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摘要：随着国民经济的快速发展，加上科学技术的不断进步，我国高层建筑行业取得了重大的突破。越来越多的高层建筑对我们的设计提出了新的课题，节约成本降低造价成为开发商必谈的话题，因此结构优化成为我们设计师面临的新课题，高层建筑结构设计是否合理，不仅仅影响到高层建筑安全性，而且还直接影响到高层建筑的工程造价。本文主要研究高层建筑结构设计原则，探讨高层建筑结构设计问题与策略，为设计单位在高层建筑结构设计方面的进一步开展提供借鉴。
关键词：高层建筑；结构设计；优化设计
引言
高层建筑已经成为现代城市发展的主要方向，并且也成为反映现代城市繁荣与进步的重要标志。现代建筑功能越来越多，结构体系也日趋复杂，因此建筑结构设计也必须与时俱进，以保证设计方案的科学性、合理性。
1高层建筑结构设计的特点
一是结构受力状况。超高层建筑结构整体的柔性和承载力受建筑受力均衡性的影响，建筑受力均衡性对在强震环境下超高层建筑的稳定性有重要的影响，因此我们在对超高层结构设计过程中要切实关注受力状况，加强对结构构件和连接点之间的受力状况的监测，确保强震环境下临时能量对超高层建筑的冲击，确保受力平衡，保障主体结构的完整性。二是轴向变形问题。超高层建筑的竖向载荷大，能够使得柱中引起较大的轴向变形，进而影响连续梁弯矩，这一方面会造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小，另一方面还会造成跨中正弯矩和端支座负弯矩值的增大，同时也对预制构件的下料长度产生影响。因此，我们要加强轴向变形的计算，从而及时调整下料长度，调整结构剪力和侧移的影响。三是结构延展性。结构延展性是超高层建筑的一个重要设计指标，与低层楼房相比高层楼房结构更加柔软，这导致其在地震作用下的变形也更大，为了避免地震情况下的倒塌，使超高层建筑结构在塑性变形后仍然具有一定的变形能力，需要我们在构造上采取一定的措施来提高建筑的延性。
2高层建筑结构优化设计中存在的问题
现在高层建筑结构优化设计的应用远远脱离了施工实际，理论发展的进度相当缓慢，特别是在土木建筑领域当中，优化设计还没有被得到广泛的认知和关注，出现这种状况的原因有：
2.1只重视结构尺寸的优化，而忽视结构整体的优化
这种优化形式在给定的集合形状、材料和拓扑的情况下，只需要计算出最优构件界面即可。但是从理论上和实践应用上，结构的整体优化意义远强于结构尺寸的优化，若仅采用尺寸优化，就不可能得出最优的结果，因此整个设计就不够使人完全满意和令人信服。这种设计误区的表现形式为，设计人员在设计的过程中，对建筑体的上部结构的优化不够重视。其认为上部结构对于下部结构（地基部位或地下室）特别是软土地基的意义不大，所以在处理上部结构的数据时，往往只是简单地采用电子计算机软件来进行数据分析，对于构件截面的设计只要求满足规范即可。因而在设计的过程中，上部结构的截面优化所能达到的经济效应没有被予以足够的重视。
2.2结构优化的目标不能完全达到建设工程的标准
在高层建筑的实际结构中，结构的复杂程度超出了人的想象范围，所以实际结构的问题相当复杂，其中存在很多节点，例如：约束条件多、设计变量多、建筑功能限制优化等难点。由于多种不确定因素的干扰，使得目标函数在处理过程中往往会远离准确的结果，最后建立起的数据模型只能是将结构设计做到相对的优化。在目前的计算机软件领域中，还没有开发实用性相对较高的高层建筑结构优化分析软件，通过目前通用的计算软件，仅仅依靠几次简单的计算，并不能将截面的优化设计计算到最佳效果，所以，这种优化方式并不是最合适的方法。在许多的高层建筑优化设计当中，结构布置和方案是比较合理的，截面设计也是常用尺寸，但是在分析计算后，一些薄弱环节依然存在，为了改善受力分布，以增大构件面积，却不能很好的起到应有的效果，反而浪费了耗材。
