高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計分析研究

劉亭亭

摘要：目前，我國的高層建筑在不斷的增多，城市建筑用地資源日益缺乏，高層甚至超高層建筑項目日益增多，在城市建筑領域中扮演著十分重要的角色，并促進了建筑行業(yè)的健康發(fā)展。高層建筑項目建設中，混凝土結(jié)構(gòu)設計質(zhì)量水平直接影響高層建筑物的整體性能，怎樣優(yōu)化高層建筑結(jié)構(gòu)設計是業(yè)內(nèi)人士十分關注的問題。本文通過對高層建筑未來發(fā)展趨勢進行分析，對高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計中存在的缺點進行探討，并給出高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計的解決措施，以期可以為建筑混凝土結(jié)構(gòu)設計方案的優(yōu)化與發(fā)展作出貢獻。

關鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)；設計；優(yōu)化

引言

從古至今，建筑就是人類文明的象征和人類進步的標志?，F(xiàn)階段，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展及城市化進程的加快，為了合理利用有限的土地這種不可再生資源，我國建筑正在發(fā)生著巨大的改變，主要表現(xiàn)為形態(tài)向高層發(fā)展，可以說，發(fā)展高層建筑已成為建筑業(yè)發(fā)展的一種必然趨勢。但是，隨著建筑高度的增加，以及建筑內(nèi)部空間的擴大，結(jié)構(gòu)設計的安全性及穩(wěn)定性越來越凸顯，越來越引起人們廣泛關注和重視。而鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)作為我國傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，因其具有造價低、耐久性好、結(jié)構(gòu)造型靈活、整體性好等優(yōu)點，而被廣泛應用于各種工程結(jié)構(gòu)中。因此，對于高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計進行研究非常重要。

1高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)基本概述

隨著城市人口不斷增多，人們對空間的需求越來越大，高層建筑便得到了建筑行業(yè)的親睞，越來越多的高樓大廈在城市中拔地而起，在看到城市繁榮發(fā)展的同時，我們也應當保證好城市中人們的人身安全。高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)是保證高層建筑安全性的基礎，無論是混凝土的材料類型，還是高層建筑中每一部分的結(jié)構(gòu)設計，都對整個高層建筑的安全能力和使用能力起著決定性的作用。因此，研究和改善高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)是未來城市進一步發(fā)展需要完成的首要任務。

2高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計對策

2.1經(jīng)得起考驗的優(yōu)化設計

在進行高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案設計時，大多數(shù)設計人員沒有充分考慮持久性設計，在高層建筑建中總是發(fā)生由于外力和環(huán)境因素影響出現(xiàn)問題的情況，造成高層建筑極易遭受損壞，對高層建筑整體結(jié)構(gòu)的安全性產(chǎn)生影響。所以，在高層建筑中，優(yōu)化高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設計方案，對高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化進行充分考慮，確保高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案的合理性、耐久性和實用性，使高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計成本降低最低。按照高層建筑的實際情況設計科學合理的高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案：①確保高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的對稱性和規(guī)則性，確保高層建筑物質(zhì)量能夠均勻分布，避免發(fā)生倒塌情況。②科學合理設計高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)布局，對高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設計不斷進行創(chuàng)新和優(yōu)化，確保高層建筑的耐用性。③優(yōu)化設計方案要確保高層建筑的美觀性，使高層建筑與周圍環(huán)境相互協(xié)調(diào)，防止發(fā)生建筑錯層、多面與四周環(huán)境不和諧等情況。

2.2嵌固端位置設計

高層建筑一般狀況之下會添加人防結(jié)構(gòu)以及地下室結(jié)構(gòu)，在人防頂板以及地下室頂板上設置嵌固端。嵌固端的位置對于高層建筑結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生不同程度的影響，在設計過程中如果忽略此問題則會導致高層建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)細節(jié)問題。例如，在嵌固端的上下層剛度設計過程中，要分析限制范圍、嵌固端樓板設計以及結(jié)構(gòu)縫位置是否協(xié)調(diào)，要分析上下層的抗震等級是否一致等問題，加強細節(jié)分析與設計，合理的大量設計變更分析，對建筑結(jié)構(gòu)安全結(jié)構(gòu)進行系統(tǒng)分析，合理設計。

