广西汉和建筑规划设计有限公司 广西南宁 530000
摘要：目前，由于我国城市化进程加快，土地面积日趋紧张，因而高层建筑群不断增多。基于此，本文重点探讨了高层建筑的结构设计与成本优化。
关键词：高层建筑；结构设计；成本优化
前 言：根据我国有关规定，层数10层以上或高度28m以上的建筑为高层建筑。随着经济的发展，高层建筑逐渐成为大势所趋。为了更好地适应日益复杂多样的高层建筑，研究其结构设计及成本优化具有重要意义。
1 高层建筑结构特点及类型
1.1 特点
1)荷载。因高层建筑较高，需同时承受竖向、水平荷载。其中，竖向荷载由建筑物本身产生，一般建筑物也存在竖向荷载，而高层建筑的竖向荷载一般比普通建筑大得多；水平荷载主要由地震和风力引起，由于高层建筑竖向高度高，在地震及风力作用下承受的水平荷载较大。
2)位移特点。在高层建筑结构设计中，水平位移是建筑刚度保证的核心。随着建筑高度的逐渐增加，高层建筑在水平荷载作用下的位移将迅速增长。大位移会影响人们的生活舒适性，也会损坏建筑物的主体结构、非结构构件。因此，在高层建筑结构设计中，应将位移控制在合理范围内，以保证建筑的舒适性和使用质量。
3）类型。钢结构具有强度高、延性强、加工方便等特点。高层建筑钢结构具有截面短、自量轻、抗震性好、工期短、施工方便等特点。但随着高层建筑用钢量的增加，工程造价也随之增加。在发达国家，大多数高层建筑用钢结构设计。随着建筑高度的增加，我国也出现了钢结构高层建筑。因钢筋混凝土及钢结构各有所长，因而采用钢与钢筋混凝土组合结构更为合理，这种结构使两种材料相互取长补短，达到经济合理及技术性能优良的效果。
2 高层建筑结构设计的重要性
高层建筑施工应严格按设计方案进行，因而高层建筑的结构设计是后续施工的有力保障，对整个工程的实施起着重要作用。好的高层建筑结构设计方案能大幅提高其风荷载及抗震能力，并能保证高层建筑的安全及防火，所以整个高层建筑与结构设计密切相关。总之，结构设计对整个高层建筑结构的质量及安全均有着重要影响，因此必须采取有效措施解决高层建筑的设计问题。
3 高层建筑结构设计中存在的问题
（1）扭转问题。质量、刚度、几何中心是高层建筑结构设计的“三心”，也是高层建筑结构设计中必须考虑的建设目标。然而，在实际施工中，高层建筑设计存在三心偏离的问题。在三心偏离状况下，高层建筑一旦受到不适当的水平力作用，就会产生扭曲振动，从而影响高层建筑的施工安全。
（2）超高问题。它也是高层建筑结构设计中的一个重要问题，超高问题是指许多高层建筑施工单位无视相关法规及标准，过度增加高层建筑高度的现象，增加高层建筑高度能提高其经济效益，但从另一方面看，这一问题对高层建筑结构的影响极其不利，特别是对高层建筑的稳定性及抗震能力产生较大干扰，一旦遇到地震等自然灾害，极易造成一定的危害，导致高层建筑结构的断裂或倒塌等，最终危及人身及财产安全。
（3）抗震设计。在高层建筑结构设计中，抗震设计是一项重要内容，也是极易出现问题的一个环节。其原因是在高层建筑结构设计中，设计人员对工程地质环境和场地条件等未进行全面的分析及判断，认为地震发生的概率较低，此项工作的重要性往往被忽视，从而给建筑安全埋下了相应的隐患。
4 高层建筑结构设计策略
（1）扭转问题措施。为避免建筑在风荷载和地震作用下的扭转破坏，结构设计的关键是选择合理的平面布置及结构形式，尽量实现建筑的三心合一。
在大多数情况下，因场地限制和城市规划对街道景观的要求，简单的平面形式不能满足全部高层建筑，当需使用复杂的平面形式时，如十字形、T形、L形等，突出部分的高宽比应有效控制在相关规范允许范围内，而且需在结构平面布置时保证结构的对称性。
