时间：2013-11-29 分类：建筑设计
摘要：高层建筑结构设计是一项复杂的系统工程，设计人员不仅要研究建筑地基、 基础及上部结构的共同作用，还应与其他各专业密切配合、 协调，确保计算的可操作性和准确性，实现经济、安全的结构方案，最终达到优化设计之目的。本文介绍了高层住宅建筑结构设计的基本要求，分析了高层建筑结构优化设计中存在的问题，提出了高层住宅建筑结构的优化设计措施。
关键词：高层住宅 建筑结构设计 优化
Abstract：The high-rise building structure design is a complicated system engineering, design personnel not only to the construction of foundation, foundation and the upper structure of common effect, still should be closely cooperate with each other and professional, coordination, ensure that the calculation of the operability and accuracy, to realize the economic, security structure scheme, and finally reach the purpose of optimization design. This paper introduces the structure of the high-rise residential buildings design basic requirements, analyzes the structure optimization design of high-rise building some existing problems and puts forward the structure of the high-rise residential buildings design optimization measures.
Keywords: high-rise residential buildings structure optimization design
中图分类号：TU3 文献标识码：A 文章编号：
高层建筑是随着社会经济的发展和人们生活的需要而发展起来的，建筑技术的进步，轻质高强材料的出现以及机械化、电气化、计算机在建筑工程中的应用，又为高层建筑的发展提供了物质和技术基础。高层建筑结构设计是一项复杂的系统工程，设计人员不仅要研究建筑地基、 基础及上部结构的共同作用，还应与其他各专业密切配合、 协调，确保计算的可操作性和准确性，实现经济、安全的结构方案，最终达到优化设计之目的。
一、高层住宅建筑结构设计的基本要求
1、 满足安全性和耐久性要求。住宅作为商品有其自身的特点， 使用寿命长、一次性投入大且在使用有效期限内一旦破坏会造成极大的人员伤亡和经济损失，即使较小的损伤也会造成较大的损失和恶劣的社会影响。因此， 结构安全性和耐久性是住宅结构设计的最基本的要求。结构体系的选择， 材料的选用，都应该有利于抗风抗震， 同时需采取符合规范的有效构造措施减少由于耐久性造成的结构损伤，使得建筑物在使用寿命期间发挥最大的经济社会效益。
2、满足舒适性要求。住宅建筑设计应该为住户起居的舒适性要求提供条件， 例如， 多种户型， 灵活分隔室内空间， 人居的热、光、声的环境等要求， 为此结构设计应较好地配合建筑和机电专业， 尽可能在居住空间中避免露柱露梁的压抑感和采用隔音较差的分隔墙材料， 使室内简洁明快， 隔声较好，给居住者创造一个幽静舒适的环境。结构方案中还应考虑住户日后改变分隔空间的可能性， 当采用剪力墙结构时， 宜采用大开间布置。结构设计中在满足结构安全的前提下还应赋予结构构件足够的刚度以满足舒适性的要求。
3、 满足经济性要求。随着城市土地成本、人力成本及材料成本的不断上涨，住宅作为商品， 开发商的利润空间越来越小， 土地成本作为固定成本一旦投入不可改变，只能通过减少材料和人力的投入来减少工程的造价；另一方面购房者则要求房屋设计布局好， 外观美， 房价适中， 质量上乘。因此， 结构设计应根据房屋的建筑场地、建筑平立面、层数多少、 户型布局等各种条件，在满足安全性、耐久性和舒适性要求的前提下设计出最为经济的建筑结构。首先，基础作为整个结构的根基，投入占整个结构的3成以上，应综合考虑排水、施工、安全等各方面因素选用适合现有场地的基础形式，减少投入；其次，上部结构应根据层数、户型、建筑物高度等选用合理的结构体系及合理的结构布局，使结构构件在保有一定的安全赘余度前提下能发挥最大的受力性能，最终减少投入。
二、 高层建筑结构优化设计中存在的问题
