试述高层建筑结构设计优化的方法和作用

苏静伊 廖劲舟

【摘要】加强对高层建筑结构设计优化的方法和作用的研究，有利于提高高层建筑结构设计水平，具有重要的现实意义。本文笔者对高层建筑结构设计优化的方法和作用进行了分析和探讨，希望对相关从业人员具有借鉴意义。

【关键词】高层建筑，结构设计，优化，方法

前言：目前在建筑工程建设中，结构设计是非常重要的内容，只有在结构设计过程中展开科学的规划，才能使人们的需求得到满足。所以建筑结构设计人员应该在工作中不断汲取国内外设计中的精华，并对建筑结构设计进行不断优化和创新，才能对建筑结构的可靠性进行进一步的保证，最终推动我国建筑行业得到不断的发展。

1建筑结构优化方法的作用分析

优化房屋结构的前提和基础就是，施工时一定要保证建筑质量和安全，然后再周密仔细的分析设计方案中的每个细节，并采用高超的技术与设计理念，控制工程造价。根据数据显示，房屋结构进行优化过后与没有进行设计优化的相比较，投资经费能够缩减8%至22%之间不等，但是在实际操作的过程中，因为有很多的约束性因素，所以在实施的时候，会面临很多的困难，从而不能够完全的发挥建筑结构优化方法的优越性。与之前的建筑结构设计相比较，进行房屋建筑结构优化设计，能够把建材的性能与机械设备的性能都充分的发挥出来。进行房屋优化设计之后，工程造价的资金投入也会有效的降低，使企业获得更高的经济效益，除此之外，优化房屋结构设计之后，可以把房屋结构中的各个单元有机结合，提高了房屋的建筑质量，对人们的居住环境也给予了重要的保障。因此，优化房屋的结构设计，是房屋结构具有好的实用性和经济性的重要途径。

2高层建筑结构设计常见问题分析

2.1高层建筑结构设计中的高度问题

有些建筑企业在进行高层建筑的施工时常常一味地追求企业利润的最大化，经常会随意地在设计高度基础上增加建筑的高度，盲目地将经济利益作为高层建筑施工的目标，最终会使建成的高层建筑高度不符合相关规定。

2.2结构布置不合理

建筑房屋的设计结构越规则，结构的布置才能越合理，这是建筑房屋结构设计的中心环节。一方面要注意建筑的平、立面外形尺寸大小和抗侧力物体布置的局面，满足承载力分布等各种因素的综合要求。另一方面，由于很多因素都可以造成结构的不规则，特别是针对于复杂的建筑结构，利用若干已经简单化的定量指标来划分不规则的程度并明确限定范围是几乎不可能的。

2.3关于主梁的次梁处附加筋

正常的基础结构，为使集中荷载由另加的横向钢筋结构来承重，应在梁下部的作用力点附以钢筋。梁截面的高度范围不一致，钢筋是否加入对于主梁来讲选择也不一致。一般来讲，如果主次截面相差较大，因为荷载较小，主梁则无需加钢筋。但是如果主次截面相差不大，次梁荷载一般较重，则需添加附加钢筋以分担次梁的承重，提高安全性。

2.4异形柱结构设计中存在的问题

近年来，在我国许多的房屋建筑过程中，特别是高层或小高层住宅大部分都采用了异形柱结构设计。然而在异形柱结构设计中存在的很多问题，这些问题也比较突出，主要表现在异形柱结构房屋的高度过高、结构布置不合理、体型不对称、抗震构造措施不够有效等方面。目前，我国对异形柱结构的整体承载力尤其是节点承载力和结构延性等方面的研究还不够深入，对异形柱结构的抗震性能也不能完全认识。

