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摘要：在社会经济快速发展的背景下，城市建筑用地资源日益紧张，高层乃至超高层建筑项目不断兴起，在城市建筑领域中占据着相当重要的地位，并带动着建筑行业的蓬勃发展。高层建筑结构复杂，具有自身的独特性，所以其结构设计的问题是高层建筑建设中的重要组成部分。本文从高层建筑的结构特点出发，探讨了高层建筑的设计原则，提出其设计和建设过程中应当重点注意的问题，从而提出了相关方法，希望能对实践产生一定的指导作用。
关键词：高层建筑；结构；设计；优化
1 引言
我国当前建筑工程项目建设领域正逐步向着高层，乃至超高层方向发展，对建筑力学结构设计提出了更为严格与具体的要求。从这一角度上来说，设计人员必须在满足建筑物使用要求与质量的基础之上，对建筑结构设计方案进行不断优化与完善，以此为高层建筑质量水平的提升奠定基础。立足于当前高层建筑领域新型材料大量应用、消能减震与隔震设计推广应用、智能建筑技术快速发展的客观背景，高层建筑结构优化设计中呈现出了设计内容过于复杂、优化结构尺寸过多等不足之处。
2.高层建筑发展的未来趋势
2.1新型材料的应用
随着现代科学技术发展水平的不断进步与提升，高层建筑领域中高性能混凝土材料的研究与开发力度不断提高，产生了一系列具有突出性能优势的新型材料，并对改善传统混凝土材料强度、韧性缺陷起到了重要作用。高强度混凝土材料的应用能够有效减少高层建筑结构施工中的关键构件尺寸，进而降低结构自重，提高结构安全性与可靠性水平。除此以外，高层建筑领域钢结构中FＲ钢的应用能够显著提高高温状态下的结构强度，降低钢结构材料防火保护层厚度，对控制钢结构成本造价，提高高层建筑综合经济效益有重要价值。
2.2消能减震与隔震设计的推广应用在当前建筑结构设计领域中，抗震结构体系多以延性结构为主，通过对结构物刚度进行控制的方式，允许地震作用下结构构件自行进入非弹性状态，并在保持延性水平的前提下最大限度的消耗地震能力，以减轻地震作用力对建筑结构所产生的影响。而高层建筑的结构中，是否能够有效地减震，其前提是需要提前将被动耗能的装置设计出来，以便将一定的附加阻尼或者附加刚度提供给建筑物结构，从而将结构构件需要承担的那一部分地震能量消耗掉，以便将结构中的动力反应降低，最终有利于将高层结构建筑中的损伤和变形程度降低。
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2.3智能建筑技术的发展众所周知，高新技术产业与现代建筑技术的不断融合促进了智能建筑的兴起与发展，智能化建筑已成为目前高层建筑领域中主流发展方向与趋势之一。智能建筑技术的主要构成要素包括四个方面，分别为建筑、装备、经营以及服务，要求上述四个要素分别优化并相互联系，以达到最佳组合，获得具有高功能、高舒适度以及高效率的建筑物实体。现代智能建筑应当涵盖包括设备自动管理系统、办公自动化系统以及通讯网络系统在内关键系统技术，并通过现代4C技术的应用，构成一套完整的智能化建筑结构系统，从而面向社会大众提供安全舒适的生活工作环境。而随着智能建筑技术的不断发展，建筑设计人员必须高度重视智能建筑中基本要素的内在联系，以最优化的设计方案面向受众提供高度安全、便利快捷且优雅舒适的环境空间，满足多样化的功能需求。
3高层建筑结构优化设计的不足
3.1设计内容复杂与国外高层建筑发展经验相比，国内高层建筑的发展时间相对较短，高层建筑结构设计缺乏丰富的实践理论支持，且尚缺乏与我国实际需求相契合的建筑结构设计软件技术。由于高层建筑结构设计优化中存在大量的变量因数，且结构复杂程度越高，变量因数越多，现有软件技术难以实现被动变量与主动变量的区分，仅能够求出相对最优解，因此导致建筑结构的设计优化难以得到进一步发展。
3.2优化结构尺寸过多在高层建筑物结构材料性能、荷载作用力以及几何形状既定的前提条件下，结构设计人员可将与设计条件相符合的最优化构件截面求解出来，但也在一定程度上忽视对建筑结构整体的优化工作。实际上，形状优化是高层建筑结构设计优化中最为重要的内容之一。
4结构优化设计的解决措施
4.1选择合理设计方案在对高层建筑结构进行优化设计的过程中，工作人员首先需要对建筑物结构的使用性质进行分析，充分掌握各种变量因数，提取有效的设计方法，如直接优化法或间接优化法。以材料消耗量为关键，该指标直接影响了建筑物结构构件的截面尺寸大小，构件截面尺寸必须满足通过力学分析所得到的强度计算值以及位移变形等条件。但是由于数学解析的方法难以准确表达目标函数，因此无法通过求解极小值的方式得到最优的结构设计方案，从这一角度上来说，针对高层建筑结构方案的优化只能采用直接优化法来解决，即给目标函数中变量以已知值，经过试算使其满足一定的约束条件，求得其目标值，并找出使目标值逐步变小而趋向最佳值的路线或方向，以达到目标函数的最优值。
4.2合理的优化设计针对高层建筑结构设计方案中的关键部位，还必须重视对针对性优化设计方案的应用。如对于加强层进行优化设计。加强层是指高层建筑中于适当楼层设置的具有一定刚度的水平型伸臂构件，多设置于建筑物结构中部以上区域（相较于设置于顶部的构件而言，中部设置构件的方案能够更好的控制结构顶部侧向位移，缓解地震作用力下对建筑结构的内力影响），这一点必须在加强层结构设计中引起重视。
5结语
在建筑领域中，结构优化设计的核心概念是指：建筑工程结构在满足约束条件的前提下，根据预定目标求出最优方案的特殊设计方法。结构方案的选择，正确的结构计算，以及材料利用率的提高均是高层建筑结构优化设计中必须予以关注的内容。然而，我国当前建筑领域针对结构设计工作仍然存在一定的不足与问题，直接影响了建筑结构的性能。
参考文献
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[2]陈凤奇．浅述框架－剪力墙高层建筑结构优化设计研究［J］．建筑工程技术与设计，2016（7）：655.
[3]廖勇．高层建筑结构设计相关问题探讨［J］．科技致富向导，2012（15）：386．
论文作者:张曦
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第13期
论文发表时间:2017/10/12
标签：结构论文; 建筑结构论文; 高层建筑论文; 高层论文; 构件论文; 结构设计论文; 建筑论文; 《建筑学研究前沿》2017年第13期论文;