1、只重视构件截面尺寸的优化，即在给定结构的几何形状和材料的情况下，求出满足计算结果的最优构件截面，而忽视合理结构形式及结构布置对构件截面的影响。研究表明，合理结构形式优化比构件截面优化能取得更好的经济效益。 单纯的截面优化只能使得局部结构设计满足实际使用状况的要求。设计人员较普遍地认为结构计算有比较成熟的计算机软件进行分析计算，构件截面只要通过计算结果满足规范即可。结构在荷载工况下特别是地震作用下工作时，结构形式对整个结构的地震反应有极大的影响，要综合考虑上部结构刚度、场地类别等各种因素才能使建筑物满足抗震规范要求，也只有在保证满足抗震规范这个前提下构件的截面设计才有意义。
2、优化的目标还不能完全符合工程的需要。 由于实际结构问题往往十分复杂，存在设计变量多、条件繁、受建筑功能限制较大等难点，多种因素甚至不确定性因素使得结构设计只能得到相对经济的设计结果。目前尚没有实用的高层建筑优化分析软件，能够人为输入设计条件自动完成结构设计并且得到最优结果。 很多高层建筑设计项目，结构方案和布置还是比较合理的，其构件截面也是同类型结构中常用的尺寸，但是计算分析后还存在某些薄弱环节，为了改善这种受力状况，只有通过概念设计采取合理的结构措施消除薄弱环节的危害性，仅增大构件截面不仅不能得到明显改善，反而可能会徒增耗材量。#p#分页标题#e#
三、高层住宅建筑结构优化设计措施
1、高层建筑结构设计是一项复杂的工程，前期必须加强结构概念设计，使得整体方案经济、合理、可行，具体要求高层建筑要有适宜的高度、高宽比。不同的结构形式采用合理的结构高度能够很好的控制工程的造价；高层建筑的高宽比，是对结构刚度、整体稳定、承载能力和经济合理性的宏观控制。只有结构体系、结构布置合理，才有可能在同样的荷载作用下达到最大的抗力功效。
2、高层建筑结构平面形状、竖向体型宜规则、均匀。高层建筑混凝土结构技术规程规定：在考虑偶然偏心影响的规定水平地震力作用下，楼层竖向构件最大的水平位移和层间位移，A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍。结构平面布置中竖向构件必须考虑有利于抵抗水平和竖向荷载，受力明确， 传力直接，均匀对称， 减少扭转影响。所以在布置结构构件时， 应使结构均匀分布， 令荷载合力作用线通过结构刚度中心， 以减少扭转影响。结构刚度不对称产生扭转时， 单单通过增加刚度效果不一定明显，力求均匀对称才是关键，有时通过减小对应侧的刚度使得刚度分布均匀可能效果更好。在满足规范规定轴压比的要求下，合理的结构布置能够大大的降低结构成本且能取得更大的地震抗力。
3、限制结构的抗扭刚度不能太弱。高层建筑混凝土结构技术规程规定: 结构扭转为主的第一自振周期 Tt与平动为主的第一自振周期 T1之比， A级高度高层建筑不应大于 0.9。当两者接近时，由于振动耦联的影响，结构的扭转效应明显增大。扭转耦联振动的主方向，可通过计算振型方向因子来判断， 在两个平动和一个转动构成的三个方向因子中，当转动方向周期比大于0.5时， 则该振型可认为是扭转为主的振型。当不满足以上要求时，宜增大结构的抗扭刚度。如在满足层间位移比的情况下，减小某些 (中部 ) 竖向构件刚度， 增大平动周期， 加大端部竖向构件抗扭刚度，减小扭转周期。
4、不规则楼板的加强处理。在居住建筑中由于平面使用功能的需要， 常出现不规则楼板，不规则楼板受地震作用复杂，往往是震害严重的地方，且不规则楼板对整体抗震性能也有影响，所以必须采取加强措施。以往处理方法是在缺口设梁，这样影响建筑的美观。现在设计中改设暗梁，梁适当加宽。楼板的承载力潜力较大，计算时可按一般梁计算，通过梁板的整体作用提高抗震性能。
5、高层建筑的基础形式应整体性好，能满足地基承载力和地基基础规范容许变形的要求，并能调节地基不均匀沉降。高层住宅建筑常采用平板式筏基和梁板式筏基。对比平板式筏基和梁板式筏基，平板式筏基与梁板式筏基相比较具有节约钢材、混凝土， 施工工期短等优点。住宅建筑一般开间小，即剪力墙间距小，剪力墙可简化为深梁，刚度大，完全可以起到梁板式筏基中基础梁的作用。采用中国建筑科学研究院编制的 JCCAD软件，用有限元法对不同基础形式进行基础计算，发现平板式筏基和梁板式筏基的板厚及配筋相差无几，但梁板式筏基却有基础梁，材料及施工费用大大增加。当采用梁板式筏基时有的基础梁的刚度达不到它所应起到的刚度作用。从综合经济效益分析， 对于采用剪力墙结构形式的高层住宅平板式筏基比梁板式筏基更经济合理。
综述，建筑构设计的首要任务是满足建筑功能的需求，实现建筑物适用、 安全、美观、经济的目标。实现安全与经济的最佳结合，也是衡量一个结构设计人员专业水平和能力的主要标准。结构工程优化设计的关键是对整体方案的把握，只有通过合理的抗震概念设计，采取合理的结构形式和结构布置，才能做出真正的经济的结构设计
参考文献：
[ 1 ]王燕， 王维. 浅谈高层建筑结构分析与设计 [ J] . 山西建筑， 2008 ( 05) .
[ 2 ]张晓芬. 浅析高层建筑结构设计中存在的问题 [ J] . 科技情报开发与经济. 2007 ( 34) .
[ 3 ]高新艳， 杜秀丽. 钢筋混凝土结构优化设计 [ J] . 山西建筑， 2007 ( 8) .
[ 3 ]《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010
建筑设计论文发表http://www.uuqikan.com/jzsjlw/
