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浅析高层建筑结构选型设计及建筑结构优化设计

发表时间：2020/9/28 来源：《基层建设》2020年第17期作者：肖磊

[导读] 摘要：在高层建筑中，结构设计和结构选型是最主要的方式，能够充分体现出建筑的外形特征，还能够最大程度的发挥建筑各项功能。

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        摘要：在高层建筑中，结构设计和结构选型是最主要的方式，能够充分体现出建筑的外形特征，还能够最大程度的发挥建筑各项功能。本文从高层建筑结构特点进行介绍，分析影响建筑结构选型的主要因素，并提出相关措施。
        关键词：高层建筑；结构设计；结构选型；方法
        引言
        现阶段，国民经济的高效增长，建筑行业获得了有效发展，高层建筑在城市建筑类型占比明显增加。所以，在结构选型和结构设计时，需要谨慎选择，相关技术人员采用科学合理的方式，制定行之有效的措施，进而保障高层建筑的质量安全和结构稳定。
        1、高层建筑结构设计特点
        区别于层数较少的建筑，高层建筑整体结构承受的水平载荷相对较大，对于水平载荷水平的控制直接决定了高层建筑的整体稳定性。高层建筑水平载荷与建筑承受的倾覆力矩以及偏心轴向力存在着紧密的联系，应严格控制水平载荷，防止出现因水平载荷过大引起的连锁性稳定问题。随着高层建筑整体高度的不断增加，其结构体量与向基础结构传递的载荷也在不断提升。而在高层建筑整体自重水平超过地基承载能力的情况下，高层建筑将出现下沉、倾覆或抗震性能不足等系列问题，这种问题在软土地基等不良地质条件下更为突出。因此，设计人员应结合工程地质实际条件，通过结构的优化设计降低高层建筑自重，使其不超出基础结构的极限承载能力，确保高层建筑整体的稳定性。
        2、高层建筑结构选型的重要性
        高层建筑结构选型是高层建筑发展的基础。现代城市建设要求通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，高层建筑的功能趋于综合化、多样化，这就要求高层建筑的室内空间设计和立面设计趋于多样化、多功能化，高层建筑必须注意结构选型。其次，建筑高度越来越高，越来越受到社会各界的关注，建筑结构选型优化，可以实现预期的投资成本。当然，一些新的理论和信息需要在高层建筑中表达出来，高层建筑的结构选型受各种人为因素的影响。
        3、高层建筑结构选型的影响因素
        3.1建筑的使用功能
        高层建筑结构选型的具体内容包括选择合理的承载结构、基础建筑结构等，其中承载结构有剪力墙和框架等形式。这种方式一般都在结构设计初期，为了选择更为合理的建筑形式，需要对结构设计的适用范围和结构荷载能力等进行详细了解。高层建筑的主要表现形式可以分为几种，酒店、住宅以及办公楼等建筑设施。一般情况下，某些建筑设施存在特殊性，为了满足用户的使用需求，需要在不同类型的高层建筑上采取不同的结构设计形式，相比底层建筑结构形式，二者在立面和平面的设置上存在差异。所以，需要提高对设计人员的要求，尽可能的满足建筑使用需求，在实际的结构选型中，会出现许多不确定因素和变化因素。比如高层住宅，由于其使用空间较小，分隔墙体较多，且各层的平面布置基本相同，因此这种功能的建筑就比较适合采用剪力墙或框架剪力墙结构。通过实际分析，考虑到对建筑使用功能的影响，需要选出相适用的不同类型建筑结构，以供后续工程建设参考。
        3.2结构的经济因素
        在进行建筑结构选型过程中，经常以经济指标作为主导因素，而且还要考虑设计方案的可行性。高层建筑在施工过程中，具有投入成本、项目涵盖范围广以及建筑规模大的特点。判断高层建筑项目能否满足预期的设计要求的衡量标准就是经济指标，施工单位的技术人员在制定施工方案时，要确保建筑结构的安全性，并且要不断的优化建筑结构配置，进而实现效益的最大化。

