高层建筑结构设计及优化方法研究

高层建筑结构设计及优化方法研究

李长湖

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摘要：近年来,我国城市经济综合发展水平正在不断的快速提高,建筑行业随之也有了一些较大的发展。由于当前我国的城镇人口相对众多,而城市的占地面积有限,房屋建筑领域的技术发展已经逐渐转向到高层建筑结构设计。而且对于高层建筑结构设计来说，其中具有比较复杂的结构设计方法，为此给高层建筑结构设计的优化造成了一定的阻碍。

关键词：高层建筑，结构设计，优化方法

引言：

融入概念的设计,不仅既可以完整的体现设计工程师的设计创新理念,也能够将一个工程结构设计师专业的水平高低和实际技术的水平好坏进行科学有效的衡量。随着高层建筑发展的技术不断的深入发展，以及城市建筑环境内部构造的各种复杂性,给现代高层建筑结构优化设计问题带来了更大的难度。

一、高层建筑结构设计及优化方法研究的好处

高层建筑可以为我国带来社会经济效益。首先,由于单位人口趋于集中,可以同时利用在建筑系统内部，建立城市竖向路网和各种横向交通系统，缩短相邻部门建筑之间的必要纵向联系和距离,从而有利于生产效率质量的提高。其次，可以有效的使一些大面积建筑群体空间用地得到大幅度的缩小,避免出现拥挤的现象，减少社会市政公用事业建设、投资支出和有效缩短各类建筑工期。然后，高层建筑应远离地面区，使得高层建筑且有较好的隔音通风性和较高等级的室内空气质量品质。最后,高层建筑规模也是判断一个地方工业发展规模程度好坏的一个关键标志。

二、高层建筑结构设计中存在的问题

1. 高层建筑结构设计不合理

我国高层建筑结构安全设计工程中往往存在几个严重问题:消防主体结构防火设计的不合理,抗震保温结构抗震设计的不合理,抗风压结构设计的不合理。很多现代建筑中所用建筑的可燃材料大都具有可燃性低下的性质,而一些高层建筑在建设过程中采用了较先进的建筑材料。抗震建筑结构系统的研究设计需要许多艰苦且复杂精密的复杂工序,施工管理难度大,成本高,我国现在的整体抗震结构和设计整体水平相对比较偏低,高层建筑中的主体抗震体系结构没有达到十分的完善。抗风结构的设计除了可以起到保护高层墙皮,还有着安全稳定的防护作用。但是长期以来我国建造的很多高层建筑却往往不太重视于抗风结构体系的设计。

2.高层建筑超高问题

超高层建设安全问题，一直以来也是我国重大安全隐患中存在的一个较为严重的隐患问题,一些超高危建筑单位只为了追求建筑安全的利益,而在实际上建筑中直接违反了国家建筑结构相关专业技术制度标准体系和标准规定。过度的建设不仅增加了超高层建筑本身固有的一些危险和高度,而且对超高层建筑结构体系的总体安全性也有一定的影响。高度过高就会大幅度的破坏了现有高层建筑系统原有的空间动态稳定性结构、建筑动态综合抗震和加固体系能力,如果在遇到大地震、海啸袭击、天气或台风突然出现强风,那么就会造成高建筑结构出现断裂或者突然出现倒塌,从而也会对全国人民的生命造成一定的危险，甚至会造成人们出现重大伤亡的后果。

3.对高层建筑设计重视不足

建筑单位的许多领导部门往往对高层建筑设计过程的整体参与程度不够重视,只是将重点注意力放在资金利益方面,甚至有些领导单位不愿继续对高层建筑结构施工设计环节给予较充足的合理资金支持,导致高层建筑在施工中出现材料严重短缺、质量控制低下的问题,从而大大影响了高层建筑施工的建筑整体质量控制和安全性。

三、高层建筑结构设计原则

建筑结构主要采用建筑结构的转换结构来独立完成对上、下层建筑物结构荷载的垂直转换,转换混凝土结构法有着以下几个重要特点:结构层刚度差大、结构重量差别大、受力方式复杂、几何尺度变化超大等。因此,高层建筑上的荷载转换结构设计对于控制建筑工程的抗震安全性、施工总费用、结构造价合理性等参数来说变得尤为重要。

1.建筑合理有机的受力原则

从工程结构总体受力和结构变形能力方面去考虑,结构部分构件也需要能够满足较高强度设计的刚性要求,设计制造人员一般应根据工程软件计算进行分析,选择受力合理的构件,充分利用相对高刚度、抗剪切变形等能力优点的构件。高层建筑由于受力分布合理，极大的提高了整体建筑体系的综合安全性能,大大的降低了建筑因外部因素可能给内部建筑环境造成的有害影响。

2.结构计算模型的选用

结构模型的正确方案是设计安全结构模型的科学计算，以及方法采用的每一个技术前提,合理且适当正确的进行选择安全结构模型方案设计则是最终可以保证提高整个安全结构整体设计的技术设计方案基础。如果选择的结构模型方案设计不恰当合理,那么将会最终影响安全结构模型的安全性。

四、高层建筑结构设计的优化方案

针对以上时期我国高层建筑结构与设计研究中可能存在标准不充分合理、高层建筑密度超高、建筑单位领导职工对我国高层建筑抗震设计质量重视不够充足等诸多的问题,根据现代高层建筑结构抗震设计质量的优先原则,可以重点考虑以下几个方面去对中国高层建筑结构和设计水平进行优化。

1.优化建筑结构设计

我国城市高层建筑结构规划设计领域中还存在这样的一种较为尖锐且突出的结构问题，其中之一便是高层结构整体设计方法不十分合理,尤其重点是对消防排烟结构、抗震保温结构、抗风降噪结构缺少等这几个大方面的综合设计。针对目前这个尖锐问题,我国的高层建筑结构优化设计研究应该尽快从这个根源基础上研究解决,提升高校自身建设的合理设计水平。首先,从建筑物消防建筑结构距离设计等方面出发来说,设计专业人员必须应对各个防火主体结构节点之间的建筑距离应当有更明确与合理程度的合理把控,较多高层住宅楼应该尽可能在考虑符合当地气候地形条件因素的情况基础上,适当考虑加大相邻防火建筑结构间的安全间距。施工和材料方面则应采取措施尽量做到减少各种易燃易爆装修材料施工的大面积使用,从而可避免装修火灾问题的再度发生。最后,设计生产人员还必须应该对高层建筑采用的抗风压结构进行设计上的适当优化,不仅要充分保证该建筑内的空间通风性保持良好,而且应该合理增加大水平作用力,降低风能给整个建筑内部造成的有害影响。因此,为了进一步巩固建筑地基的基础结构,应该考虑选用各种质量性状优良稳定的水泥砂石,为了尽量使混凝土结构内力获得最大程度上的相对降低,应该注意选用一种质量机械性能较好稳定的新型水泥混凝土。

结束语：

综上所述,高层建筑发展已经越来越成为目前我国高层建筑行业发展不可被阻挡的重大发展方向趋势,但在我国进行高层建筑结构整体设计时仍存在着许多问题,要想全面提高国内建设行业结构整体设计技术水平,必须加强自己对国家高层建筑结构体系设计研究的重视,做到整体平面布局设计合理化,优化内部结构布局设计,满足建筑物结构系统设计施工中提高各类设备性能方面的设计需求,使未来我国高层建筑结构总体设计技术水平都有大幅度的发展。

参考文献：

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[3]肖洪涛.高层建筑结构设计及某工程结构选型探讨[J].建筑技术开发，2016，43（8）：76-77.