董立锋
北京森磊源建筑规划设计有限公司，北京 101100
摘要：目前，我国的高层建筑的发展迅速，房屋建筑结构设计包括多项内容，设计人员在进行设计过程中，不仅要考虑结构安全性与功能性，同时还要对结构美观性等内容展开分析。当结构设计质量和细节要求得到满足时，优化技术运用就会主要集中在经济性方面，会通过科学设计，做好成本控制，以求为工程参建各方争取到更大的经济收益。为做好优化技术运用，保证结构设计经济性，首先应对结构设计经济性相关内容展开分析。
关键词：高层建筑结构选型设计；建筑结构；优化设计策略
引言
现阶段，我国社会经济发展迅速，与此同时也加快推动了建筑领域的发展，在这样的发展背景下，高层建筑规模、成本投资等方面也因此扩大化发展，在建筑结构设计中，结构选型作为其中比较重要的一部分设计内容，其对建筑使用功能、成本造价、效益等方面都会产生一定的影响，因此需要加大对高层建筑结构选型以及优化设计的重视，就此本文首先对高层建筑结构选型设计进行探讨，然后提出建筑结构优化设计策略，以此为结构设计人士提供有价值的参考依据。
1高层建筑结构类型
确保高层建筑结构设计的安全、可靠、使用性和经济性，取决于高层建筑结构类型的选择是否合理，当前高层建筑中应用比较普遍的结构类型主要有以下几种。（1）框架结构：由梁、柱、楼板等构件组合，梁与柱刚性连接而成骨架的结构，结合建筑的使用功能来布置平面框架，其具有自重轻、整体性好、造价成本低、轴网布置灵活、空间利用率高、施工方便等优点。框架结构的弱点：抗侧移刚度小、地震作用下的水平位移大、节点应力集中现象较明显、对地基不均匀沉降较敏感、房屋高度有局限性等。根据框架结构抗震分析结果，随着高度的增加，底层柱子轴力、水平荷载产生的弯矩和侧移明显增加，而导致柱子截面面积和配筋过大，影响空间使用性和经济性，现实中框架结构在地震作用下出现非结构性损坏的案例较多，故宜采用于10层或以下房屋建筑如住宅、学校、办公楼等房屋宜采用钢筋混凝土框架结构，抗震设防烈度8度、设计基本地震加速度≥0.30g、且层数大于5层的房屋不宜选用钢筋混凝土框架结构；大跨度公共建筑、多层工业厂房和特殊建筑物如商场、体育馆、火车站、剧场、展览厅、飞机库、停车场等建筑宜采用钢框架结构。（2）框架-剪力墙结构：是框架结构和剪力墙结构两种体系的结合，在框架结构中设置适当剪力墙的结构。在整个结构体系中，剪力墙承担大部分的水平荷载，而框架主要负担竖向荷载，两者在建筑结构设计上分工明确。框架剪力墙结构一般用于建筑层高在35层以下建筑，如果布置合理，可以设置更高。其中剪力墙布置位置一般在电梯室，借助核心筒来起到对水平荷载的承受力作用，具有抗震性能良好，整体结构比较稳定的优势，相比较于框架结构，其在水平荷载力以及侧向刚度都有一定的提升，在布置上比剪力墙结构更为灵活，比较适用于10层~20之间的办公楼、教学楼等。但其中也有一定的缺陷，主要体现在该结构比较容易受到平面布置带来的约束性影响，从而使得质心和钢心两者不能重合，导致结构扭转过大，严重情况下会产生安全隐患；对于剪力墙数量应以满足位移限制值为标准，应在3道以上，将其以筒体对称的形式进行布置。（3）剪力墙结构：是借助建筑墙体来起到竖向承重和抗侧力结构的作用，其优点是竖向承载、水平承载力比较强，能够从整体上提升其刚性和稳定性，侧向变形相对比较小，比较适用于住宅、宾馆等类型的建筑，结构高度一般为几十米到一百米之间，对于缺点，主要有结构自重比较大，对建筑的平面布置存在约束性，无法获取比较大的建筑空间，对于间距一般为3m~8m之间，通过在剪力墙上开洞口，如果洞口越大也就与框架越接近，这主要在于剪力墙布置方面以及对自身重量的控制作用。
