摘要：城市高层建筑物是现代化城市的标志之一，也是推动城市化进程的必然产物，是缓解城市用地矛盾的有效解决措施，同时促进了高层建筑设计理念的快速发展。高层住宅结构设计的合理性与高层建筑施工质量关系密切，是确保高层建筑安全的基础。本文主要对高层建筑的结构设计、受力现状以及抗震设计进行了优化处理分析，为进一步提升高层建筑的施工质量以及抗震性能奠定了基础，同时为同类工程施工提供一定的参考价值。
关键词：高层建筑物；结构设计；优化处理
随着城镇化进程的不断推进，城市人口急剧增加，使得城市居住压力日益严重，促使向空中“索要”资源的发展理念逐渐推动，于是城市高层建筑物日趋普遍。同时，高层建筑物的大力发展促进了建筑结构设计的不断优化，尤其是高层住宅结构设计的优化更是确保住宅安全和防震性能的基础。因此，加强高层住宅结构设计的优化研究不仅能够提高住宅房屋的合理化布局，而且能够显著的提升住宅小区的安全性能和抗震性能，为确保居民生命和财产安全奠定了基础。
1 结构设计优化
对于高层住宅建筑来说，结构设计是提升建筑整体安全性能的基础，因此通过多次验算过程优化结构的抗扭性能，在水平方向上加强层间位置控制等措施，充分利用房屋结构的层间位移比、位移角等，使得高层建筑物平面方向上的不规范性得到有效控制，能够有效的降低结构设计不合理而产生过大的偏心力，对改善高层建筑的扭转效应效果极为明显。在高层住宅结构正常的条件下，结构的水平位移能够得到有效控制，间接地确保了结构的刚度和强度，也有效的缓解了位移过大等导致结构承受力明显增大的弊端。此外，在高层建筑物的边墙和边梁设计中，应充分考虑通过结构设计优化对建筑物扭转刚度的增加，一般根据建筑设计要求，若在1～5层设计较多的楼梯，则容易导致剪力墙刚度的削弱。因此，为了确保建筑结构刚度达到设计要求，一般可采用合围的方式进行楼梯布局，即将楼梯组合成筒体结构。同时，可采用厚约150mm的板材对1～5层楼板刚度进行刚度加强处理，并适当的增加板层中钢筋含量，或者采用双向双层钢筋铺设增加高层建筑结构的整体刚度。
此外，必须重视高层住宅建筑物的竖向结构设计优化工作，在竖向方面，转换层结构设计可引起建筑结构竖向不规则问题，若在竖向设计中采用不连续形式进行竖向抗侧力构件设计，则容易导致结构因不规则问题而出现超限问题。因此，在设计优化过程中必须考虑抗震缝设置以及楼板结构增设优化，确保转换层上下楼板的刚度满足设计要求。同时，可以将高层住宅建筑物中墙体、柱体等竖向构件的强度进行调整，可采用150mm厚的板材对连接板处的刚度增强处理，并采用双向双层铺设钢筋的方式增加楼板的刚度（图1）。为了有效防止高层建筑在高位出现薄弱层，可适当的根据剪力墙进行刚度强化优化设计。
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图1 双层双向钢筋铺设示意图
2 结构受力优化设计
高层建筑物质量不达标与建筑结构受力设计不合理关系较为密切。高层住宅结构的受力受控于结构的水平载荷和竖向载荷，为了有效分析并优化高层住宅建筑物结构的受力现状，可通过有限元模型分别对水平载荷和竖向载荷进行分析。鉴于此，本文通过有限元模型的方式对高层建筑物的柱体、梁体、剪力墙等进行了分析。若将有限元模型中的剪力墙结构设置为A级，同时将结构中高与宽的比值设定为6，此时，右塔高宽比为 6.8，左塔为 7.88。因此，根据上述模型分别建立左塔和右塔的有限元模型进一步展开分析。分析结果显示，当建筑特征周期为0.51s，结构阻尼比为0.05时，地震波主分量分值加速度按照35cm/s2计算，此时高层建筑物结构设计是合理的，建筑物底部剪力墙结构能够满足设计的基本要求。但是在裙房屋面和局部收进位置存在刚度问题和明显位移问题，且主要分布在高层建筑物的第29层和第7层，因此，为了确保该两层结构刚度，必须进行加强设计，防止结构突变等问题的出现。此外，可根据不停层间位移角限值下的材料用料等提高建筑物的受力结构优化效果（表1）。
表1 不同层间位移角限值下材料用量统计
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3 结构抗震设计优化
高层建筑物对抗震性能的要求较高，也是确保高层建筑物安全的基础，尤其是地震相对频发的城市。为了确保结构抗震设计的合理性，必须对地震条件下结构位移进行有限元模型模拟分析，主要采用静力弹塑性变化分析。同时，在结构抗震设计优化中也能够对结构的稳定性、承载力等方面增强处理。同时对结构薄弱区域进行巩固处理（图2），使得高层建筑物的抗震性能满足实际需求。在设计优化过程中可采用设置多道抗震防线的方法对建筑抗侧力构件的合理设计，确保建筑结构受力的均匀性。此外，在高层建筑结构设计中，应加强剪重比参数的合理控制，若建筑周期偏小，尤其是与规范限值存在明显差距时，需要对高层建筑的竖向构件进行加强处理，能够显著的增加高层建筑竖向构件强度调整的目的，进而确保抗震设计优化的合理性与实用性。
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图2 剪力墙置换加固示意图
3 结束语
综上所述，提高高层住宅建筑质量和安全性的基础是优化建筑结构设计，使得建筑物各个节点的受力满足设计要求，尤其是高层建筑物的主要持力层和柱体、梁体等，是提高整体质量和安全性的关键环节。对于建筑结构设计优化处理，可充分利用有限元模型模拟分析的方式进行综合分析，对薄弱部位进行加固处理，同时应强化高层建筑的结构抗震设计优化处理，能够有效的确保高层建筑物的整体结构稳定性能，进而增强建筑物的整体质量，为确保居民的生命和财产安全奠定了基础。
参考文献
[1]伊永忠,魏伟.高层剪力墙住宅结构成本优化措施及应用[J].山东建筑大学学报,2017,32(03):290-294+306.
[2]孙洪波,徐杉,石雷,罗敏杰,霍文营,程颖杰.北京中关村住宅及商业办公项目结构设计[J].建筑结构,2011,41(S1):450-453.
[3]赵健生,刘瑛,王栋,刘希泉,宁宁.青岛某住宅小区9号楼工程结构优化设计[J].青岛理工大学学报,2009,30(06):36-40.