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摘要:高层住宅建筑结构设计优化，对于高层建筑施工质量以及工程安全有非常重要的作用，一定程度上也关系到工程施工效益。本文笔者针对高层住宅建筑结构设计进行了分析，主要阐述了高层建筑住宅设计过程中的主要问题，也提出了高层住宅建筑结构设计的优化要点，并以具体工程为例阐述了高层住宅建筑结构设计优化实施。
关键字:高层建筑；住宅建筑；结构优化
高层建筑是现代化建筑发展的新形式，也是现代住宅建筑结构设计的主流形式。在当前高层住宅建筑工程中，根据设计要求以及住宅功能要求进行结构设计非常关键，直接影响到高层建筑住宅的设计质量，并且实际的结构设计中还存在有一定的设计问题，影响到高层建筑设计效果。所以当前高层住宅建筑结构设计中，对设计进行合理的优化非常关键。
1.高层住宅建筑简要阐述
高层住宅建筑是现代住宅建筑的一种常见形式，在建筑工程领域中以楼层高度来区分高层建筑以及普通建筑、一般工程设计将住宅建筑主体高度达到十层或十层以上的建筑物称作为高层住宅建筑工程。高层住宅建筑形式是当前建筑行业发展的新形势，其与其他建筑住宅结构相比具有一定的优势。一方面，由于建筑楼层高，其可以实现更多的住户入住，与传统的建筑相比在很大程度上节约了土地资源，对于当前我国土地资源紧张问题解决有非常重要的帮助。另外一方面，高层建筑设计中增加了更多的功能区域，对于住宅建筑功能优化也有非常重要的作用。
2.高层住宅建筑结构设计中的常见问题分析
高层住宅建筑结构设计是当前我国建筑设计的一种新形式，我国发展高层住宅建筑相对比较晚，结构设计经验以及技术比较落后，所以在实际的高层住宅建筑结构设计中还存在一定的问题，具体包括以下几点内容；
首先，在当前高层住宅建筑结构设计过程中还存在有建筑高度设计问题。高层建筑设计也有一定的高度标准，也有超高界限，以防止高层建筑高度与下部基础工程不合理，造成工程安全威胁问题[1]。而在实际的住宅建筑结构设计过程，部分设计单位缺乏对工程标准的良好确认，实际建筑结构设计超过标准高度，直接影响到高层住宅建筑的整体抗震性能，造成较大的工程安全威胁。
其次，在当前高层住宅建筑结构设计过程中还存在有主体结构设计不合理问题，也算是主体选型不合理问题。在当前，高层住宅建筑设计中包括有塔式、板式和墙式等三种不同的结构形式，不同的结构形式适应不同的功能需求。实际的设计过程中，部分设计单位缺乏对高层建筑主体结构设计经验，导致主体结构选型不合理，影响到后期工程施工以及建筑投入使用。
第三，在当前高层建筑设计过程中，还存在有设计技术落后问题，高层建筑主体结构设计相对比较复杂，传统的建筑结构设计技术无法满足现代化的建筑设计需求，技术落后问题也直接影响到高层住宅建筑主体结构设计[2]。
3.高层住宅建筑结构设计优化要点
高层住宅建筑结构设计优化是对高层建筑主体结构设计节点进行问题解决，以及各项设计要点优化，从而保证高层住宅建筑设计更加合理，而在实际的高层建筑设计优化中可以从以下几点内容总结；
首先，高层住宅建筑结构设计优化中，针对高层建筑设计需求、现场设计情况、高层建筑主体安全性要求等因素，对高层建筑主体结构设计进行优化选型。如，在普通高层建筑设计过程中，可以选择塔式高层建筑结构作为设计主体结构，保证主体结构设计合理性，能最大程度上优化结构设计[3]。
其次，高层住宅建筑结构设计优化中，应该对高层建筑抗震性能进行优化，也是对高层住宅建筑结构使用安全性进行优化，建筑抗震性能是指建筑物预防抵抗地震的自身能力。对于高层建筑而言，地震等地质灾害对建筑物内居民的安全威胁更大，尤其是高层以及顶层居民，危险系数逐渐增大。所以，在高层住宅建筑结构优化设计过程中，应该对建筑抗震性能进行优化，其中包括对高层建筑高度进行优化设计，根据建筑工程施工设计要点进行高度设计，保证高度设计更加合理，提升建筑物整体抗震性能[4]。另外，在高层建筑抗震性能设计中，也应该注重对抗震防线进行设计，完成框架整体防震设计、填充墙整体防震设计等内容，提升高层建筑主体结构设计效果。
第三，在高层住宅建筑结构设计过程中，应该应用更多的新式设计技术，通过设计技术应用，保证高层建筑主体结构设计更加优化。如，在当前高层建筑设计中应用有BIM技术，可以实现对整体建筑结构的优化设计，保证建筑设计更加合理，最大程度上提升设计效果[5]。
4.高层住宅建筑结构设计案例分析
4.1工程案例简要分析
本文以本地S高层住宅建筑工程为例，建筑总层数为24层框剪结构，主体地面23层、地下室负一层，设计应用建筑主体高度达到87.5m。地下一层建筑设计中设计地下车库，以保证居民用车安全。以下是对S高层住宅建筑工程设计优化分析；
