浅谈高层建筑结构优化设计

梁永顺

（中色科技股份有限公司河南洛阳　471000）

浅谈高层建筑结构优化设计

梁永顺

（中色科技股份有限公司河南洛阳471000）

随着城市化进程的不断推进和建筑技术的不断提高，高层建筑日益成为化解短缺的城市建筑用地面积，提高建筑用地使用效率的重要途径。高层建筑工程具有工程造价成本高，技术含量高和工程施工成本高等特点，对高层建筑结构进行优化设计有助于降低高层建筑的施工成本，提高高层建筑的施工质量和高层建筑的质量和水平。因此，加强对高层建筑结构优化设计的研究日益成为我国建筑行业的发展的共识。本文分析了目前高层建筑结构设计发展的趋势，对高层建筑结构优化中存在的主要问题进行了梳理，并提出了高层建筑结构优化设计的方法。

高层建筑；结构优化；工程设计优化

经济社会的不断发展促使建筑行业发展高层建筑来化解日益紧张的城市建筑用地面积。因此，加强高层建筑在建筑工程建设的比例能够有效化解城市用地紧张的现状，满足我国经济社会发展需要。改革开放以来，我国高层建筑结构设计理论和技术进一步的发展，和我国高层建筑的施工实际的结合也越来越紧密，涌现出了一大批具有较高质量水平的高层建筑工程。因此，本文结合国内外高层建筑的发展趋势，对我国目前高层建筑结构设计中存在的主要问题进行了梳理，并有针对性的提出了高层建筑结构优化设计的具体实现路径，希望能够对我国高层建筑结构设计的发展有所帮助。

1　现阶段高层建筑结构设计的发展主要趋势

1.1钢筋混凝土结构的运用

随着我国经济社会的不断发展和高层建筑结构设计理论的不断完善和提高。钢筋混凝土结构因其具有整体结构好、耐高温腐蚀，后期维护成本低等诸多优点而引起了高层建筑结构设计人员的关注。此外，钢筋混凝土结构的工程造价成本还远低于单纯的钢结构。高层建筑结构设计所需要的高强度混凝土和钢管混凝土等设计和施工理论得到完善和发展，钢筋混凝土结构在高层建筑结构设计中的运用越发成熟。因此，钢筋混凝土结构在高层建筑结构设计中的运用是现阶段我国高层建筑设计发展的第一个趋势。

1.2高层组合建筑结构发展日益迅速

随着我国建筑工程设计技术和施工技术的不断完善和发展，高层组合建筑结构的应用也越来越普遍。实践经验证明，高层建筑组合结构因其具有降低高层建筑结构的造价和施工成本，提高高层建筑的设计和施工进度，节约工程原材料的使用等诸多优点得到了建筑行业有识之士的青睐。此外，在低碳节能发展成为整个社会发展共识的今天，具有科技含量高，工程施工污染少和建筑原材料利用程度高等特点的高层建筑也日益得到了整个社会的追捧。在建筑工程质量安全重于一切的今天，具有较高科技含量和较高质量安全的钢筋混凝土结构的组合高层建筑组合设计也在交通和建筑工程等领域得到了广泛的应用，这些都进一步显示了组合高层建筑结构发展的前景也越来越广阔。

1.3智慧建筑设计崭露头角

21世纪是高新技术得到广泛应用的世纪。不断发展的现代高层建筑设计技术和互联网高新技术的结合促进了我国智慧建筑的设计和发展，并日益显现出更为广泛的应用前景。智慧建筑是高层建筑应用技术的进一步发展，能够实现建筑和服务等要素的优化，并通过计算机软件的组合实现更高效率的资源配置。因此，智慧建筑是通过建筑结构设计、建筑工程施工技术和建筑工程后期维护三者之间的高效率的组合和分配来提高高层建筑的建筑功用，从而为高层建筑的居住者提供一个更加优良和更加智慧化的高层建筑居住和办公环境，从而实现高层建筑的智慧化。

2　现阶段我国高层建筑结构优化设计存在的主要问题

纵观我国高层建筑结构优化设计的最新发展趋势，高层建筑结构优化设计的有关理论和施工技术得到进一步提高和发展，但高层建筑结构优化的实际应用还比较滞后，高层建筑土木工程的结构优化设计还有很长的路要走。

2.1忽视整体结构的优化，片面重视结构尺寸的优化

高层建筑的结构优化是一个系统性全局性的工程，片面重视哪一方面都不利于高层建筑结构的整体发展。部分高层建筑结构设计人片面重视高层建筑结构尺寸的优化，片面的追求建筑工程材料的节省，从而忽视了建筑工程整体的优化。此外，高层建筑结构设计人员错误的认为片面的结构尺寸优化对于高层建筑结构优化的重要意义，忽略了高层建筑形状设计优化在高层建筑结构优化中所起到的重要作用。与此同时，设计人员片面重视上层结构部件的设计工作，缺乏对高层建筑地基设计应有的关注，这也在一定程度上制约了高层建筑土木结构优化设计的进一步发展。

