高层建筑混凝土结构优化设计分析

沙毅

（广州南方建筑设计研究院 广东广州 510000）

0 引言

随着我国国民经济的迅猛发展，人们对于高层建筑的质量和性能也有更高的要求，在这样的情况下，需要着重针对混凝土结构进行不断的优化，在设计方面进行不断的创新，使结构优化设计的核心价值得到充分的体现，以此满足社会对于高品质设计的内在需求。针对高层建筑混凝土结构优化设计而言，所涉及的内容主要包括以下几方面：

1 高层建筑混凝土结构优化设计的基本原则

1.1 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，与此同时，在偶然因素出现的时候以及结束后，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[1]。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等。

1.2 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[2]。

2 结合混凝土结构优化设计方案

2.1 结合实际情况更有针对性的设计原材料选用方案

在高层建筑的混凝土结构中，所涉及的原材料质量对于整体结构的质量都有着至关重要的直接影响，是最为关键的因素之一。通常情况下，高层建筑混凝土结构所涉及的原材料主要包括混凝土和钢筋，其中钢筋用量多少和钢筋质量如何，对于整体工程造价有着关键性的影响，针对这样的情况，为了使工程造价有效降低，往往对于钢筋的用量尽可能减少，在这样的情况下，为了使整体结构更加优化，质量显著提升，就要尽可能选用高强度的钢筋，以此作为优先考虑的材料。在高层建筑项目实施过程中，因为具体的需求和土地资源缺乏的问题，往往需要在软土地基上进行工程建设，在这样的情况下，就会使工程造价进一步提升，也会带来极大的施工难度。所以为了使造价减少，降低施工难度，往往要切实有效的减轻建筑对于地基产生的荷载，在优先选用高强度钢筋的同时，要在最大程度上选用高强度的混凝土。与此同时，要充分确保钢筋混凝土构件的界面尺寸能够得到及时有效的优化，在实践的过程中科学合理的应用。从实践中可以看出，地震对于高层建筑所造成的危害，往往取决于建筑物自重的大小，所以要尽可能有效降低建筑物的自重，这样才能切实有效的起到减震效果，使建筑本身的安全性得到显著提升[3]。针对这样的情况，在设计高强度混凝土和高强度钢筋的时候，必须根据现有的技术标准有效操作，在更大程度上有效减少各构件截面尺寸，使钢筋用量进一步减少，降低建筑物的重量，以此在减少工程造价的同时，使建筑物的安全性得到显著提升[4]。

2.2 合理设计独立单元结构，注重结构概念的设计

在高层建筑混凝土结构实际的优化设计过程中，如果整体的混凝土结构是独立的单元结构，要充分确保各个部分的优化设计。首先，要着重针对整体平面结构的性状进行切实的优化设计，在具体的设计过程中要充分确保其简单规则、长度适中、凹凸部分大小适中，与此同时要保持竖向体型均匀规则、外挑内收适中。在实际的设计环节，以此为基础，确保相关的结构部分刚度和承载力呈现出均匀分布的状态，从根本上有效规避用竖向布置且不规则的结构，要尽可能有效应用侧向力上小下大、变化均匀的刚度结构[5]。除此之外，在整体的优化设计环节，要确保其适用性和美观性，在充分满足相关标准和技术要求的同时，着重做好结构概念设计，并且在整体的设计环节要把概念设计当做基础，以充分确保其实用和美观的建筑结构为原则，使平面和竖向布局具备更为显著的均匀性，简洁性，有显著的规则，这样才能充分确保相关结构部分承载力刚度分布更加科学合理，更匀称，体现更加良好的性能和质量。

2.3 对于剪力墙平面布置进行切实有效的优化

剪力墙平面布置设计优化对于高层建筑混凝土结构优化设计而言，是其中至关重要的部分，针对具体的优化措施而言，主要体现在以下几个方面：①布置剪力墙的过程中要有效贯彻落实顺周边均匀且集中布置且维持原有建筑的功能的布置原则，对于建筑剪力墙而言，要尽可能有效布置在电梯间、楼梯间处和恒载大、平面形状变化相对来说比较大的部位；②针对剪力墙的墙肢截面来说要贯彻落实简单规则的基本原则，而且要充分控制好剪力墙结构侧向刚度，使其具备适合的刚度；③从根本上有效规避过多的短肢剪力墙问题出现，特别是针对全部是短肢剪力墙的问题要充分避免[6]。

2.4 对于高程建筑混凝土结构抗震性能进行切实有效的优化

在针对混凝土结构进行抗震优化设计的过程中，要充分确保混凝土筒体的承载力和延性有显著的增强。高程建筑混凝土结构因为抗震的需求，不同高度的建筑物所涉及的型钢柱的设置位置与设置方法有很大的差异，在具体的结构优化设计过程中，要通过刚性连接外围框架平面内柱与梁的方法，使外围的框架刚度和水平承载力得到显著提升。针对具体的措施而言，主要体现在以下三个方面：①有效设置外伸桁架加强层；②可以有针对性的应用分段拼装外伸桁架与筒体剪力墙的刚接法；③要均匀的分布贯通性的刚接桁架与抗侧力墙体，这样可以使楼层因为受到水平力的影响出现偏移的问题得到充分规避。

3 结语

综上所述，通过上文的分析和探讨，我们能够充分看出，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。