浅谈高层建筑结构设计优化

浅谈高层建筑结构设计优化

马元云

中远雅泰设计有限公司 新疆阿克苏市  邮编843000

摘要：近年来，我国的城市化进程有了很大进展，城市高层建筑越来越多。建筑工程逐渐朝着高层化不断发展，甚至出现了一些高层建筑，但是高层建筑结构设计面临着较为严格的要求，一旦在某个方面存在问题，不仅会造成较大的损失，也将带来较大的安全隐患，不利于高层建筑的长久使用。鉴于此，本文首先分析了高层建筑设计的主要特征和原则，其次探讨了结构方案及结构构件优化，以供参考。

关键词：高层建筑；结构设计；结构优化

引言

高层建筑是建筑技术进步和城市化发展作用下的结果，高层建筑解决了城市繁华区土地用地紧张的局面，能够满足人们生产和工作的多样化需求。近些年超高层建筑越来越多，属于较为普遍的建筑工程项目。此类建筑结构设计十分复杂，对各个环节的精细化程度要求有所提高，因此需要借助BIM的可视化技术应用，提高建筑水平和质量。

1高层建筑设计的主要特征和原则

首先需要保证建筑设计方案的合理性，其次是计算简图的科学性，最后是分析计算的准确性。高层建筑设计的结构体系众多，在同一高层建筑设计中，尽可能的避免多种类型的建筑结构设计体系。结构体系和结构形式的可行性，是需要高层建筑结构设计满足合理性和经济性的需求。因此当前的高层建筑结构设计对于技术人员的专业性有很高的要求，需要建设方和施工方以及设计方进行充分的沟通和论证。计算简图要做到科学合理，其直接关系到高层建筑结构的计算公式及结构构造方式。最后是通过选用合理的建筑设计软件，输入数据和数据的输出都要进行严谨分析，避免出现人为原因的数据错误。

2结构方案及结构构件优化

2.1梁板设计优化

受力钢筋（墙、柱、梁纵筋、板受力钢筋等）应优先采用HRB400钢筋；梁板结构采用C35强度等级以下的混凝土，另外同层梁、板砼强度等级与墙、柱相差不宜大于二级。圈梁、过梁、构造柱：C20（受力钢筋采用HRB400时为C25）。为降低混凝土对梁承载力的影响，在选择混凝土时，梁可选择低强度等级的混凝土；混凝土强度等级与板的承载力之间呈现正相关的关系，但在实际使用过程中，若混凝土的强度等级提高,则板的最小配筋与楼板开裂的概率也会增加，所以板应使用低强度等级的混凝土。在满足设计规范要求及施工方便的前提下，钢筋混凝土楼板钢筋宜布置得细而密。

2.2提高建筑施工的消防设计水平

在超高层建筑施工设计过程中，一定要重点分析消防安全问题，要使消防安全设计能够为整栋建筑提供完善的服务。在此过程中，首先要对一切能够影响超高层建筑安全的因素进行分析，确保超高层建筑的施工设计与国家规定的设计标准相符合，在科学合理的范围内进行设计。其次，要加强对消防安全环节的设计，结合超高层建筑的实际特点，完善各个消防环节，确保超高层建筑能够应对各种危险因素。最后，对超高层建筑中的易燃性施工材料进行分析，评估并考察模拟火灾场景下的安全管理需要，从整体上落实消防安全观念，做好科学的防火控火工作，确保建筑的排烟系统建设都能够包含消防设计环节，促进超高层建筑消防设计的优化。

2.3受力性能问题

在超高层建筑结构设计中，需要充分考虑建筑整体的受力性能，若是建筑结构的受力性能无法达到要求，势必会影响建筑使用的安全，也会带来较大的建筑维修成本。在超高层建筑的受力性能不过关的情况下，环境因素对建筑安全的影响较大，经常出现各种各样的建筑破损问题。因此，设计人员需要对建筑物的受力性能及其向下作用力进行充分考虑，不断优化原本的设计方案，对超高层建筑存在的受力问题进行处理，使建筑质量得到保障。同时，需要准确统计超高层建筑的承重墙及承重柱子，对平面设计图的内容进行分析，确保建筑的承重分布合理，提高建筑自身的安全性。在分析超高层建筑结构的时候，可以采用计算简图完成这一工作，选择空间分析法对建筑整体进行分析，还可以选择不同的力学模型通过软件对其进行复核，使建筑物的受力性能问题得到切实解决。

