簡析高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化

摘要：最近幾年，我國建筑設(shè)計越來越側(cè)重于高層建筑，但在實際建筑過程中，建筑的抗風(fēng)結(jié)構(gòu)、抗震結(jié)構(gòu)、消防設(shè)計、扭轉(zhuǎn)問題等方面出現(xiàn)了很多問題。因此，對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化也就提出了更高的要求。

關(guān)鍵詞：特點;設(shè)計方法;應(yīng)用;策略

引言

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個比較全面的工作，如果在此過程中因為一點小小的疏忽或者失誤都會造成不可預(yù)計的損失，給工作人員和使用者帶來安全隱患，所以這就要求有關(guān)的設(shè)計人員要有扎實的知識基礎(chǔ)，懂得在工作中靈活創(chuàng)新，要時刻保持嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的工作態(tài)度，加快對新型建材如高強(qiáng)、環(huán)保、輕質(zhì)的研究與應(yīng)用。

1、優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法

1.1建筑模型的優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計方法

一項大的建筑工程，先設(shè)計建筑模型，那么建筑模型的優(yōu)化是十分必要的。建筑工程的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計主要包括：基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計、圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計、屋蓋系統(tǒng)方案的優(yōu)化設(shè)計和結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計的優(yōu)化設(shè)計。除此之外，還需要做選型、布置、受力分析、造價分析等內(nèi)容的優(yōu)化設(shè)計。所有這些設(shè)計，都按照一切從實際出發(fā)的原則來進(jìn)行，根據(jù)工程的具體實際情況，圍繞房屋建筑的綜合經(jīng)濟(jì)效益的目標(biāo)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，首先要滿足設(shè)計意圖后，盡量使平面布置規(guī)則，縮小剛度和質(zhì)量中心的差異，這樣可以避免水平荷載與建筑物中太大的扭轉(zhuǎn)作用力。在豎直方向上應(yīng)避開使用轉(zhuǎn)換層，減少應(yīng)力集中現(xiàn)象。

1.2建筑模型的優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計的計算方案

完成計算方案的設(shè)定后只需編制相應(yīng)適用的運(yùn)算程序即可得到我們的最終優(yōu)化結(jié)果。然而，結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化涉及到多個變量、多個約束條件，這是屬于一個非線性的優(yōu)化問題，在設(shè)定計算方案時，需要將有約束條件轉(zhuǎn)變?yōu)闊o約束條件來進(jìn)行計算。建筑工程設(shè)計中常用的方法有Powell算法、拉氏乘子法和符合型等方法。利用這些方法來計算建筑模型的優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。

2、優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計在實踐中的應(yīng)用

在設(shè)計好了優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案后，就可以將該理論方法應(yīng)用于實踐之中。結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化，是目前一個比較普遍的課題，要達(dá)到利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方法在不改變適用性能的前提下達(dá)到降低工程造價的目的，將結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化方法應(yīng)用于實踐之中，這是我們建筑工程設(shè)計人員所追求的目標(biāo)。結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化設(shè)計應(yīng)用于項目的整體設(shè)計、前期設(shè)計，舊房改造，抗震設(shè)計等設(shè)計的各分部環(huán)節(jié)，發(fā)揮著巨大的效益。在按照結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的方法及模型進(jìn)行實踐的過程中，要注意下面的三個方面的問題。

2.1參與結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的前期工作

因為前期方案的確定直接影響建筑的總投資，而現(xiàn)在存在的普遍問題就是前期方案階段結(jié)構(gòu)設(shè)計并不進(jìn)行參與，建筑師進(jìn)行建筑設(shè)計時大多并不考慮結(jié)構(gòu)的合理性以及它的可行性，但是建筑設(shè)計的結(jié)果卻直接對結(jié)構(gòu)設(shè)計造成影響，某些方案可能會增加結(jié)構(gòu)設(shè)計的難度，并使得建筑的總投資提高。如果在方案的初期，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計就能參與進(jìn)來，那么我們就能針對不同的建筑類別，選擇合理的結(jié)構(gòu)形式，合理的設(shè)計方案，獲得一個良好的開端。

2.2將概念設(shè)計和細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化

概念設(shè)計應(yīng)用于沒有具體數(shù)值量化的情況，例如地震設(shè)防烈度，因為它的不確定性，計算式難免與現(xiàn)實有較大的差異，在進(jìn)行設(shè)計的時候就要采用概念設(shè)計的方法，把數(shù)值作為輔助和參考的依據(jù)。設(shè)計過程中需要設(shè)計人員靈活的運(yùn)用結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的方法，達(dá)到最佳的效果。

2.3地基基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化

化首先要選擇合適的方案，如果為樁基礎(chǔ)，那么要根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件選擇樁基類型，盡量節(jié)省造價。樁端持力層對灌注樁樁長的選擇影響很大，應(yīng)多進(jìn)行比較以確定最合適的方案。

