高层建筑结构选型设计及建筑结构优化设计

高层建筑结构选型设计及建筑结构优化设计

张季 ,耿文超 

淄博市规划设计研究院有限公司

摘要：在我国建筑工程中结构设计是主要工作，在建筑工程项目建设中，结构体系的重要性较为突出，只有确保相应结构体系较为安全可靠，才能够有效实现对于相应建筑工程项目后续使用效果的保障，解决可能出现的结构隐患问题。对于建筑结构安全性的保障而言，从前期设计环节着手予以优化控制极为必要，要求确保建筑结构设计方案较为合理可行，进而在准确指导后续项目施工建设的基础上，确保建筑结构体系更为安全可靠。

关键词：建筑结构；安全性；设计

引言

在房屋建筑结构设计中，因为当前结构体系更为复杂，为了达到较为理想的优化设计效果，设计人员应该重点明确相关设计标准和依据，进而围绕着房屋建筑的地基基础结构以及上部结构进行优化设计，力求更好地增强房屋建筑结构设计实效性和可靠性，消除结构方面的隐患。

1建筑结构优化设计现状

1.1施工环境

建筑施工环境主要包含自然环境和人工环境,自然环境的影响因素为环境温度、抗震等级,该影响因素主要针对钢筋混凝土这一施工建材,倘若施工环境温度过低,容易出现地基基础开裂情况;或者存在地震影响,需要设置抗震缝,确定抗震缝数量及分布等。人工环境影响因素为建筑施工振动、建筑施工打桩,桩基进土阶段会挤压周围土壤,产生一定应力,继而对基础结构及附近地下管线产生影响,因此在基础设计时,要尽可能避免该影响。例如,在对某项目进行抗震等级设计时,需要综合考量区域基本风压、风荷载整体计算的结构阻尼比、舒适度验算结构阻尼比、基本雪压以及地质情况等因素,计算该塔楼结构构件在多遇地震、设防地震、罕遇地震等不同地震烈度下结构整体情况,确定对应建筑结构的基础设计要点及方案,确保建筑抗震性能达标。

1.2建筑承担过大荷载且截面面积不够

如果建筑结构荷载过大且截面面积不够,那么建筑出现裂缝的概率也随之而变大,而且建筑在承受过大的荷载之后,建筑结构的质量以及重量也会受到影响,如果在使用建筑材料的过程中,选择了重量较大但是质量欠佳的材料,建筑自身的抗裂缝能力会大大降低,而且建筑在设计层面可能与建筑材料之间存在不符合的情况,建筑工程的整体质量将大打折扣,随着时间的推移,极有可能出现裂缝,降低建筑结构的稳定性。

1.3结构安全问题

与普通住宅建筑相比，高层建筑在功能性、美观性等方面具有巨大的优势，但其在抗灾能力方面较弱，导致高层建筑投入使用后，遇到台风、地震等自然灾害时受损的概率较大。因此，在进行高层建筑的结构设计时，尤其要注重其结构安全问题，结合具体情况对高层建筑的结构形式进行优化和调整，并综合考虑多个外部因素对结构组成部分的影响，通过缩尺模型实验对其进行精细化设计，以提高建筑结构的稳定性。

2房屋建筑结构优化设计要点

2.1独立基础设计

民用建筑结构基础设计中,合理选型是保障基础设计方案合理性的重要前提,主要有独立基础设计、复合基础设计两类,需要根据工程进步提要求选择对应类型。独立基础设计具有较好的经济性、抗震性、适应性等特点,能有效应对地基变形情况,但倘若地基基础均匀性不足,则不适用独立基础设计。独立基础设计形式较为多样,有柱下独立基础、墙下独立基础两种形式,最常见类型为钢筋混凝土板筏结构,可同时作为地下室底板结构和结构板筏,承载力强,施工流程便捷。

