高层混凝土结构优化设计分析

戚磊

摘 要： 近年来，随着建筑行业的快速发展，高层建筑越来越多，改善了我国土地利用紧张的问题。高层建筑混凝土结构的安全性、稳定性与人民群众的生命、财产安全息息相关，受到多方关注。而混凝土结构作为当前较为重要的高层建筑结构形式，其建设成本低、结构形式多样、整体性能较好，广泛用于各类高层建设工程中。

关键词： 高层混凝土;结构优化设计

【中图分类号】TU97     【文献标识码】A     【文章编号】1674-3733（2020）04-0139-01

引言：我国建筑行业的快速发展推动我国各行业发展迅速，同时给予了各行业更大的发展空间。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。

1 高层建筑混凝土结构设计的基本原则

①安全性，高层建筑混凝土结构设计中需要将结构安全问题摆在首位。在进行结构预设工作前，要坚持以人为本的原则，以混凝土结构安全性标准为指导，保证建筑的安全设计，满足相应标准规范要求，确保设计高效、合理。②适用性，高层建筑混凝土结构设计需要综合内外多种因素进行建筑的功能性分析，对高层建筑内部空间进行构思，综合分析建筑整体功能性需求，保持建筑良好的适用性，充分发挥高层建筑自身特点，以便获取良好的结构性能。③可靠性，高层建筑混凝土结构的设计使用年限需要结合材料、技术、工艺等要素进行综合控制，在预设过程中针对高层建筑可靠性、安全性、耐用性进行选择及提升，都需要考虑以上要素的影响。

2 高层建筑混凝土结构优化设计分析

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，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。同时为了降低施工难度，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。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。

2.2 桩基础及桩筏基础。桩基础和桩筏均属于深基础范围，高层结构主要的基础形式为桩基础，桩的承载力特征值确定有两种方式：一是根据地勘报告的参数计算，由于地勘参数取值都除以安全系数，所得值相对保守;二是现场进行试桩，根据试桩结果确定桩的承载力特征值。现场一般采用破坏性试桩，根据试桩承载力确定的特征值一般比计算特征值大，一般重要性工程均采用此种办法确定桩承载力。布桩的原则是沿着墙下布桩，减少桩与墙之间的距离，墙下布桩可以使承台处于受压状态，减少弯矩即减少配筋。当桩的承载力较高时，选用桩数较少时，可采用承台加防水板的基础形式;当布桩较多，可采用桩筏的基础形式。采用桩筏能协调桩的承载力，对其沉降有明显的协调作用。筏板的厚度取值一般根据配筋确定，应满足筏板区域大部分为构造配筋，少许部分为计算配筋的原则。

2.3 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。对高层建筑混凝土結构转换层上、下2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。

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。

2.5 高强混凝土与钢筋的使用。在建筑工程中，总造价包括材料、基础和施工等部分，构件尺寸及用钢量会对工程造价造成极大影响，在设计过程中通过对高强钢筋的合理运用，能有效减少用钢量，起到节约成本的重要作用。若该层建筑处在深厚软基处，因作用在地基表面的荷载极大，此时如果使用强度较高的钢筋与混凝土对构件尺寸进行优化，能减轻结构体系的自重，进而减少造价，降低工程难度，保证工程积极效益。除此之外，在地震活动带，建筑所受地震作用和自重为正比关系，若能减小建筑的自重，则能降低地震荷载，保证结构体系整体安全性。因此，在设计过程中通过对高强混凝土与钢筋的合理使用，能有效减少各构件尺寸，降低实际用钢量，减轻结构体系自重，实现预期的减少工程造价的目标。

结语：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。

参考文献

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