2高层建筑抗震设计中存在的问题
2.1轴压比和短柱对抗震性能的影响
在高层钢筋混凝土结构中控制柱的轴压比主要是防止柱受拉钢筋未达到屈服强度，但受压区混凝土先被压碎，使柱塑性变形能力差，结构延性和耗能能力受到影响。高层建筑中框架柱承担的竖向荷载较大，为满足规范要求的轴压比，一般柱截面尺寸较大，剪跨比一般小于2，为短柱，底部几层更可能为超短柱。为确保地震作用下结构的安全，应对框架柱采取加强措施，可采用全高箍筋加密，采用螺旋箍筋或者中间设置型钢等加强措施。
2.2结构高度对抗震性能的影响
结构高度为室外地面至主要屋面构件的高度，结构承受的倾覆弯矩随结构高度的增加而增加。建筑物高度越高，结构的稳定性就越差，相应的结构刚度就需要更大，剪力墙等承受的水平力构件就需要布置越多，结构经济性会变得较差。当建筑结构的高度超过相关规范允许值时，应采取比规范更严格的抗震措施进行抗震超限专项设计，并通过专家的论证后方可实施。
3优化技术在房屋建筑结构设计中的运用
3.1注重数字技术运用
建筑物结构布置方式选择项目相对较多，同一建筑工程，一般拥有多种结构布置方案和结构分析方法。由于结构分析方式和建筑物设计有着密切关联，所以需要做好分析方式选择，以便找到最佳的设计方案。目前较为理想且应用效率较高的分析方式，主要以数据技术为主，BIM等新进技术的运用，使得建筑分析变得更加直观、高效。
3.2注重防震安全设计
高水平延性分支体系是建筑抗震结构系统核心内容，设计人员需要通过提升建筑内部构件延性水平的方式，保证整体建筑抗震性能。例如，可通过将延性框架和剪力墙有机结合在一起的方式，完成框剪结构设计，增加建筑物安全性能。此外，通过保证刚度均匀以及对称布置方式的设计手段，也可达到提升建筑物抗震性能的目标，可以有效降低地震灾害对于建筑物的影响。通过对地震灾害的分析可以发现，特大地震发生时，通常会伴有多次余震，设计人员可按照这一特点，在结构中设置防震线，以求达到有效降低地震灾害损耗的目标。在具体设计时，可将次要构件放在地震先破坏位置处，进而通过损耗次要构件的方式，消耗地震能量，做好对重要构件的保护。设计人员需要尽量提高防震冗余度要求水平，通过构建屈服分布状态的方式，实现对地震能量的最大限度消耗，对建筑物形成保护。
3.3注重钢结构设计
在使用优化技术进行结构设计的过程中，需要重点加大对钢结构部分设计的关注力度。设计人员不仅要对客户实际需求以及房屋建筑标准等信息展开详细分析，做好建筑用料以及设备选择，同时还要对钢结构材料优缺点展开全面分析，选出最为适合的材料与规格，保证最终钢结构部分施工质量。为保证结构施工质量，设计人员一方面需要确定施工注意事项与重点工艺施工的具体流程，找到可以优化的环节，对其展开调整；另一方面要在完成方案制定后，和多方人员进行探讨，预估出在施工中可能会出现的各种问题，并要依照问题制定出配套的解决方案，确保在问题发生时可以及时做出应对，将相关问题所引发的损失控制在最小，进而达到理想化钢结构施工效果。
结语
综上所述，建设高层建筑能够进一步提升对有限土地资源的利用率，通过对其进行合理的结构选型和优化，能够促使整个建筑在空间的布置上也会更为科学合理，在实际结构选型设计中，根据当前工程实际，从荷载、环境等多方面来选择合适的建筑结构体系，确保最终结构符合建筑工程提出的各项要求，从根本上起到对建筑结构质量的保障作用。
参考文献
[1]翁泽松,焦柯.高层住宅结构剪力墙优化设计探讨[J].广东土木与建筑,2020(6):5+10.