42设计参数优化分析
S高层建筑结构设计过程中，最初工程团队缺乏高层建筑设计经验，实际工程设计方案不够合理，招标单位为了尽快完成工期，更换了建筑设计团队，以下是优化后高层建筑结构参数设计：1.高层建筑主体结构设计过程中，包括对抗震性能进行优化设计，设计抗震设防烈度为7度、地震分组为三组、主体框架和抗震墙等级设计2级、基本地震加速度设计0.10g、结构阻尼比为5%、罕遇地震影响系数0.5、多遇地震影响系数为0.08。2.高层建筑主体结构优化设计中，针对建筑主体结构参数进行设计，其中包括建筑结构安全等级三级、建筑使用年限50年、基础设计等级乙级、砌体施工质量控制等级B级、基本风压0.7KN/㎡。3. 高层建筑主体结构设计过程中针对建筑施工地域进行了分析研究，施工场地考察场地类别为三类、施工特征周期为0.6秒。4.优化设计过程中针对各结构混凝土等级进行设计，其中三层板混凝土等级为C30、三层楼板高度以上混凝土等级设计为C25、三层楼以下梁结构、柱体结构以及墙体结构的混凝土等级设计为C40等级、以上等级设计为C30等级，施工中设计主体结构钢筋材料使用HRB400钢筋、箍筋材料选择设计HPB335材料。通过合理的结构参数以及抗震性能优化设计，保证S建筑工程施工更加合理。
4.3结构平面布置优化
在S高层住宅建筑结构施工过程中，对结构平面进行了优化布置，最初高层住宅建筑结构平面布置优化过程中其第1层质心X轴设计25.2m、Y轴设计12.61m。建筑第2-23层质心X轴设计22.1m、Y轴设计9.8m。其X轴刚重比为3.01而Y轴刚重比为2.82。虽然符合设计标准，但是一定程度上增加了混凝土施工用量。据相关计算显示，S高层住宅建筑结构原始方案设计中其混凝土施工总用量达到13285m³、钢材总用量达到210157kg、通过结构平面优化设计，有效地解决了初始方案材料应用较多的问题。在具体的设计中，通过整体设计优化，对建筑结构平面布置进行了调整优化。其优化设计包括两个方案，以下表1和表2分别为结构优化设计方案对比。通过对表1和表2施工方案进行优化分析发现，在使用方案一进行高层建筑优化设计过程中，其混凝土总用量达到13196 m³、而钢材总用量设计达到1832462kg、与初始方案相比，其混凝土施工总用量以及钢材施工总量均有所减少，实现了工程成本优化。而通过表2工程参数试验计算发现，在优化方案二实施中，其混凝土总用量达到13152 m³、钢材施工总量为1532113 kg、通过实际计算对比发现，在本工程施工中选择应用方案二平面结构设计能够实现工程材料用量减少，同时也能够保证成本最低。在实际设计过程中，S工程设计单位，针对成本进行了计算对比，其中地区内施工混凝土300元/m³、5000元/t，经过计算发现方案一材料总费用1448万元、方案二材料总成本1312万元，其在材料应用方面可以实现20%的材料成本节约，对于S工程而言有经济有积极的影响。
表1 S工程优化设计方案一
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表2 S工程优化设计方案二
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4.4结构设计分析
在高层建筑结构设计过程中，要完成对整体结构有效设计，保证结构设计更有效果，也能够在最大程度上提升设计效果。本工程设计完成后，采用有限元分析方法对相关参数设计指标进行了合理的检验，其中包括地震基地剪力参数设计对比、等效弹性参数设计对比、材料参数设计对比、风荷载参数设计、阻尼比参数设计对比、周期折减系数对比等。在具体参数对比过程中，发现本工程结构设计符合实际建设要求。
5.结语
本文以S工程为例，阐述了高层建筑设计过程中的参数设计优化以及主体结构设计优化，希望能够对高层住宅建筑结构设计优化有所帮助。
参考文献
[1]章志勇. 高层建筑结构设计优化方法及作用的研究[J]. 建材发展导向, 2018, 016(011):74-74
[2]朱兴福. 高层建筑结构设计优化措施分析[J]. 门窗, 2019, No.167(11):122-122.
[3]夏超,王珍. 探讨高层住宅建筑结构设计的问题分析[J]. 华东科技(综合), 2019(5):0133-0133.
[4]李茜,程洁. 高层住宅建筑结构优化设计研究[J]. 绿色环保建材, 2019, 146(04):79-79.
[5]周益宇. 高层建筑混凝土结构方案设计与优化[J]. 城市建设理论研究(电子版), 2019, No.314(32):42-42.