用最合理、最科学、最经济的设计方案。对于各种受力构件的布置，必须力求达到其能承受的荷载范围。垂直承重构件将荷载传递到地面，同时也承受地震和风的水平荷载。

因此，在布置竖向受力构件时，应将其放置在有利于承受荷载的位置。此外，还应考虑楼板的刚度，是否满足整体工程要求，并对剪力墙的间距进行限制。对于水平承重构件的布置，应力求实现简单的传力路径，以最快的方式将地板上的荷载传递给主梁，然后将荷载从剪力墙和柱子传递到地基和地基。

（二）为了确保高层建筑的结构设计能够顺利进行，与其他相关专业人员的沟通至关重要。高层建筑结构设计的复杂性要求结构设计师与其他专业人员密切合作，不可孤立行事。因此，在进行高层建筑的设计时，结构设计师不仅需要扎实的专业理论基础，还需要对其他相关专业有一定的了解。设计过程中，一旦出现其他专业方面的问题，结构设计师应能够及时响应，并组织专业协调会议，以确保达到统一标准。

（三）计算机辅助设计正确实践，随着科学技术的迅猛发展，网络的应用范围不断扩大，计算机辅助设计系统也在建筑设计领域得到广泛采用。计算机技术的应用可以帮助工程人员进行结构分析，正确使用计算机辅助设计，对我国建筑结构设计水平具有重要影响。然而, 随着经济的进一步发展, 建筑规模不断扩大, 结构也变得越来越复杂, 因此结构设计的难度也大大增加, 这就要求设计人员了解所用软件的特点和适用范围, 并熟悉各种参数的选择条件, 以实现计算机为人们和工程设计提供服务。

五、计算简图的处理

　 本文结合某工程结构设计，对其计算简图的处理进行探讨。对于没有地下室的结构，当基础埋深较深时，为了加强底层的完整性，可以将基础连系梁设置在接近0.00米的地方。

由于基础连系梁的设计仅仅是结构设计，它不能平衡底部柱基础的弯矩，因此不能用作上部结构的嵌入部分。对于底层，计算高度H应从基础顶面到连系梁顶面，换言之，将地基耦合梁下方的部分作为计算图的底层，将实际建筑物的底层作为计算图的第二层。楼层高度为连梁顶标高至首层标高的距离。

应当指出，在这种情况下，底层柱的加固应以地基连系梁顶面和基础顶面较大的内力设计值来计算。对于有地下室的结构，在计算图中确定上部结构的埋置位置非常重要，需要结合工程实际情况进行分析。设计实践证明，经过整体计算，该方法的计算简图相对保守，结构设计相对安全。

六、总结

综上所述，概念设计的整合在高层建筑结构设计中至关重要。它不仅能展现工程师的设计理念，还可以评估工程结构设计人员的专业水平和技术水平。因此，将概念设计应用于高层建筑结构优化设计中，能有效地优化结构设计。

参考文献：

[1]吕洪峰.高层建筑结构设计中地下室嵌固作用的思考[J].科技创新与应用，2012，09：166.

[2]佟月强，郝明.试论结构设计优化技术及在房屋结构设计中的应用[J].科技与企业，2012，08：252.

[3]唐京华.基于实用与效果的建筑结构设计优化方法应用[J].中外建筑，2012，08：89-90.