2.4地下室顶板结构方案比较

地下室顶板结构形式有以下几种：单向单次梁方案，单向板在覆土达到1.0m以上时，板厚需要加厚，板的支座裂缝对配筋起控制，板的钢筋用量总体来说较大，经济性比较差；单向板在覆土小于1.0m时，由于此方案构件数量最少，用钢量和混凝土用量相对较小，经济性较好。单向双次梁方案，楼板跨度约2.7m，处于单向板的经济跨度范围内，随着覆土厚度增加，楼板厚度基本并不需要增加，单向板的主受力边支座弯矩并不大，板的用钢量和混凝土用量较小；梁布置数量适中，次梁截面较小，梁钢筋用量较小，经济性较好。双向单次梁方案，板跨度超过4m，虽然楼板双向导荷但并不经济，随着覆土厚度变大，楼板厚需要增加，板用钢量较大，次梁双向布置使得主梁数量较多，截面积稍大，梁钢筋用量和混凝土用量较大，经济性较差。双向双次梁方案，板跨度约2.7m，处于经济跨度范围内，楼板双向导荷充分发挥井字梁的特点，随着覆土厚度增加，楼板不需要加厚，板厚是所有方案中最小，板用钢量和混凝土用量较小；梁布置数量最多，梁总的用钢量和混凝土用量较大，经济性较差，但由于次梁双向布置使次梁截面较小，可以提高结构的净高。主梁大板方案，板跨度为8.1m，板用钢量和混凝土用量较大，由于无次梁布置使得梁数量最少，梁用钢量较小，此方案在覆土厚度不大时，具有一定的经济优势，且可以提高结构的净高，是如今使用最多的地下室顶板结构形式。

2.5开展虚拟施工

在超高层建筑施工中，存在一系列的影响因素，设计方案往往与实际施工存在差异性，往往会对建筑工程造成显著影响。BIM技术具有可视化特点，基于三维模型明确项目设计、建造以及管理运行，整个过程都被包含在内，从而便于后续的沟通、讨论以及决策等。其次，还可以借助BIM技术模拟施工，及时发现设计方案中存在的问题，确保与施工形成匹配，充分保障超高层建筑质量。虚拟施工需要利用BIM可视化技术来完成，借助计算机对施工环节展开超前预测，结合虚拟现实、参数化设计等重要功能，使施工环境能够更加真实展现，让施工人员能够及时发现潜在的问题。例如借助模拟施工做好碰撞检测，避免后续出现大量返工，同时解决空间内关系冲突，针对性完善施工方案，确保科学合理降低误差现象，避免后期返工造成较大损失。其次，建筑模拟施工有利于完善管道、线路设计，并且基于三维可视化功能，与施工进展形成清晰对比，这样每个建筑项目都能得到掌握，有效降低了建筑质量问题。虚拟施工功能的开发，还能够有效地降低施工设计完善和改进的成本，让目标建筑呈现出最为完美的施工效果。

结语

综上所述，在当今时代，超高层建筑已经成为了城市建筑的必然趋势，在建筑发展过程中受到了社会各界的广泛关注。在超高层建筑设计中，首先要保证建筑安全性能的设计，在此基础上再综合考虑人们的舒适感和审美需求。由此可见，超高层建筑设计必须要始终贯穿以人为本的设计理念，重视结构设计，融入与时俱进的思想，进而满足人们的各种需求，最终推动我国建筑行业的持续发展。

参考文献

［1]丁路通.武汉某250m超高层建筑混凝土结构和混合结构设计方案及造价对比[J].工程建设与设计,2021,(03):12-14.

[2]周垚臣,王汉伟,刘硕,张羽,李响,梁宇.基于超高层建筑复杂结构设计的BIM技术应用[J].工程技术研究,2021,6(01):130-131.

[3]金良.深圳某连体及大悬挑高层建筑的结构设计[J].建筑结构,2020,50(S2):22-30.