3、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化對策

3.1優(yōu)化平面布局設(shè)計

在設(shè)計高層建筑時，常常會因為沒有做到三心合一而出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)情況，使建筑物出現(xiàn)質(zhì)量分布不均勻現(xiàn)象。因此在實際設(shè)計過程中，設(shè)計人員最好采用較為規(guī)則的圖形設(shè)計，如正方形、矩形、圓形、正多邊形等，這些圖形建筑質(zhì)量容易分配均勻，最好不運(yùn)用L形設(shè)計、T形設(shè)計、十字形設(shè)計，在遇有特殊地質(zhì)情況和結(jié)構(gòu)要求時，要依據(jù)嚴(yán)格的規(guī)定進(jìn)行設(shè)計，杜絕建筑物出現(xiàn)較大的突出部分，以保證建筑物的對稱性為最終設(shè)計目的。

3.2優(yōu)化抗風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

解決高層建筑由于風(fēng)力影響而出現(xiàn)的受損情況，主要做到下面幾點：一打好基礎(chǔ)，要使高層建筑具有良好的抗風(fēng)性能，首先要打好高層建筑的基礎(chǔ)。在設(shè)計基礎(chǔ)時可以應(yīng)用級配較高的砂石，在受力層增加抗拔錨桿。二做好高層建筑的耗能結(jié)構(gòu)設(shè)計。在設(shè)計高層建筑時，設(shè)計相應(yīng)非承重構(gòu)件時可以應(yīng)用耗能構(gòu)件，如樓板、剪力墻等，可以減少風(fēng)力對建筑的作用。三在設(shè)計中注意減少水平荷載和風(fēng)力疊加造成的破壞作用。高層建筑由于高度關(guān)系，在遇有強(qiáng)風(fēng)時常會產(chǎn)生結(jié)構(gòu)內(nèi)力，如果水平方面產(chǎn)生結(jié)構(gòu)內(nèi)力，再加上風(fēng)力的影響，則會產(chǎn)生更大的破壞力。[3]因此，在設(shè)計過程中要注意水平力的影響，在具體施工中應(yīng)用高性能混凝土，防止出現(xiàn)結(jié)構(gòu)內(nèi)力。四增大結(jié)構(gòu)的承載力和抗風(fēng)力。依據(jù)高層建筑的各項數(shù)據(jù)，進(jìn)行建筑的承載力計算和抗風(fēng)力計算，以此為前提制訂放大系數(shù)，才能保證高層建筑具有較高的抗風(fēng)作用。

3.3優(yōu)化抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計

在高層建筑設(shè)計中，抗震設(shè)計長期以來存在很多難點，筆者依據(jù)實際工作經(jīng)驗，總結(jié)了做好抗震工作的幾點要求：一是確定抗側(cè)力構(gòu)件的位置，在設(shè)計高層建筑時，如果能夠較好的保證水平方向的對稱性，則可以有效降低地震對高層建筑的影響，在設(shè)計時利用改變抗側(cè)力構(gòu)件的位置，可以在建設(shè)中形成應(yīng)力分布系統(tǒng)，與豎直方面的側(cè)力構(gòu)件結(jié)合在一起，形成更為完整的應(yīng)力分布系統(tǒng)，可以保證建筑具有更好的連續(xù)性和穩(wěn)定性，有效應(yīng)對地震。二是做好地基的抗震效果。在產(chǎn)生地震時，高層建筑的地基容易受到損壞，為了保證地基的安全性，可以增加樁基埋深，使樁基與上部結(jié)構(gòu)緊密聯(lián)系在一起，可以增加基礎(chǔ)的抗震能力。三設(shè)計高質(zhì)量的剪力墻。具有較高性能的剪力墻，在發(fā)生地震現(xiàn)象時，可以吸引建筑產(chǎn)生的內(nèi)力，使墻體和樓板的剛度增加，防止建筑物產(chǎn)生位移，具有較好的防震效果。四盡量簡化、一體化高層結(jié)構(gòu)構(gòu)件，利用簡單化設(shè)置扶壁、筒口、筒腳等，使建筑物保持對稱。還有，可以一體化設(shè)計柱子、樓板等，可以增加整體結(jié)構(gòu)的連續(xù)性和剛度，提高建筑物的抗震水平。

4、結(jié)束語

高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計是一個時間長而且復(fù)雜的施工過程，其本身就是一個包含很多因素的系統(tǒng)工程。所以為了搞好這項工程，就必須要了解，掌握其特點，采取行之有效的措施加以應(yīng)對，保證內(nèi)外的配合與協(xié)調(diào)，才可在確保質(zhì)量的情況下完成工程任務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]肖峻.高層建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計[J].中化建設(shè)，2008（12）

[2]尚梓.探究建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化[J].中國信息化.2011（3）6～12.