3高层建筑中的优化设计方案
3.1将概念设计和细部结构设计进行优化
所谓概念设计实际上也就是指一些没有具体的数值来进行量化的指标，包括地震裂度以及其本身的不确定性等，因此在进行设计计算的时候难免会和现实产生较大的差别，正是在这样一种背景下我们才需要在对这样一种指标进行设计和确定时选择使用概念设计的方法，将数值仅仅只是作为辅助或者是参考的依据来进行。在这样一种设计的过程当中更为强调的就是设计人员本身的灵活性以及应用结构设计优化方法的能力，这样良好的结合才能够真正实现效果上的最优化。因为细节是构成整体的单位，所以对各种设计细节的严格管理，也就可以实现整体的功能的有效发挥，因此，在建筑结构设计的施工过程中，应该重视对建筑细节的处理。
3.2将抗震构造以及框架梁设计进行优化
为了进一步提高城市高层建筑结构设计的安全性以及稳定性，建筑结构设计单位在高层建筑结构设计方面做出了重大的努力，取得了重大的突破，高层建筑结构安全性以及稳定性水平得到进一步提升。但是由于我国的建筑物抗震标准较低，在抗震与构造方面，很难处理好结构设计与抗震烈度之间的关系。为此，在实际的高层建筑抗震与构造设计中，抗震与构造设计需要有一定的弹性，这样才可以满足高层建筑结构设计安全性以及稳定性要求。举例来讲，中震烈度的重现期是475年，被超越率是10%;大震的重现期约为2000年，被超越率是2%。我国建筑构造规定的安全度及抗震计算方法也相对较低，且在轴压比、配筋率以及梁柱承载力匹配程度等抗震延性的相关规定也不够严格。结构设计造价在建筑整体投资之中比例的减少也应给予重视，尤其是在高烈度区域应有严格的抗震方法以及构造措施来保证建筑物结构的稳定性与安全性。另一方面，在实际的高层建筑结构设计过程中还需要进一步解决与框架柱和剪力墙相连的框架梁设计问题。就高层建筑结构的截面设计而言，竖向变形差过大通常会导致与框架柱和剪力墙相连的框架梁出现超筋现象，进而影响到框架梁截面设计。
3.3对建筑结构中抗侧力体系进行优化
现代高层以及超高层建筑的安全性可靠性保证通常会受到结构的抗侧力体系影响，合理的抗侧力体系能够保证其安全性。因此在对建筑结构的抗侧力系统选择时应当注意：
3.3.1建筑的高度
是结构体系选择的主要影响因素，通过结合实践可以总结如下规律：对于建筑高度同结构的抗侧力体系选择，当建筑物高度小于100米时，通常采用框架结构、框架-剪力墙结构、剪力墙结构作为抗侧力体系；当建筑物高于100米低于200米时，通常采用剪力墙结构、框架-核心筒结构作为抗侧力体系；而当建筑物高度在200-300米之间时，通常采用框架-核心筒结构、框架-核心筒-伸臂结构作为建筑物的抗侧力体系；建筑物高度在300米-400米之间时，框架-核心筒-伸臂结构以及筒中筒结构是常见的抗侧力体系；而建筑高度高于400米低于600米时常用的结构抗侧力系统为，筒中筒-伸臂结构，巨型框架/桁架/斜撑结构、组合体结构。
3.3.2在建筑的设计上
应尽可能地确保结构抗侧力构件相互联结、组合为一个整体。
结语
当然，高层建筑的结构优化设计不仅仅局限于上述几个方面，还涉及到房屋结构抗震性设计、合理使用高强混凝土和高强钢筋、柱箍筋和框架梁的间距设计等方面。通过这些结构优化设计，以达到最终节约成本，同时又保证了工程质量的目的，使之成为最舒适和最科学的建筑体。高层建筑结构的优化设计是每一位设计师在设计领域中必须认真考虑的问题，也是其职业追求的目标之一。
参考文献
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