高层混凝土结构优化设计方法探究

韩 凯

南京市建筑市场监督站

1 引言

随着我国城市化进程的不断推进，国家经济得到了长足的发展，但是城市内可供开发利用的土地资源越来越少，此时高层建筑的兴起解决了城市土地资源不足的难题，能够充分满足城市发展的需求。经过多年的建设发展，城市的高层建筑已经逐渐发展成为一个城市繁荣程度的象征，在城市发展中占有重要的地位。但是，由于高层建筑建设的特殊性，在建设过程中使用的技术也较为复杂，尤其是混凝土结构方面，一旦出现结构问题就很容易导致整个建筑出现安全隐患，造成开发商的经济损失，严重时还有可能出现安全事故，危及人们的生命安全。因此，技术人员应该严格按照相关规范进行建设施工，才能保障建筑的质量和安全。

2 高层混凝土结构类型分析

2.1 钢筋混凝土结构

钢筋混凝土结构是建筑工程中主要使用的结构之一，使用钢筋与混凝土灌注等方式构造而成，由于此结构具有硬度高的特点，一般作为建筑工程中重要的承重构件。钢筋混凝土结构具有整体性好、耐高温、位移小、成本低以及刚度大的特征。随着我国建筑技术与材料技术的不断发展，我国在钢筋混凝土的发展方面也显示出创新的趋势，技术手段的进步更加增强了混凝土材料的功能性，越来越多的高层建筑结构中都增加了对钢筋混凝土结构的应用。

2.2 组合结构

单纯的钢筋混凝土结构应用的钢材成本较高，如果在建筑中只使用这样的结构会导致建设成本的浪费，因此组合结构也是高层建筑工程常用的一种结构。组合结构指的就是钢筋混凝土与砌体结构组合构成的建筑结构。组合结构在应用的过程中与钢筋混凝土结构相比显示出一定的差异性，混凝土结构具有较高的科技含量，能够提高建筑的稳定性，而组合结构中通过混凝土的填充能够提高建筑物的整体承载能力，节省钢材的成本。总的来说，组合结构的应用更加广泛，利用率更高。

2.3 智能建筑结构

智能化建筑结构是新技术时代发展的一种新型建筑结构，目前在高层建筑中的应用还比较少，这也是一种融合了高新技术的建筑结构。随着我国科学技术水平的不断提升，人们对于建筑结构也提出了更高的要求，技术人员力求通过科学技术手段的运用创造智能型的建筑结构，提升建筑的稳定性和安全性，为高层建筑结构设计提供技术支持。

3 高层混凝土结构设计的原则

3.1 安全性原则

安全性是高层建筑混凝土结构设计的首要原则，技术施工人员应该在结构预设之前充分考虑安全问题，坚持以人为本，严格遵守混凝土结构安全性标准，明确高层建筑结构设计的目标与价值，充分保证建筑的安全性，同时满足相关的设计安全标准要求，提高设计的安全性与合理性。

3.2 适用性原则

由于高层建筑的特殊性，因此在进行结构设计时应该综合多种因素对建筑的功能性与安全性进行分析和考虑，同时对高层建筑的内部空间进行详细的构思，综合分析建筑的功能，坚持适用性的原则，在设计过程中结合高层建筑的结构特点与功能需求进行结构设计，提高高层建筑的结构性能。

3.3 可靠性原则

对于高层建筑混凝土结构来说，其建筑的使用年限与建筑材料、技术、工艺等方面都有联系，因此，技术施工人员应该在建设的过程中对建筑材料进行有效的控制，同时采用高科技的建筑技术进行结构建设，增加对施工各要素的综合控制，才能有效提升高层建筑的可靠性与安全性。尤其是在后续混凝土结构的设计期间，技术人员还应该坚持安全性的原则，不断提高建筑的结构可靠性，满足建筑的功能需求[1]。

4 高层混凝土结构设计的特点

4.1 重视侧向力的影响

建筑中侧向力会对建筑的稳定性产生一定的影响，一般体现在结构内力、结构变形以及土建造价等方面。对于低层建筑来说，侧向力主要包括建筑物的自身承重、活载以及地震之类的水平力，因为水平荷载对于建筑结构产生的影响很小，因此在建筑设计的时候可以忽略。对于多层建筑以及高层建筑来说，水平荷载的影响力会更大些，因此对于高层混凝土结构设计而言，水平荷载与地震力都是其设计考虑的重点[2]。

