宋雄
华建新时代（武汉）工程设计有限公司 湖北武汉 430000
摘要：随着我国现代化建设的不断推进以及城市的不断扩建，高层建筑越来越为人们所青睐。但是由于高层建筑自身存在的一些特殊性，导致高层建筑在施工和设计时具有相当的难度和挑战性。为了进一步优化这些问题，寻求更加合理的高层建筑结构设计和施工方案，文章对高层建筑结构选型设计及建筑结构优化设计的优化策略进行了研究，以供参考。
关键词：高层建筑；结构设计；优化策略
1高层建筑结构选型设计
1.1框架结构
该结构由梁、柱、楼板等构件组合（图1），梁与柱刚性连接而成骨架的结构，结合建筑的使用功能来布置平面框架，其具有自重轻、整体性好、造价成本低、轴网布置灵活、空间利用率高、施工方便等优点。框架结构的弱点：抗侧移刚度小、地震作用下的水平位移大、节点应力集中现象较明显、对地基不均匀沉降较敏感、房屋高度有局限性等。根据框架结构抗震分析结果，随着高度的增加，底层柱子轴力、水平荷载产生的弯矩和侧移明显增加，而导致柱子截面面积和配筋过大，影响空间使用性和经济性，现实中框架结构在地震作用下出现非结构性损坏的案例较多，故宜采用于10层或以下房屋建筑如住宅、学校、办公楼等房屋宜采用钢筋混凝土框架结构，抗震设防烈度8度、设计基本地震加速度≥0.30g、且层数大于5层的房屋不宜选用钢筋混凝土框架结构；大跨度公共建筑、多层工业厂房和特殊建筑物如商场、体育馆、火车站、剧场、展览厅、飞机库、停车场等建筑宜采用钢框架结构。
图1 框架结构示意图
1.2框架-剪力墙结构
该结构是框架结构和剪力墙结构两种体系的结合，在框架结构中设置适当剪力墙的结构。在整个结构体系中，剪力墙承担大部分的水平荷载，而框架主要负担竖向荷载，两者在建筑结构设计上分工明确。框架剪力墙结构一般用于建筑层高在35层以下建筑，如果布置合理，可以设置更高。其中剪力墙布置位置一般在电梯室，借助核心筒来起到对水平荷载的承受力作用，具有抗震性能良好，整体结构比较稳定的优势，相比较于框架结构，其在水平荷载力以及侧向刚度都有一定的提升，在布置上比剪力墙结构更为灵活，比较适用于10层~20之间的办公楼、教学楼等。但其中也有一定的缺陷，主要体现在该结构比较容易受到平面布置带来的约束性影响，从而使得质心和钢心两者不能重合，导致结构扭转过大，严重情况下会产生安全隐患；对于剪力墙数量应以满足位移限制值为标准，应在3道以上，将其以筒体对称的形式进行布置。
1.3剪力墙结构
该结构是借助建筑墙体来起到竖向承重和抗侧力结构的作用，其优点是竖向承载、水平承载力比较强，能够从整体上提升其刚性和稳定性，侧向变形相对比较小，比较适用于住宅、宾馆等类型的建筑，结构高度一般为几十米到一百米之间，对于缺点，主要有结构自重比较大，对建筑的平面布置存在约束性，无法获取比较大的建筑空间，对于间距一般为3m~8m之间，通过在剪力墙上开洞口，如果洞口越大也就与框架越接近，这主要在于剪力墙布置方面以及对自身重量的控制作用。
1.4筒体结构
筒体结构（图2）主要是指一个或多个筒体以竖向承重结构为主的一种高层建筑结构体系，将剪力墙布置在高层建筑中的电梯间和外围，使其形成筒体状态，这种建筑结构类型具有刚度强的特征。
因建筑层数、高度以及抗震设防要求不断提升，如果采用平面框架剪力墙来构建高层建筑结构体系，无法满足建筑使用功能要求，为此可通过将剪力墙构成空间薄壁筒体，以竖向悬臂箱型梁来呈现，通过对柱子的加密设计，来起到进一步强化梁刚度要求，以此形成空间整体受力的筒体结构，其具有承受大部分水平力，空间整体作用强，具有良好抗风、抗震方面能力，比较适用于超高层建筑中。