2.3高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)方案的設計要點

高層建筑的生命周期中需要承受水平和豎向雙向荷載，而混凝土結(jié)構(gòu)設計對高層建筑物的質(zhì)量以及功能具有重要的影響，為此，我們要強化并重視高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設計過程中容易出現(xiàn)差誤的重點內(nèi)容，以確保高層建筑的安全性。具體如下：1）選用最優(yōu)的結(jié)構(gòu)形式。高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)在進行方案設計時，要根據(jù)實際情況合理的選擇最適合的結(jié)構(gòu)形式。目前，其常用結(jié)構(gòu)主要包括框架、框剪、剪力墻和筒體結(jié)構(gòu)等，而這些結(jié)構(gòu)根據(jù)其自身的特點都有最為適用的情況，如框架結(jié)構(gòu)一般主要適用于高度低于60m，框剪結(jié)構(gòu)一般主要適用于商品房或者高度低于120m的建筑設計中，筒體結(jié)構(gòu)尤其適用于超高層（大于150m）或者摩天大樓中等。2）注意結(jié)構(gòu)的整體布局和造型。這要求設計人員在滿足結(jié)構(gòu)適用性、安全性和美觀性的基礎上，充分運用自己的建筑設計專業(yè)知識，盡可能地優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的平面布置和豎向布置工作，避免建筑局部因突變或者削弱而形成薄弱部位，進而確保整體建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性、均勻性和簡單性。3）優(yōu)化構(gòu)件截面。要求在綜合結(jié)構(gòu)安全性和經(jīng)濟性的基礎之上，要盡量選用成本性價比較強的構(gòu)件截面，不能為了節(jié)省成本而選擇過小的建筑構(gòu)件截面，進而導致結(jié)構(gòu)設計安全風險的增大。4）設置合理的沉降縫和轉(zhuǎn)換層等。相鄰高層建筑物之間高度差異過大會引發(fā)地基承載變形問題，在此種情況下設計人員應根據(jù)具體情況設置沉降縫。設計人員應根據(jù)具體情況，在框剪結(jié)構(gòu)中上部框架結(jié)構(gòu)和下層剪力墻的交接部位設置轉(zhuǎn)換層，同時采用其他加固措施，防范承載力突然改變的問題，以確保整體建筑的質(zhì)量。

2.4加大力度對剪力墻的優(yōu)化設計

對剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計，主要是對高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)中的連接橫梁進行優(yōu)化設計，因為連接橫梁是高層建筑剪力墻優(yōu)化設計中的重中之重。在優(yōu)化設計連接橫梁的過程中，一旦剮度增加，在發(fā)生地震時剪力墻結(jié)構(gòu)所要承受的壓力也會不斷增大。這樣要想增強住高層宅建筑抗震能力，就要大量使用鋼筋，因而導致材料費用的增加。所以，在進行連接橫梁優(yōu)化設計時，會將連接橫梁的截面和剛度設計的比較小。

結(jié)語

高層建筑必將成為未來城市建筑行業(yè)主要的發(fā)展對象，優(yōu)化建筑的設計，改良混凝土建筑結(jié)構(gòu)是促進高層建筑大力發(fā)展的重要前提，堅持結(jié)構(gòu)設計的基本原則，以改進當前高層建筑中的主要問題為首要任務，以現(xiàn)有的設計理念和設計專業(yè)知識作為依據(jù)，以高層建筑實用性、安全性和美觀作為前提保障，制定符合當?shù)氐刭|(zhì)、氣候條件的高層建筑結(jié)構(gòu)設計方案，對混凝土結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設計，才能保證高層建筑在未來的順利發(fā)展。

參考文獻：

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