4.2 保持结构的刚度

对于高层建筑来说，其高度的增加将会加大建筑的侧向位移程度。因此，技术人员在进行高层建筑结构设计的时候除了考虑结构的强度，还应该重视结构的刚度，这样才能够保证结构处于合理的自振频率中，同时还能够对水平力作用下的层位移范围进行有效控制。

4.3 增强结构的延性

由于高层建筑结构的楼层较高，相对于底层建筑而言，高层建筑承受的荷载要更大，出现地震现象对建筑的影响也更大。因此，抗震性能也是技术人员在进行高层建筑结构设计时需要考虑的问题，要想提高建筑结构的抗震性能，可以从两个方面入手，一个是建筑结构的承载力，另一个就是建筑结构的变形能力。高层建筑必须具有强大的变形能力才能够增强自身的承载能力，减小地震对建筑本身的损坏。技术人员可以通过增强高层建筑结构的强度同时提高薄弱部位变形能力的方法提高自身的抗震能力，增强建筑结构的稳定性[3]。

5 高层混凝土结构优化设计方法

5.1 合理布置平面结构

对于高层建筑来说，其平面布局结构的设置将会影响建筑的稳定性，进而影响建筑的抗震性能，而建筑的抗震性能是高层建筑结构设计中最为重要的一点。技术人员在开展具体的设计工作时，应该严格遵守高层建筑抗震设计的规范与原则进行设计，同时注意使用材料对建筑抗震性的影响，最后很久建筑的楼层和高度要求合理选择抗震等级。通常情况下，使用简单对称的建筑结构能够有效提升建筑整体的抗震性能，同时还能够消耗地震释放的部分能量，缓解地震对建筑物的影响和破坏效应。其次，对于不规则建筑结构、多塔结构以及顶部塔楼结构等，技术人员还应该注意掌握建筑的振型数，进行严格的设计数据计算，在满足建筑设计需求的同时提升高层建筑混凝土结构的抗震性和稳定性[4]。

5.2 充分考虑建设要求

由于高层建筑需要承受的自重压力较大，因此在进行结构类型选择的时候技术人员还应该充分考虑施工区域的地质环境、水文情况，进而形成科学合理的结构设计方案。除此之外，高层建筑结构的类型还会对建筑的安全施工以及成本产生直接的影响，因此技术人员应该重视建筑结构的设计，以严谨的态度对待自己的工作。如果建筑工程的层高较低，并且其建设区域的地质环境条件比较稳定，就可以考虑选择独立基础结构与条形基础结构；如果建筑的层数较多，且施工区域存在较大的地质问题，那么最好选择桩基础结构；如果建筑的层数较多，且施工区域内地质条件较为优越的话，可以使用混凝土基础结构，提升建筑整体的稳定性和承载能力[5]。

5.3 重视薄弱层结构设计

对于高层建筑来说，其薄弱层的结构设计是非常关键。因为薄弱层很容易受到外界因素的影响，尤其是受到强烈的地震作用后很容易出现形变的问题，从而给高层建筑混凝土结构带来严重的影响[6]。因此，技术人员在进行高层建筑混凝土结构设计时应该重点关注建筑的薄弱层结构，通过结构设计方案的优化提高整体结构的稳定性和安全性。如果高层建筑混凝土结构出现竖向结构刚度不连续的现象，且楼层刚度数值低于相关标准规范，就形成了结构薄弱层。为了提高薄弱层的功能性，技术人员需要在设计的过程中调整其构件设计，满足安全标准的要求，提高高层建筑物的抗震性[7]。

6 结束语

综上所述，高层建筑混凝土结构设计过程较为复杂，不仅需要符合建筑的功能需求，同时还要保障建筑的稳定性和安全性，因此，技术设计人员应该通过合理布置平面结构、充分考虑建设要求以及重视薄弱层结构设计等方法不断优化设计内容，从而提高高层建筑的抗震性，满足建筑工程的整体需求。