高层建筑混凝土结构优化设计分析研究

摘要：高层建筑混凝土结构体系较为复杂，其设计工作的经验、技术都有了较大发展。在此背景下，开展高层建筑混凝土建筑结构设计要注重其布局，采取有效措施优化其结构平面状况，选择安全、合理的结构类型，满足高层建筑建设整体需求。

关键词：高层建筑;混凝土结构;基本原则;优化设计

一、高层建筑混凝土结构优化设计的意义

传统的高层建筑混凝土结构设计工作中，受到一些因素的影响，经常会出现稳定性与强度问题，不能确保各方面工作效果。而在结构优化设计的工作中，可以按照具体的稳定性标准、强度标准、规范性标准等执行工作任务，改善当前的工作现状，提升结构的抗震性能、承载能力，具有重要意义。

二、高层建筑混凝土结构优化设计的基本原则

（一）从根本上有效满足高层建筑混凝土结构的功能要求

在针对高层建筑混凝土结构进行优化设计的过程中，要充分确保相应的功能要求得到充分的满足，这是基本原则。对功能的要求，主要体现在以下几个方面：首先，充分确保整体结构的安全性，这在结构优化设计过程中是必须着重考虑的首要问题，要确保在全生命周期内可以有效抵抗各种外来因素的影响和干扰，确保整体混凝土结构更安全稳定，可以经受外力的影响而始终保持应有的性能和质量。其次，要确保高层建筑混凝土结构的适用性全面增强，使整体结构在既定的全生命周期内充分满足使用性要求。经过时间的积累，整体结构的变形程度、墙体裂缝等相关性能都可以保持在优良的状态，具备应有的安全性和稳定性，不会超过限定标准。最后，要以充分确保混凝土结构的耐久性显著增强为基准，使整体结构在既定的范围内不会削弱其耐久性，符合相对应的设计要求和技术标准，从根本上有效规避结构因为外界因素的影响而出现严重的腐蚀问题等。

（二）从根本上有效提升高层建筑混凝土结构的可靠性

高层建筑混凝土结构的可靠性主要指的是，高层建筑混凝土结构能够在标准的条件和规定的时间内，充分呈现出应该具备的预定功能和相关性能。该可靠性体现在高层建筑在具体年限范围内满足相对应的使用需求，通过相对应的技术手段进行加固处理和翻新，仍然可以使此类高层建筑有效应用并呈现出应有的价值。

三、高层建筑混凝土结构优化设计分析

（一）合理布置建筑平面结构

高层建筑平面布局结构会对建筑抗震性能产生较大影响，而抗震性能是所有建筑进行结构设计时必须重点关注的基础性工作。在具体设计工作中，要按照高层建筑抗震设计原则、要求、标准等进行设计，关注混凝土结构材料对建筑抗震性能的影响，根据建筑楼层高度选择合理的抗震等级。一般情况下，简单、对称、规则的建筑结构能够提升建筑整体的抗震能力，并且消耗地震释放的部分能量，能够很好地弱化地震的延伸作用，降低地震对高层建筑的破坏。而对于多塔结构、顶部塔楼结构等要掌握其振型数，合理控制其大小，做好设计数据核算，严格遵循标准规范设计要求，遵循抗震设计理念开展工作，在满足建筑建设要求的基础上，尽量选择规则性较强的平面结构，进而提升高层建筑混凝土结构的抗震性能。

（二）选择有效的抗侧力结构形式

高层建筑抗侧力结构系统能够提升建筑水平抗震性能。日常混凝土结构设计，要综合建筑功能性、高度、结构等要素进行考虑，选择有效的抗侧力结构形式。若建筑高度小于50米，且内部空间要求标准高，可以选择框架结构作为混凝土结构抗震体系，以便充分利用框架結构的灵活空间;若建筑高度在100米左右，可以选择剪力墙结构，确保高层建筑混凝土结构刚度满足标准要求，且结构水平位移较小;对于建筑空间、结构类型都要求较高的建筑，可以选择框剪结构、框筒结构等进行设计，在满足高层建筑功能性要求的同时保障结构抗侧力刚度达标。

（三）关注薄弱层结构的设计工作

高层建筑薄弱层的设计非常关键。这主要是由于薄弱层会在外部强烈的地震作用下，出现屈服形变问题，给混凝土结构带来较为严重的安全影响。因此，在高层建筑混凝土结构设计期间需要对结构薄弱层进行重点关注，选择有效的设计方法提升整体结构安全性。若高层建筑混凝土结构竖向结构刚度不连续，而楼层刚度比低于标准规范要求，就出现了结构薄弱层。此时，在设计过程中，需要借助放大调整系数调整结构薄弱层的构件设计，确保薄弱层安全标准满足规范要求，提升整个高层建筑抗震能力。

（四）优化转换层结构设计工作

高层建筑底部各层对建筑空间要求存在多种标准，这就需要在高层建筑当中设计转换层来完成整体的结构转换。高层建筑混凝土结构转换层设计需要关注转换层上下竖向结构设置是否合理，是否能够将落地剪力墙百分比控制在合理范围，并解决建筑竖向结构构件刚度突变问题。若无法合理设置建筑转换层内部结构形式，很容易造成高层建筑竖向刚度突变性转变，进而出现抗震不利的薄弱点，影响高层建筑整体结构安全。对高层建筑混凝土结构转换层上下两部分的刚度来说，需要严格控制其刚度比，确保能够提升建筑竖向构件的抗侧力，来降低建筑整体竖向构件刚度突变造成的问题，使整个高层建筑混凝土结构位移比、整体性、刚度比都能满足标准规范要求。另外，还要通过设计控制高层建筑上部的竖向构件数量，以便降低转换层结构的刚度差值，避免混凝土结构转换层发生突变性的刚度转换，保证高层建筑整体结构能够满足工程建设要求。

四、结语

在高层建筑混凝土结构设计过程中，对其进行不断的优化和完善有着至关重要的作用。在实践的过程中，相关设计人员要充分把握客户的具体需求，从实际出发，通过不断的实践和积累，提升自身的专业技术水平，从根本上有效做好高层建筑混凝土结构优化设计工作，使设计效果得到充分的优化，进一步提升整体结构的安全性、牢固性，以此使高层建筑呈现出应有的效益。

参考文献：

[1]董良凤.浅谈高层建筑混凝土结构的优化设计[J].福建建筑，2018（1）：63-53.

[2]徐民彦.高层建筑转换层结构的优化设计[J].安徽建筑，2018（3）：120-121.

作者简介： 李洪亮，天津天咨拓维建筑设计有限公司。