彭泽靖 晏鹏程
中联西北工程设计研究院有限公司 陕西西安 710000
摘要：当前我国城市化发展进程越来越快，通过建设高层建筑有利于提升土地资源利用率，同时还能对建设形式起到优化作用，在正式开展高层建筑施工作业前，需要对整个建筑进行结构设计，从多个角度分析当前该建筑的受力形式，以此为基础保证建筑在未来使用中的载体稳定性，保证建筑的使用安全性。基于此，本篇文章对高层建筑结构选型设计及建筑结构优化设计策略进行研究，以供参考。
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
伴随着我国经济的高速发展及城市化进程的不断加快，现阶段，国内的建筑领域正在朝着高、大的趋势迅速转变。高层建筑物和常规的低层建筑物相比较来讲，其主体结构更加复杂，设计过程中需要考虑的因素也更多，不但需要考虑相关建筑物总体比例之间的联系，用来保证建筑物具有足够的稳定性，同时还必须着重关注地基的沉降效应、风力对于建筑主体结构的影响，环境温度骤变以及地震等等外界环境因素对于建筑物主体结构稳定性的各种影响。高层建筑物主体结构设计方案的科学性与合理性，对于高层建筑物的施工作业的过程有直接影响，并且还可能对后期的日常保养带来诸多不便。因此，高层建筑结构的主体设计工作的难度相比普通建筑物来讲更大，在其主体结构的设计过程中的一些难点，如果不能妥善处理，可能会严重影响高层建筑物结构设计的最终品质。
1影响高层建筑结构选型的因素
除建筑本身的需求对其结构选型有一定影响之外，还有以下几方面影响因素：其一，高层建筑所处区域的环境条件，主要有场地条件、基本风压等；其二，建筑设计方案特征，主要有建筑高度、建筑形状，建筑的高宽和长宽比例，其中建筑形状可分为平面和三维两种，对于平面形状，主要是由其规则性、对称性、质量以及刚度偏心等要素共同组合而成；对于三维形状，主要是由结构高宽比、立面内收形状、塔楼以及层间刚度等要素共同组合而成；其三，从建筑的使用功能角度来讲，以此进行划分可将高层建筑分为居住、办公、宾馆以及综合楼等几种类型，在高层住宅建筑中，因其具有使用空间相对比较小，分隔性质的墙体数量多，与此同时各楼层之间在平面布置上大体上相同的，因此对于这部分的建筑适用于剪力墙结构或者框架-剪力墙结构；其四，高层建筑具有施工量大，投资多的特征，如果缩短结构施工周期，能够促使建筑物快速投入实际应用中，以此获取到经营效益；其五，在建筑结构抗灾以及维护方面，在概念阶段做好结构设计具有非常重要的意义，这个阶段设计成果对整个工程经济效益而言具有直接性影响。
2高层建筑主体结构设计过程中的常见问题
高层建筑主体结构扭转问题。建筑工程设计过程中的“三心”分别指的是：刚度中心、几何形心及结构重心，只有满足“三心合一”的状态才能确保建筑物主体结构安全稳定。然而在实际施工作业过程中受到现场地基状态及建筑物主要功能规定等条件的制约，许多高层建筑物外形多数呈现不规则形状，建筑工程设计过程中没能实现“三心合一”的状态，导致建筑物主体结构产生扭转的情况，甚至出现结构损坏。
3高层建筑结构选型设计及建筑结构优化设计策略
3.1合理安排建筑物的布局
工程设计人员在进行高层建筑物主体结构设计的过程中需要依照地基具体情况及建筑物的主要功能需求等等条件科学设计高层建筑物的外型，最大限度地使用相对来讲比较规则的几何形状，比如圆形或者矩形等等，科学布置建筑物平面布局，尽量确保高层建筑物重量处于均衡分布的状态。在高层建筑主体中设计抵抗侧向应力的构件，防止建筑主体结构发生扭转的情况。例如在高层建筑物内部的凹角部位避免设计楼梯间及电梯间，保持建筑物主体结构内部的刚度载荷分布处在相对均匀的状态，防止高层建筑发生扭转的状况。
3.2基于建筑功能的结构优化
在进行高层建筑结构优化中，根据当前工程项目的建设意图以及建设方要求进行细节部分的建筑功能和结构布置优化，首先对延性设计环节给予一定重视，以此来将当前建筑结构的延性参数、指标等体现出来，基于延性冗余来进一步强化该建筑的结构稳定性和功能；其次还要重视对高层建筑结构整体水平力，这部分也是结构功能优化的关键所在，将原本单一方向的荷载分解为高层建筑结构整体的受力，这样做的目的在于保证整个建筑结构水平方向的连续性。通过以上措施，来进一步强化整个建筑结构的安全性和稳定性，以此更好地促使建筑适应其在未来使用中产生的各种影响。
3.3高层建筑钢结构的施工要求
高层建筑钢结构施工过程较为复杂，容易受到多种因素的影响而降低应用效果，所以应从设备、材料的选用开始，直至整个施工过程都应加强对该技术的管理，消除各种不稳定因素对施工的影响，从而降低质量隐患和安全隐患的发生概率。在实际施工时，施工单位应按以下施工要求开展作业，第一，钢结构施工过程采用的焊接材料与焊接工艺非常多，不同的工序选用的材料和工艺各不相同，为保障施工效果，焊接操作结束后，应由专业技术人员对焊接施工质量进行全面的检测，这是确保钢结构承载力和安全稳定的重要举措。第二，钢结构构件安装时应严格遵循相关标准规范的开展，构件安装完成应对构件连接处和焊缝处进行加强处理，确保结构连接的稳定性。第三采用合适的材料做好钢结构的防腐与耐火处理，提升钢结构的耐腐、耐火性能。
3.4混凝土工程施工要点
混凝土工程与钢筋工程是同步进行的。高层建筑主体结构主要是由钢筋混凝土结合而成，其使主体结构具备了承载高荷载的能力。在混凝土施工过程中，首先应选用符合工程设计要求的混凝土材料，并对其进行测试，确保其物理、化学性能符合工程需求。其次，按照一定的配比，对混凝土进行预制、搅拌，同时保证配比的科学性，确保混凝土凝结后，状态稳定且具有较高的强度。最后，将预制的混凝土浇筑至放置好的钢筋的模板中。浇筑过程中应严格控制浇筑高度，同时检测混凝土的塌落度，浇筑完成后，需要对混凝土进行振捣，确保新浇筑混凝土与上一层结合良好，实现结构的整体性。振捣时，需要保持振捣器的匀速，避免过快或过慢，同时还要避免振捣器与模板、钢筋构件等发生碰撞，导致混凝土出现离析、沉淀等现象，影响混凝土质量。此外，浇筑过程中，还需要严格控制浇筑温度，夏季可搭设遮阳棚，或在午后温度不高时施工，最大程度降低温度裂缝发生几率，提升混凝土浇筑质量。混凝土浇筑、振捣完成后，需要对混凝土结构进行养护，确保其状态的稳定性。夏季时，需要对混凝土结构进行洒水养护，同时表面覆盖塑料薄膜，避免表面水分蒸发过快，引发干缩裂缝;冬季时，要在混凝土上覆盖羊毛毡进行保温，避免混凝土凝结过程中内外温差过大，出现温度裂缝，影响主体结构稳定性。
结束语
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。
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