超高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案探討

摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)的改進(jìn)方案也越來越多，并且都向更高水準(zhǔn)發(fā)展。由于人們對建筑的要求越來越高，追求更加美觀、更實用的建筑，因此超高層建筑結(jié)構(gòu)體系日趨多樣性，需要更加重視超高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方案選擇。文章通過對超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計考慮因素提出了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的方案。

關(guān)鍵詞：超高層建筑；混凝土結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計；高強(qiáng)鋼筋；抗震結(jié)構(gòu)；平面剛度 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TU973 文章編號：1009-2374（2015）25-0088-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.25.043

科技的進(jìn)步和社會的發(fā)展，促使超高層建筑結(jié)構(gòu)不斷發(fā)生變化，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計顯得尤為重要，又加之國家建立節(jié)約型社會理念的不斷深入，所以建筑需求者和供應(yīng)者都對超高層建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計提出了更高的要求。超高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)主要分為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、組合結(jié)構(gòu)、新型結(jié)構(gòu)、智能建筑結(jié)構(gòu)，這四種建筑結(jié)構(gòu)存在遞進(jìn)的關(guān)系，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是最早的超高層建筑結(jié)構(gòu)，主要是由鋼筋和混凝土構(gòu)成，具有耐高溫、位移小等特點。隨著我國混凝土的不斷發(fā)展，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)也是超高層建筑中運用最廣泛的建筑結(jié)構(gòu)形式，然而智能建筑結(jié)構(gòu)又是在前幾種結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)代建筑技術(shù)和高新技術(shù)發(fā)展起來的新型超高層建筑結(jié)構(gòu)

形式。

1 超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計考慮因素

對于超高層建筑，不同于高層建筑，但又與高層建筑相似，這兩種建筑都是到達(dá)一定的高度，安全性就會成為主要的考慮因素，混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計作為建筑安全性的重要保證，在對于達(dá)到一定高度的超高層建筑進(jìn)行設(shè)計時，混凝土的優(yōu)化設(shè)計就顯得尤為重要，所以超高層建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計方案上需要充分考慮各方面的因素，從而保證超高層建筑的安全性。需要考慮的因素主要有以下三個方面：

1.1 建筑要求

對超高層建筑進(jìn)行施工時，需要確定建筑功能要求和建筑體型，因為這兩個部分為超高層建筑的主要構(gòu)架，對建筑的平面布置、層數(shù)規(guī)劃、地下層的層數(shù)以及地下室的布置都需要進(jìn)行實地考察，對每個細(xì)節(jié)都要嚴(yán)格把關(guān)，結(jié)構(gòu)設(shè)計必須和建筑設(shè)計密切配合。

1.2 樓層平面剛度

樓層平面剛度問題是建筑結(jié)構(gòu)中常見的問題，在設(shè)計基本的機(jī)構(gòu)觀念或者是結(jié)構(gòu)布置上缺乏必要的措施，雖然對程序采用了樓板變形的計算公式，但是編程在數(shù)學(xué)力學(xué)模型上的成立不代表在實際設(shè)計上能夠準(zhǔn)確無誤，這是由于不可抗力等因素的偏差導(dǎo)致計算的誤差性，從而導(dǎo)致建筑的不安因素增多，所以設(shè)計師需要通過對程序的計算和實際情況的考慮來反映結(jié)構(gòu)的真實受力狀況而避免于出現(xiàn)根本性的誤差，因此，這就要求設(shè)計師對結(jié)構(gòu)概念要求很強(qiáng)，同時也需要對樓層平面剛度的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行限制。

1.3 延性良好

超高層的延性其實就是在當(dāng)超高層受到地震的作用力或者是其他側(cè)向力作用的時候，超高層建筑的一種變形能力。在對結(jié)構(gòu)進(jìn)行多遇地震彈性時程分析時，建筑物高度的增加會使得結(jié)構(gòu)自重增加、重心位置也會提高，地震作用產(chǎn)生的水平力也會增大，所以在對建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)該充分考慮地震對建筑的影響。然而，抗震結(jié)構(gòu)一方面是超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中最重要的環(huán)節(jié)，另一方面也是超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中較復(fù)雜的一個環(huán)節(jié)，它需要綜合考慮到建筑結(jié)構(gòu)、建筑材料選擇以及墻體承重等抗震規(guī)范設(shè)計要求，在當(dāng)今的設(shè)計技術(shù)條件下，通過優(yōu)良的概念技術(shù)和合理的構(gòu)造措施可以使得超高層建筑有更好的延性，可以避免在地震作用下超高層建筑倒塌情況出現(xiàn)，保障人們的生命財產(chǎn)安全。