（2）控制楼层高度。高层建筑稳定性是决定建筑自身生存的关键性因素之一，而影响高层建筑的因素较复杂。其中，大楼高度对高层建筑的稳定性起着决定性作用，因此高层建筑高度的控制应引起重视。国家应在政策中明确高层建筑高度，严格要求设计人员按有关规定进行高层建筑设计。A级限度实施后，出台B级指标，而且可将高层建筑的相关规定纳入法制轨道，若出现超高建筑，将依法处罚。建立健全高层建筑监督的有关部门及机构，杜绝腐败行为，贯彻落实高层建筑监察工作。
（3）抗震设计措施。抗震设计是建筑结构设计中的重要内容，所以在高层建筑结构设计中，必须考虑地震对高层建筑结构刚度的影响，从而进行高层建筑结构的抗震设计。同时，因高层建筑的高差，必须根据实际情况进行设计。此外，在高层建筑结构抗震设计中，要充分掌握及贯彻抗震设防等有关规定，从而尽可能避免高层建筑抗震设计中的纰漏。从这个意义上说，提高高层建筑的抗震性能，不仅提高了高层建筑的安全性和稳定性，而且促进了我国建筑业的发展。
5 高层建筑结构设计成本优化策略
（1）优选建筑结构类型。一般来说，建筑结构类型有水平、竖向体系。前者为大跨度梁板模式，后者包括框架体系、砌体、剪力墙和异形柱等结构。不同类型的建筑结构可能导致不同的成本造价，这并不意味着最低的成本投入即最合理科学，需根据施工企业的总体建设水平、投资实力、工程类型和工期计划等，全面系统地研究各类构筑物的造价水平。只有通过有效的投资比较和利润效益的平衡控制，以及成本经费的优化调整配置，才能真正确定合理适宜的建筑项目结构设计类型，从而达到成本优化的目的。
（2）根据施工环境，对合理的基础形式进行优化。基础形式的投资占总造价的30%左右，因此，合理、高质量的基础布置将对成本造价产生重要影响。高质量的基础形式能加快施工进度，缩短工期，提高基坑围护管理和施工过程的方便性与及时性。在建筑工程结构设计阶段，若地质环境是承载力大的天然地基，并且采用剪力墙结构体系，基础形式则选墙下条基和小筏板。当需深基坑支护时，在桩型布置阶段，需参考筏板的整体厚度标准和梁截面体积，采用单桩承载力的显著形式。同时，可沿剪力墙底布设方式，以减小直接应力，有效减轻基础荷载的影响。
（3）根据实际情况，优化上部结构，合理控制混凝土规划设计强度标准。建筑结构设计应根据实际情况合理优选上部结构，确定构件截面的总尺寸，合理使用合适的建筑材料，提高工程建设的经济性，优化成本控制。如普通梁板楼盖具有一定的经济效益，在建筑工程中具有广阔的应用前景。该体积结构大，增加了空间占用量，因此，在限高建筑的结构设计中不宜采用上部结构。无梁楼盖具有显著的荷载效应，不受层高影响。因此，该结构可用于高层建筑工程规划设计，但这种结构会增加成本费用。密肋结构能满足大跨度及高粱工程的需要，能有效控制因跨度增大而引起的楼面重量增加造成的成本提升，以获得良好的经济效益。
在建筑工程相关标准允许下，需有效控制混凝土整体规划设计强度，促进成本优化的顺利实现。建筑结构种类繁多，形式多样，应用材料在不断丰富和发展，这对构件截面的整体强度提出更高要求。致使建筑工程结构设计中使用的混凝土强度得到了很大提高，这将导致成本的增加。因此，合理控制混凝土规划设计强度，能有效抑制成本的快速增长。所用混凝土材料的配筋率与强度间的关系应按约定标准衡量。这种现象在住宅工程中更为明显。一般住宅项目，开间面积有限，可根据最低标准布设楼板配筋，从而优化工程成本，实现良好的节约目标。以C30混凝土为例，成本可降低约10%。同时，控制混凝土强度能有效抑制墙体和楼板的裂缝现象，延长建筑工程使用寿命，节约经常管理维护资金，实现成本优化目标。
参考文献：
[1]汤浔.高层建筑结构设计常见问题及解决措施[J].建材与装饰，2016(07).
[2]李智.浅析高层住宅建筑的结构设计与成本优化[J].四川建材，2020(11).
作者简介：韦钟东 身份证号码：4521231992****XXXX 性别：男 籍贯：广西宾阳县 现有职称：助理工程师；主要研究方向：住宅建筑的结构设计及优化