3高层建筑结构设计优化方法

3.1建立结构优化模型

结构优化设计通常情况下分为两部分，一部分是结构优化设计模型，另一部分就是结构优化计算方案。建立模型的步骤一般有以下幾步：（1）选择合理的设计变量。设计变量的选择对于模型的构建具有重要的意义，设计变量的选择将会影响到对设计要求影响较大的参数的选择，进一步涉及到参数重要性的区分问题。选择出了合理的设计变量在很大的程度上能够减少计算编程的工作量；（2）确定目标函数。首先找出满足函数条件的最优解，然后确定约束条件。在房屋的优化设计中存在着很多的约束条件，其中有：应力约束、裂缝宽度约束、结构强度约束、尺寸约束、从弹塑性约束等，在进行优化设计时要确保所有的约束条件都在规定的范围内，能够满足设计规范，即在规范条件内满足约束条件

3.2优化建筑物结构分部部分与层数之间的关系

如何实现建筑物结构分部部分和建筑物之间的层数关系是一个非常重要的问题。对于同一个建筑物来说，可以使用一个建筑屋盖，这样可以降低单位设计的成本。从建筑物的基础部分来看，又有一些不同，这是因为建筑物的基础部分是共有的，随着建筑物层数的不断增加，基础部分承受的荷载也在不断的增加，所以在建筑结构的设计过程当中应该考虑的是如何提高基础构件的承载能力，以及如何控制基础的设计成本，毕竟，随着建筑物层数的增多，基础的设计成本也是成正比增多的。

3.3加强结构细部的优化工作

对于房屋建筑结构来说，一定要重视房屋建筑的分部结构优化工作。中国有句老话叫“千里之堤毁于蚁穴”，说的就是重视细节的道理，主体结构构建好了，但是如果局部位置出现问题，将危及整座建筑物，结构细部的优化工作包括了结构细部的设计工作，如平时我们工作中给常见的矩形现浇板做设计时，需要对其先做分析，避免在拐角处有裂缝，这都是细节，但如果不注意，引起的后果将不堪设想。另外，如今已不再是过去手绘稿的年代了，计算机已经渗透了我们的工作，设计人员需要与时俱进，了解计算机的工作性能，将设计理论通过计算机软件输出，既节省了时间，也方便修改，但如何将计算机与设计理论完美结合，设计或优化我们的结构方案，还需设计人员加强学习。

3.4优化抗风结构

抗风结构设计要综合考虑多种因素，确保建筑物的抗风能力。抗风结构中对其结构进行基础的设计时要保证在风荷载作用下的稳定性。确保地基稳固的重要性不仅在抗震中有所体现，对抗风载也起到重要作用。减振体系在高层建筑中的应用受到广泛欢迎，减震系统可以减少风荷载对建筑物的影响，减振系统的选材将起到巨大作用，因为有些阻尼材料的应用将大大提高高层建筑的抗风能力。要严格按照规范设计抗风结构，采取措施减小风力在建筑物上的叠加和增强，优化结构设计，以减小普遍且危害颇多的风压破坏，为建筑物的安全性能提供安全保证。

3.5加大建筑机构设计安全监督力度

一些建筑结构设计安全问题在一定程度上也和安全监督不到位有关，因此，为了提高建筑结构设计的安全性，有关部门应当加大建筑结构设计安全监督力度，以保障我国建筑结构设计的安全性，具体可以通过以下方式实现：（1）加强对建筑结构设计过程的监督力度，定期或不定期审查建筑设计过程，保证整个建筑结构设计过程严格按照相关规定和标准进行，确保建筑结构设计的安全性。（2）加强对建筑材料和建筑设备的审查力度。有关部门可以对建筑材料和建筑设备进行不定期审查或突击审查，并规范相关建筑材料和设备的使用，严禁施工单位使用不符合国家相关标准的建筑材料；严厉打击各种偷工减料活动，一经查处，予以严重处罚，切实保障建筑结构设计的安全性。

4结束语

社会经济的发展带来的是生活质量的提高，及人们对高层次生活的追求向往，由于我国人口众多的特性，需要我国的建筑物不仅保证最基本的安全性和功能性，且在满足人民对新环境的要求基础上，充分利用土地，充分节省建筑成本，传统的设计原理也需要优化革新，让新型建筑物符合新时代发展。