高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化方法探析

孫 廣 （四川通信科研規(guī)劃設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，四川 成都 610041）

隨著高層建筑功能要求越來(lái)越多，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度逐漸提升，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就成為提升高層建筑質(zhì)量和效率的核心所在。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，不但需要呈現(xiàn)出設(shè)計(jì)的專(zhuān)業(yè)性和科學(xué)性，確保建筑能滿(mǎn)足大眾的實(shí)際需求，同時(shí)也要體現(xiàn)出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性，確保其滿(mǎn)足承重、抗風(fēng)、抗震等基本的要求，進(jìn)而滿(mǎn)足安全建設(shè)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，在確保安全的前提下，節(jié)約投資。

1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則

1.1 確定設(shè)計(jì)方案

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按照實(shí)際的地質(zhì)條件，需要對(duì)整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)行科學(xué)合理的確定。另外，設(shè)計(jì)人員還需要掌握高層建筑的荷載分布與結(jié)構(gòu)類(lèi)型，全面了解施工條件、影響因素等各個(gè)方面的內(nèi)容，通過(guò)綜合分析，確定最優(yōu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，進(jìn)而滿(mǎn)足高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量[1]。

1.2 確定設(shè)計(jì)工具

高層建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要使用相關(guān)的設(shè)計(jì)軟件，需要全面的掌握計(jì)算工具和制圖工具，確定使用范圍，這樣才可以確保高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的順利開(kāi)展。

1.3 確定施工材料

在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，設(shè)計(jì)人員需要以建筑工程的實(shí)際情況作為基礎(chǔ)，做好施工環(huán)節(jié)與成本之間的優(yōu)化與協(xié)調(diào)，進(jìn)而滿(mǎn)足評(píng)價(jià)方案本身的全面性，在具體的評(píng)價(jià)體系之中，需要有效的融合設(shè)計(jì)要求、工程材料以及施工工藝。另外，在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，對(duì)于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需要做好深入的研究對(duì)比，這樣才可以選擇出理想的結(jié)構(gòu)方案，進(jìn)而推動(dòng)工程建設(shè)的順利開(kāi)展。

2 某高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化

2.1 工程概況

本工程為商業(yè)大廈，建筑總共17層，其中地上共16層，地下1層，建筑總體高度達(dá)到87.6m，其結(jié)構(gòu)屬于鋼筋混凝土框架-抗震墻結(jié)構(gòu)。

2.2 結(jié)構(gòu)平面布置優(yōu)化

在形成方案與初步選擇構(gòu)件，并估算之后，直接輸入模型之中，但是需要找準(zhǔn)構(gòu)件尺寸不合理、參數(shù)設(shè)置不合理、結(jié)構(gòu)平面布置不合理等一系列的問(wèn)題，這樣才可以真正的解決問(wèn)題[2]。針對(duì)實(shí)際之中所衍生出來(lái)的方案，本文因?yàn)槠拗?，不做一一介紹，本文主要是針對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化結(jié)果來(lái)進(jìn)行分析，希望可以找到相對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化方案。

2.3 優(yōu)化結(jié)果及分析

2.3.1 優(yōu)化過(guò)程

優(yōu)化步驟流程圖

2.3.2 優(yōu)化成果

第一，基本指標(biāo)對(duì)比。基本指標(biāo)對(duì)比主要是針對(duì)優(yōu)化前后的差異進(jìn)行分析。

優(yōu)化前后的基本指標(biāo)對(duì)比 表1

第二，優(yōu)化前后經(jīng)濟(jì)指標(biāo)變化。

優(yōu)化前后的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比（萬(wàn)元） 表2

2.3.3 優(yōu)化總結(jié)

對(duì)于一個(gè)建筑方案的優(yōu)劣，要從安全、適用、美觀、經(jīng)濟(jì)等方面來(lái)綜合評(píng)價(jià)。當(dāng)具體涉及到結(jié)構(gòu)方案問(wèn)題時(shí)，因?yàn)榻ㄖ桨傅囊?guī)劃設(shè)計(jì)，已經(jīng)能夠滿(mǎn)足美觀與適用的要求，所以只需要考慮到剩余的安全和經(jīng)濟(jì)問(wèn)題。安全問(wèn)題和經(jīng)濟(jì)問(wèn)題是相對(duì)獨(dú)立，但又存在相互影響。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本控制指標(biāo)之中，主要就是結(jié)構(gòu)安全性的控制，同時(shí)也需要反映一個(gè)結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性，如剛重比，過(guò)大的剛重比，雖然能夠滿(mǎn)足安全性要求，但是卻呈現(xiàn)出經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)。針對(duì)這一點(diǎn)，第三方案的結(jié)構(gòu)構(gòu)成和構(gòu)件優(yōu)化之后的數(shù)據(jù)對(duì)比分析，在使用同等材料的前提下，能夠獲取更多的剛度，但是如果剛度過(guò)大，就需要適當(dāng)降低其剛度，最后減小剛重比，縮減至第一方案，同時(shí)，也可以節(jié)約材料[3]。

就安全性來(lái)看，主要是結(jié)構(gòu)的合理剛度，擁有足夠合理的剛度，可以防范變形過(guò)大，均勻的剛度也可以防范局部破壞，從而引起整體性破壞。其具體表現(xiàn)在剛重比、周期與振型信息、位移比、周期比等，這些指標(biāo)在體現(xiàn)安全性的同時(shí)也表現(xiàn)出結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)型。對(duì)于這一點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)優(yōu)化過(guò)程中，需要對(duì)比結(jié)構(gòu)自身的特性指標(biāo)以及結(jié)構(gòu)效應(yīng)指標(biāo)的變化，最終得到證明。這些指標(biāo)先變得富余，之后逐漸降低，同時(shí)也表現(xiàn)出安全與經(jīng)濟(jì)之間的相對(duì)平衡。對(duì)于經(jīng)濟(jì)性而言，材料的用量最具說(shuō)服力，無(wú)論如何去說(shuō)，最后都需要在滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)安全的前提條件之下，明確造價(jià)指標(biāo)。

總體來(lái)說(shuō)，評(píng)估方案，就需要考慮到設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)特性、結(jié)構(gòu)效應(yīng)以及造價(jià)幾個(gè)方面，具體而言，其又存在于一個(gè)設(shè)計(jì)的循環(huán)。

因此，在高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化中，就需要充分考慮各種影響因數(shù)，合理的分析各種方案，綜合選擇最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，這樣才能確保設(shè)計(jì)更加科學(xué)合理。

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理，會(huì)對(duì)建筑的整體安全性和經(jīng)濟(jì)性帶來(lái)直接的影響。目前，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題已經(jīng)成為普遍性的問(wèn)題，需要考慮到高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的現(xiàn)實(shí)要求，這樣的研究成果才能具有借鑒的意義。