浅谈高层建筑结构优化设计

姜圣利

(广东博意建筑设计院有限公司济南分公司，山东 济南 250101)

1 高层建筑结构设计

1.1 水平荷载设计

随着高度的增加，除轴力基本与高度程正比外，弯矩、位移都呈指数增加，水平荷载与竖向荷载相比成为结构设计的主导因素。因此尽量采用轻质高强材料减小水平及竖向荷载，合理选用及布置抗侧力构件抵抗水平力作用，才能优化结构设计，既降低工程成本又确保安全。

1.2 材料利用优化

实施结构优化设计的目的，就是为了降低建筑成本，提高企业的经济利益，达到“低成本，高利润”的效果。在建筑结构中，材料作为构成建筑实物的重要部分，在结构优化设计中占据非常重要的地位。所以，设计人员要合理分析结构特性，根据建筑周边的环境，坚持就近取材，选择性能优良的建筑材料。在钢筋混凝土结构中，柱是主要的受压构件，所以，应该选取抗压强度较高的混凝土，减小柱的截面面积，减小建筑自重，增加建筑室内的可利用空间。梁板是主要的受弯构件，所以，在钢筋的选择上应该尽量选择高强度的钢筋，减少钢筋的数量，另外，要协调使用混凝土与钢筋的强度，尽量发挥材料性能。

1.3 基础结构

在建筑结构设计中，地基基础部分十分重要，它会极大地影响建筑高度和建筑的安全性等。因此，在房屋建筑结构设计过程中，应对基础设计进行优化，通过方案比选选择最佳基础形式和设计方案。例如，设计桩基础时，应结合现场具体的地质及水文地质情况，优化设计基础埋深和选型等内容，从而选出最适合的桩基类型。在基础埋深较深情况下，需综合现场场地各种因素全面勘察和设计基础选型。

1.4 抗震设计

地震作用对于高层建筑结构的影响非常大，地震区烈度越高，建筑物楼层越高，地震力对结构的作用就越大。所以在结构优化设计中，地震区建筑结构的抗震设计，相对于其他荷载组合，是设计师的主要工作。非地震区可不考虑地震作用但应考虑其他水平荷载作用。

2 高层建筑结构设计中存在的问题

2.1 高层建筑结构方案选择失当

在高层建筑结构方案选择中存在数量不足的问题，这是由各方面主体降低设计成本需求所决定的。但是，数量上的不足会造成结构方案的代表性、覆盖性不强，难以体现高层建筑结构设计工作的重点和要点，容易造成高层建筑结构优化设计工作的漏洞。另外，高层建筑结构方案中普遍存在对特殊条件、特定问题的预防和控制体系，这很容易导致在方案选择和设计实施中因各类因素的影响而产生暂缓和停工问题。

2.2 抗震性有待提高

建筑结构的设计最重要的环节就是抗震性。建筑物的抗震性能决定着地震发生时，建筑物所承受的抗震能力，而抗震能力决定着人们生命和财产的安全。目前，中国建筑行业管理者中有一部分人存在着侥幸心理，认为当地不会轻易发生地震灾害，进而忽略建筑物应该具备的抗震能力，导致建筑物的结构设计只是一种形式。

2.3 高层建筑结构设计功能性不足

高层建筑结构设计没有在开始阶段强化功能性系统，导致高层建筑结构设计方案在结构、体系和功能上存在很多缺点和不足，导致设计结果无法满足使用需求。

3 高层建筑结构优化设计策略

3.1 重视抗震设计

建筑结构设计需要考虑材料、基础和经济等要素，从抗震设计上，结构材料需要具有强度大、均质性好等优点，抗震结构体系的选择要具有地震作用的传递途径，能够形成刚度和强度分布的特点，避免出现薄弱的部分，建筑物的体系应该具有规则，有明确的受力关系，当建筑物结构复杂时，应设置防震缝，防震缝的宽度确定需要经过科学的计算。

3.2 加强综合分析

优化设计房屋建筑结构时，还应充分考虑房屋建筑和四周环境的融合、房屋建筑物的技术性能、使用功能、艺术形式、经济效果等。与此同时，基于综合考虑，上述错综复杂的元素，科学地规划布局，优化组合建筑平面和空间，适当处理建筑立面，合理选用材料结构形式，确定热、光、声等与环境条件适宜，从而将设计优化效果提升。

3.3 节能结构的优化设计

节能结构设计优化是房屋结构优化设计的重要组成部分，对于节能结构优化设计，首先应保证设计设计人员应具备较强的绿色节能意识，应将绿色建筑理念融入到节能结构优化设计中，具体优化内容主要包括以下几个方面：一是应根据当地自然条件，合理的确定房屋的朝向，使得房屋具有较好的采光性以及良好的通风，这样就可以减少暖通设备的使用，实现建筑节能。二是为了降低房屋的热损失，还应注意当地的寒风方向，建筑物应避免和寒风保持垂直，这样可以实现节能保温的作用。三是注意门窗的密实性，避免出现透风的情况。同时增加阳光一侧的窗户面积，减少背光一侧的窗户数量。

4 结语

总之，在设计建筑结构的过程中，科学地进行优化，既能切实减小建筑的总造价，又有助于建筑施工材料的合理应用、建筑内部结构的协调、人们的房建需求满足，最终将建筑的整体经济效益大幅提高，因此，应重视建筑结构的优化设计。