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设计师的理念对建筑工程的结构设计有直接的影响，要使设计师树立起对造价成本进行控制与核算的理念，在对方案进行设计前，要对结构设计的概念进行充分的了解，对各种影响建筑成本的因素进行改进，设计出不同的方案设计，以便进行比较，不断进行总结，进而找出最经济的方案。在项目施工前期，开展综合性经济分析对项目工作有着重要的参考价值，利用综合分析能够对一些特定工程的整体运转情况间分析，制定经济性的施工方案。比如，一部分高层建筑的经济性结构，通常在单位面积内控住用钢量来实现经济性标准，控制混凝土用量为辅助，还要充分考虑资源使用率和施工成本。此外，考虑到绿色建筑，设计时要注重资源节约，最后把控施工工期，尽早实现资金回笼，最大程度实现社会效益和经济效益。
        3.3建筑结构受力准确性
        建筑结构的设计主要是靠设计人员完成，是对设计人员的知识和技能进行展示的最佳途径，能够体现出设计师的理念和思想，结构概念的设计包括对建筑的施工过程、抗震性能、安全性能、力学效果等进行设计，设计师把这些构想充分的融入到建筑的结构中，对建筑的整体布局进行构思，设计结构的模型，这样就可以确保整个设计的科学、合理，并对设计中出现的问题及时进行改进。在高层建筑结构设计时，设计人员应该结合实际情况，考虑项目的整体性能，不同类型建筑结构，具备的承载能力也不同。而且，在设计过程中，还要重点关注建筑结构的延性，比如强剪弯和强柱弱梁等。对于较为常见的剪力墙结构，在施工时，尽可能的将相邻的两侧墙体对齐和拉通，通过这样可以加强结构的抗侧移能力。如果高层建筑内设有洞口或者窗户等，要尽量保证上下对齐一致，各架构界限分明，明确整体结构受力结构。高层建筑结构抗风抗震矛盾是比较常见的问题，在处理过程需要了解各个结构的刚性需求，选择合理的结构体系，布置合适的受力构件，保障结构的延性，在符合设计要求同时，合理控制结构屈服的应力重分布，从而获取更为明确的传力体系。
        3.4施工技术水平
        施工技术水平对建筑的性能有着重要影响，具体表现在三方面。其一，如果施工技术处在行业前沿，在设计时不需要考虑技术限制问题，直接采取最先进的设计方式，在一定程度上拓宽了设计人员的思路。其二，项目工程建设是一个动态过程，需要考虑施工现场的实际情况，采取合理有效的施工措施，做到因地制宜，帮助建设单位降低施工成本，节省用地资源，不但能够提高工程建设效率，还可以提高建筑的经济性。适当的放宽经济政策，能够使结构选型具有更强的弹性。
        4、高层建筑结构选型设计方法
        高层建筑的上层结构采用何种形式、地上的建筑高度、建筑物的墙体厚度等在很大程度上决定了房屋建筑结构基础的类型、埋深和截面积等因素。因此，在设计时必须充分考虑这些因素，借助所学的专业知识，利用经验对建筑工程的结构方案和计划进行轮廓构思和设计，然后制定出相关的设计目标，借助相关的手段对结构的设计进行实现。在对房屋建筑进行结构选型设计时，应采取一系列的措施，对房屋建筑进行实地勘察，充分了解房屋建筑的地理位置、当地的气候特点、周围建筑等，并在此基础上，调查当地的施工资料、地质检测材料、地震状况等。全面了解房屋建筑的基础情况，设计出最合适的建筑方案，争取将各种因素对房屋建筑的综合影响降到最低。设计人员在进行房屋建筑的结构设计时，应该对设计的工程进行仔细的考虑，从房屋的整体入手，对房屋的构架有个清晰的认识，做好和业主的沟通，保障房屋的结构符合各方面的要求。并做好相关的准备工作，可以利用计算机技术在网络上进行周密的计算，利用人工智能、专家系统和模糊逻辑、智能设计等领域的思想和方法。对每一个工程的数据有着严格的要求，保障设计图纸的规范性和准确性。
        结语
        总之，结构选型在高层建筑行业发展中是十分复杂的一项，拥有很强的综合性，而且包含着大量的不确定性。对于高层建筑，结构选型和结构设计对建筑的稳定性和质量安全有着重要影响。所以，建筑单位必须加大重视程度，结合实际的施工情况，考虑建筑的具体使用功能、选择更符合使用需求的设计方案，在结构选型中应该研究和建立许多的智能型的优化方法，为高层建筑结构选型提供更多的便利，从而保障高层建筑的结构安全性。
        参考文献：
        [1]刘蒙.超高层建筑钢结构设计及计算分析[J].建筑技术开发，2018（11）
        [2]付海雄.高层建筑结构设计问题与应对政策探讨[J].建筑与装饰，2018（15）