图2 筒体结构示意图
2高层建筑结构设计优化策略
2.1优化基础设计
2.1.1地基基础设计要求
在进行地基基础设计前期，需对所选定的施工区域进行严格的地质勘查工作，如水文、气候以及地质情况等方面的勘查与测量。同时，应对土质进行采样分析，由土质成分来确定后续的设计与施工处理方法。随后，需由设计单位针对地质勘查工作中所提交的勘察资料，进行该施工区域建筑工程项目的针对性设计。若该施工区域为软土地基，则应通过各种加固处理方式，来杜绝地基在施工或后续应用过程中出现的变形及塌陷等情况。由此便需要在设计过程中确保地基处理与地基选型之间，具备良好的结合性。
2.1.2加强结构承载力设计
现阶段，建筑工程大量存在着主楼一体的结构，加强对主体结构的地基承载力进行设计和计算，充分考虑地基基础两侧的超载。当超载宽度大于基础宽度两倍时，可以将土层厚度作为基础埋深，基础两侧超载不等时，选择最小值。其次，岩石地基的承载力比一般的土高的多，可以利用岩石地基进行荷载试验确定。同时，地基变形计算也在地基设计中重要的一部分，当建筑地基产生过大的变形时，不仅会影响到这个建筑的质量，甚至还会危及人们的生命和安全。所以，在基础结构设计中，一定要充分的重视变形计算。
2.2建筑主体优化设计技术
在建筑结构的优化设计工作中，必须要从整体的角度上出发，相关设计工作人员可以对一些先进的计算机技术加以合理的应用，通过三维建模技术，对建筑结构整体的构成特性进行更直观的观察和分析，让建筑结构模型变得更加的精确化和直观化。比如在建筑结构设计工作中，剪力墙结构设计是其中一个非常重要的工作环节，如果剪力墙结构设置不准确，会直接造成建筑结构的稳定性。因此，在进行剪力墙结构的优化设计工作中，必须要保证建筑结构体的均匀分布，同时，需满足建筑体内部的使用空间方面的需求。通过对剪力墙结构的合理优化，可以充分保证建筑资源的节约化应用，为人们营造出一个更加舒适的居住生活环境。除此之外，在进行建筑结构设计工作中，需要保证高楼层的中心点和楼层整体结构的中心点相统一，并且有效结合建筑结构的优化设计方法来加以开展，可以有效提高建筑体的整体安全性和稳定性。
2.3注重结构抗震设计
首先，设计人员需要充分考虑建筑抗震结构的基本性能，通过合理、科学的定量分析对高层混凝土建筑的抗震体系进行优化设计，并在整体设计方案的指导之下，不断实现对于各个结构基本特点、布置方式及剪力墙的设计方案，且需要考虑到每一个抗震结构的实用性和综合性能。其次，在满足抗震性能的基础上，可以进一步追求抗震结构的美观性，要确保抗震结构整齐、对称，尽量不使建筑物的美观性受到较大的负面影响。同时，优化设计方案的过程中需要着重考虑建筑结构的抗震抗倒塌能力的提高，设计人员需要考虑到不同等级地震对于建筑结构所造成的影响，并对这一过程进行持续的计算，确保最终的计算结果能够与实际情况之间相互吻合，并在这一接触上确保各项抗震结构能够保持一定的平衡性，并侧重于建筑结构与纵向重力作用之间的关系。
结语
综上所述，在高层建筑设计环节，工作人员要在确保建筑物安全的基础上，通过建筑结构优化处理尽可能的降低建筑成本，提高企业经济效益。这就要求相关设计人员不断优化建筑基础、建筑主体结构及建筑抗震设计，进而有效提升建筑结构设计方案的科学性，保证建筑工程建设质量，为我国建筑工程行业的进一步发展做出贡献。
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