2.2高层建筑结构优化目标有待完善

三十年如一日，郑州先科脚踏实地，以为农服务为初心，以创新发展为核心驱动力，走过了属于郑州先科的不平凡的30年，也取得了诸多成就，获得了与会领导嘉宾的高度肯定。他们认为，当前行业发展面临着诸多压力，无数企业退出，先科能够在30年中始终保持良好的发展势头很不容易，也定有其过人之处。未来，希望先科能够不忘初心、创新发展，一如既往地为我国“三农”事业的发展贡献力量。

高层建筑的结构设计中存在诸多的变量，结构设计中也存在这样那样的问题，高层建筑结构目标也对其起着十分重要的制约作用，这也就在很大程度上制约高层建筑结构优化设计目标的进一步完善。此外，目前我国还没有研发出来实用程度高的高层建筑结构优化分析软件，现有的高层结构优化设计软件也也无法很好的解决高层建筑结构设计中遇到的各种问题。因此，高层建筑结构中部件设计的计算分析往往和实际存在较大的差距，从而增加了工程造价成本和工程施工时长。

3　高层建筑结构优化设计的主要方法

根据笔者的经验，高层建筑结构优化设计方法的选择应该遵循以下路径：

3.1分析结构优化设计函数，寻求最优解

无论高层建筑结构优化设计如何变化，高层建筑结构优化都是目标函数和各种变量的组合。因此，我们完全可以通过数学模型来对这些函数进行定量研究，根据约束条件的的限制和高层建筑结构的总体目标来综合确定高层建筑优化方案的选择。一般情况下，高层建筑结构优化的最为直接的目标就是降低高层建筑结构施工材料的使用量，从而降低高层建筑结构的施工成本。原材料截面的大小是影响原材料使用数量的最为重要的因素，而原材料截面的大小又直接关系到高层建筑的质量和安全。因此，高层建筑结构设计人员可以通过使用相应的计算软件来分析高层建筑原材料界面面积。结构设计人员通过设定预期的高层建筑结构优化目标，通过设定合适的数学模型，相关数据的运算和分析使得其在满足一定约束条件的前提下求得最优目标解，并通过对最优目标实现的路径的研究来达到高层建筑结构设计目标函数的最优解，从而有效的满足高层建筑结构优化设计的需要。

3.2满应力设计法的应用

作为建筑工程优化设计中重要的一种设计方法，满应力设计方法因其诸多优点而到了日益广泛的运用，下面我简单介绍满应力设计方法的具体操作步骤：

①根据工程设计目标和施工要求确定高层建筑结构各部件和工程材料的截面尺寸，并根据各建筑材料使用的不同分门别类归纳建库。②根据结构力学的有关知识，建筑工程设计人员设计出高层建筑各部件的受力情况，并计算出各工程部件的最大受力。建筑工程设计人员要在限定条件下通过对建筑建筑工程结构和建筑原材料尺寸的调整来确定最佳的组合方式，尽最大可能发挥建筑工程原材料的性能。③根据计算的建筑结构部件的情况来进行相应的调整，并据此统计出建筑截面调整的数量，根据建筑工程设计的目标修改有关参数并进行进一步计算，直到建筑工程预期目标和工程材料目标之间达到平衡。④根据前面的模拟运算得到最优解，输出高层建筑结构各部件所需要的具体截面尺寸等具体参数。

目前，我国并没有成熟的满应力计算的软件。建筑工程人员应该根据工程设计的总体目标，通过不断调整建筑结构各部件的具体参达到有工程设计的目标。但是这种方法对工程设计人员素质的要求比较高，工作量和复杂程度也比较大，有的时候甚至会超出工程设计人员的能力。因此，加强对满应力计算软件的研发就显得尤为重要。

4　总结

社会经济的不断发展和建筑工程技术的不断进步，对我国建筑行业的发展提出了更高的要求。高层建筑结构优化设计方案作为一种优化设计方案对于降低高层建筑工程施工成本，提高工程施工单位的经济效益和社会效益都具有重要的意义。因此，建筑结构设计人员要加大研究力度，努力提高自己的研究水平和研究能力，从而实现高层建筑结构优化设计的跨越式发展。

[1]李平安.建筑结构优化设计分析[J].科技致富导向，2011，3.

[2]陈华.浅谈高层建筑结构设计中的若干问题[J].科技致富导向，2011，7.

[3]胡长珍.浅谈高层建筑结构设计分析[J].科技致富导向，2012，6.

[4]肖凯.高层建筑结构抗震设计的几点建议[J].科技致富导向，2014，2.

TU318

A

1673-0038（2015）09-0017-02

2015-2-15

梁永顺（1982-），男，工程师，本科，主要从事建筑结构方面的工作。