2 超高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的方案

2.1 合理使用高強(qiáng)鋼筋

在對超高層建筑進(jìn)行施工的過程中，對建筑使用的鋼筋量是影響整個建筑造價的一個重要因素。所以為了降低用鋼量，降低造價，節(jié)約建筑成本，在對超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時需要合理使用高強(qiáng)鋼筋，在超高層建筑位于深厚軟弱地基之上的情況下，高強(qiáng)鋼筋高優(yōu)化構(gòu)建截面尺寸的合理使用，通過減輕地基的承載量來降低基礎(chǔ)施工的難度，同時還可以縮減造價，減低施工單位的成本，從而達(dá)到更大的經(jīng)濟(jì)效益。而且，在對超高層建筑自重減少的情況下，可以減小超高層受地震破壞的程度，因為建筑的破壞程度與建筑的自重呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，自重越大，受損毀的可能性增大，破壞程度就越大，通過減少建筑的自重，也為建筑物的安全提供了

保證。

2.2 抗震結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

在對超高層建筑抗震結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計的過程中，需要通過專業(yè)的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計人員針對建筑特點以及地方的地震發(fā)生狀況進(jìn)行分析，以滿足建筑物抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范為基礎(chǔ)對建筑物的抗震結(jié)構(gòu)進(jìn)行嚴(yán)格設(shè)計。所以在進(jìn)行超高層建筑物抗震結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的時候，首先需要合理嚴(yán)謹(jǐn)?shù)剡x用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中的材料，眾所周知，鋼筋混凝土材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，梁柱是主要的受力載體，在工程建設(shè)中，采用高標(biāo)號的鋼筋混凝土可以減少梁柱等構(gòu)件的橫截面，減輕結(jié)構(gòu)本體的重量，促進(jìn)建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力的提升，比如在對剪力墻的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，應(yīng)該充分考慮到剪力墻的抗震要求，設(shè)置單獨的承重墻和承重柱，合理地匹配鋼筋混凝土與混凝土的投放比例，最大限度地發(fā)揮鋼筋混凝土的材料特性，保證剪力墻的抗震能力。同時還需要結(jié)合建筑材料的品種、質(zhì)量、價格以及對周圍環(huán)境的適應(yīng)程度來保證建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力、安全性最大化；其次在處理一道截面較長的抗震墻方面，設(shè)計師應(yīng)該充分利用其洞口設(shè)置成弱連梁，使每個墻段的高寬比不宜小于2，盡量將墻體分成單肢墻、多肢墻或者是小開口墻，從而提高抗震墻的變形能力，保證建筑的安全可靠；最后要加強(qiáng)我國建筑構(gòu)造規(guī)定的安全度以及抗震計算方法，通過對梁柱承載力匹配程度、軸壓比以及配筋率等抗震延性方面進(jìn)行嚴(yán)格規(guī)定，從制度上進(jìn)行改變和規(guī)制。

2.3 平面剛度的優(yōu)化

對于超高層建筑的機(jī)構(gòu)設(shè)計，平面結(jié)構(gòu)、建筑各部分的剛度和承載力是需要著重考慮的因素，首先在設(shè)計結(jié)構(gòu)時，為了避免造成施工過程中的麻煩，設(shè)計師應(yīng)該盡力將結(jié)構(gòu)的剛度、結(jié)構(gòu)中心和幾何設(shè)計到一點上，如果不能達(dá)到這個要求，將會造成施工隊伍的麻煩。而且最重要的便是扭轉(zhuǎn)問題，設(shè)計師需要充分考慮水平荷載力所受的各種因素；其次，通過對平面以及立面的選擇，來解決超高層建筑設(shè)計的問題。對于平面上的選擇，設(shè)計師應(yīng)該盡量保證剛度中心和質(zhì)量中心重合，這樣能縮小位移比，也可以增加規(guī)范規(guī)定的表格，對于立面上的選擇，設(shè)計師應(yīng)該將豎向抗側(cè)力構(gòu)件保持上下連續(xù)貫通；最后，對于建筑的美觀性的優(yōu)化，在結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，結(jié)構(gòu)足夠合理，與前兩點所說的一樣，都符合條件，但是建筑卻無法滿足人們的審美觀，實用性也不高，這就需要設(shè)計師在重視結(jié)構(gòu)概念設(shè)計的同時，還需要建筑結(jié)構(gòu)更加美觀和實用。

3 結(jié)語

綜上所述，在對超高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)該充分考慮各方面因素，通過考慮超高層建筑的建筑要求、剛度要求以及建筑對延性的要求，總結(jié)出對超高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方案。

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作者簡介：石鑫鋒（1986-），男，浙江紹興人，寧波新星商品混凝土有限公司助理工程師，研究方向：混凝土品質(zhì)

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