2.2制定科学合理的整体结构设计方案

施工前，工作人员要深入现场全面勘察，收集相关数据信息，确保设计方案、图纸与建筑结构体系规范要求相符。在进行结构设计前，应认真分析结构承受荷载作用的大小情况，计算温度变化情况，掌握混凝土材料的后期变化规律和特征。在结构设计阶段合理选择约束机制，有效释放和抵抗混凝土的温度应力。同时，必须坚持整体性原则，确保建筑结构具有良好的受力性能，充分结合基本受力原理，保证受力图与受力分析相一致，进一步分析结构的抗变形能力和抗荷载能力，选择合理的设计结构尺寸，保证整体结构的平衡性和稳定性，避免出现裂缝问题。

2.3上部结构设计

建筑结构设计中的安全性保障还应该考虑到上部结构，要求确保上部结构较为稳定可靠，避免在上部结构中出现严重偏差或者变形问题。基于建筑上部结构设计工作的开展，设计人员首先应该恰当选择结构体系类型，结合项目建设要求以及后续实际应用需求，确定最为适宜合理的结构体系，由此对于后续上部结构的设计应用提供指导。具体到建筑上部结构中的楼、屋面以及具体构件也需要进行深入把关控制，以便促使相应上部结构具备较强的协调性和稳定性。当然，对于隔振减振设计方法在上部结构中的应用也需要引起重视，设计人员应该结合建筑结构体系的抗震要求，在恰当位置选择相匹配的隔振减振方法和设施，力求由此形成更为稳定的上部结构，避免相应结构体系在后续地震作用下出现严重受损问题。

2.4受力结构优化

对于高层建筑来讲，其设计的难点在于建筑结构的稳定性，尤其对于结构相对复杂的建筑来讲，只有同时满足其竖向结构和平面结构的设计要求，才能在最大程度上保证传力路径畅通。传力路径对于建筑结构的承载性有着较大影响，一旦高层建筑的传力路径出现问题，将会导致应力集中现象，致使高层建筑的局部结构出现问题。为了避免出现这种问题，在对高层建筑结构进行设计时，应确保建筑的竖向结构和平面结构符合设计要求，并确保建筑结构具有较高的完整性，以便传力路径的顺畅性。此外，为了提升高层建筑结构的整体承载能力，还需要组织专业设计人员不断优化结构设计方案，以保证高层建筑结构的应力均匀分配到建筑的各个部分，从而达到提升高层建筑承载能力的目的。

2.5地基基础设计

在房屋建筑结构优化设计中，地基基础设计同样也是比较重要的任务，如果地基基础设计不当，则必然会严重影响到最终整体结构的安全性和稳定性，成为当前房屋建筑结构设计的难点和重点。为了确保房屋建筑地基基础结构设计较为科学合理，设计人员往往需要首先加大对现场环境的勘察分析，以促使现场环境能够和地基基础结构形成良好的适应性，解决因地基基础结构设计不当出现的严重偏差问题。因为房屋建筑所处区域内的很多因素都会严重影响到地基基础结构的稳定性，进而也就需要进行全面详细地把关控制。

2.6构件尺寸优化

构件截面尺寸的初始估算太精确，需要通过一定量的手算。在这个过程中，能够更清楚构件之间力的传递，节约模型调整所耗费的时间，并为电算结果的分析判断奠定基础。构件尺寸估算主要根据稳定条件和变形条件，通过经验公式进行计算。如果截面尺寸不能满足相关要求，需要及时调整后再次估算，水平构件截面尺寸需要根据构件稳定、挠度限值、跨度等因素进行估算，竖向构件截面尺寸需要根据轴压比、水平位移限值等因素进行估算。板的初步计算包括内力估算、配筋验算、裂缝验算、挠度计算，梁的初步计算与板基本相同，同样包括上述四项内容。

结语

建筑结构设计中高度关注结构体系的安全性极为必要，设计人员应该重点围绕着常见的结构安全性影响因素进行综合分析，进而从多个角度入手予以严格把关控制。一般设计人员需要准确掌握设计依据和标准，进而在明确项目所在区域的自然条件后，重点针对基础结构、上部结构以及建筑材料进行优化设计，由此更好增强结构体系的安全性。

参考文献：

[1]包联进.超高层建筑结构环带桁架的研究与设计[J].建筑钢结进展，2022，24（1）：119-127.

[2]姬淑艳.某超高层结构在长周期地震动下的结构响应分析[J].特结构，2019，36（4）：16-21.