高层建筑结构设计及优化方法探析

孙 广 （四川通信科研规划设计有限责任公司，四川 成都 610041）

随着高层建筑功能要求越来越多，高层建筑结构设计难度逐渐提升，结构设计就成为提升高层建筑质量和效率的核心所在。在高层建筑结构设计中，不但需要呈现出设计的专业性和科学性，确保建筑能满足大众的实际需求，同时也要体现出结构设计的安全性，确保其满足承重、抗风、抗震等基本的要求，进而满足安全建设的规范标准，在确保安全的前提下，节约投资。

1 高层建筑结构设计的基本原则

1.1 确定设计方案

高层建筑结构设计按照实际的地质条件，需要对整个建筑结构设计环节进行科学合理的确定。另外，设计人员还需要掌握高层建筑的荷载分布与结构类型，全面了解施工条件、影响因素等各个方面的内容，通过综合分析，确定最优的结构设计方案，进而满足高层建筑结构设计的质量[1]。

1.2 确定设计工具

高层建筑在结构设计中，需要使用相关的设计软件，需要全面的掌握计算工具和制图工具，确定使用范围，这样才可以确保高层建筑结构设计工作的顺利开展。

1.3 确定施工材料

在进行高层建筑结构设计的时候，设计人员需要以建筑工程的实际情况作为基础，做好施工环节与成本之间的优化与协调，进而满足评价方案本身的全面性，在具体的评价体系之中，需要有效的融合设计要求、工程材料以及施工工艺。另外，在进行高层建筑结构设计的时候，对于复杂的结构设计，需要做好深入的研究对比，这样才可以选择出理想的结构方案，进而推动工程建设的顺利开展。

2 某高层建筑结构设计及优化

2.1 工程概况

本工程为商业大厦，建筑总共17层，其中地上共16层，地下1层，建筑总体高度达到87.6m，其结构属于钢筋混凝土框架-抗震墙结构。

2.2 结构平面布置优化

在形成方案与初步选择构件，并估算之后，直接输入模型之中，但是需要找准构件尺寸不合理、参数设置不合理、结构平面布置不合理等一系列的问题，这样才可以真正的解决问题[2]。针对实际之中所衍生出来的方案，本文因为篇幅限制，不做一一介绍，本文主要是针对高层建筑结构设计的优化结果来进行分析，希望可以找到相对应的结构设计与优化方案。

2.3 优化结果及分析

2.3.1 优化过程

优化步骤流程图

2.3.2 优化成果

第一，基本指标对比。基本指标对比主要是针对优化前后的差异进行分析。

优化前后的基本指标对比 表1

第二，优化前后经济指标变化。

优化前后的经济指标对比（万元） 表2

2.3.3 优化总结

对于一个建筑方案的优劣，要从安全、适用、美观、经济等方面来综合评价。当具体涉及到结构方案问题时，因为建筑方案的规划设计，已经能够满足美观与适用的要求，所以只需要考虑到剩余的安全和经济问题。安全问题和经济问题是相对独立，但又存在相互影响。在结构设计基本控制指标之中，主要就是结构安全性的控制，同时也需要反映一个结构的经济性，如刚重比，过大的刚重比，虽然能够满足安全性要求，但是却呈现出经济上的浪费。针对这一点，第三方案的结构构成和构件优化之后的数据对比分析，在使用同等材料的前提下，能够获取更多的刚度，但是如果刚度过大，就需要适当降低其刚度，最后减小刚重比，缩减至第一方案，同时，也可以节约材料[3]。

就安全性来看，主要是结构的合理刚度，拥有足够合理的刚度，可以防范变形过大，均匀的刚度也可以防范局部破坏，从而引起整体性破坏。其具体表现在刚重比、周期与振型信息、位移比、周期比等，这些指标在体现安全性的同时也表现出结构经济型。对于这一点，在结构优化过程中，需要对比结构自身的特性指标以及结构效应指标的变化，最终得到证明。这些指标先变得富余，之后逐渐降低，同时也表现出安全与经济之间的相对平衡。对于经济性而言，材料的用量最具说服力，无论如何去说，最后都需要在满足结构安全的前提条件之下，明确造价指标。

总体来说，评估方案，就需要考虑到设计、结构特性、结构效应以及造价几个方面，具体而言，其又存在于一个设计的循环。

因此，在高层建筑结构的设计与优化中，就需要充分考虑各种影响因数，合理的分析各种方案，综合选择最优设计方案，这样才能确保设计更加科学合理。

3 结语

总而言之，高层建筑结构设计是否合理，会对建筑的整体安全性和经济性带来直接的影响。目前，高层建筑结构设计存在的问题已经成为普遍性的问题，需要考虑到高层建筑结构设计的现实要求，这样的研究成果才能具有借鉴的意义。