高层建筑混凝土结构优化设计分析研究

杜海雷

摘 要： 高层建筑是城市发展到一定阶段的产物，它不仅为人们挡风遮雨，也是人们日常生活的重要组成部分。在人类的建筑发展过程中，建筑造型越来越多元化，建筑的功能也越来越人性化。如何更好地实现建筑师的高层建筑设计意图，是结构工程师在结构设计和优化中需解决的关键问题。

关键词： 高层建筑;混凝土;结构;优化设计

【中图分类号】TU973     【文献标识码】A     【文章编号】1674-3733（2020）23-0055-02

1 高层建筑结构形式

高层建筑结构主要有以下几种形式：（1）框架结构形式。这一种结构，在空间布局上十分灵活，建筑内部空间比较大，底层空间的实用性比较强，而且在设计上操作较为便捷。但这种结构形式的不足之处在于框架柱的截面面积比较大，而且在柱位置会突出墙体，会影响高层建筑户型的实际实用面积，不利于提高高层建筑空间利用率，同时会影响住户的家具布置，降低住户的使用感受。（2）异形柱框架结构形式。这种结构设计与框架结构比较类似，异形柱的宽度和墙体的厚度保持一致，能够有效布置室内的空间布局，但其缺点在于其抗震性较差，适用高度低，不适用于高层建筑。（3）框架剪力墙结构形式。这一种结构多适用于高层建筑中，其竖向荷载主要由框架柱承担，因此能够随建筑功能要求灵活布置，便于实现大空间、大柱跨的建筑要求;水平荷载荷载主要由剪力墙承担，同时剪力墙也承担一部分竖向荷载。通常在一些商业建筑，或是有商业空间要求的建筑中使用较好，其缺点在于框架柱截面较大，对建筑建筑的使用有较大的影响。（4）剪力墙结构形式。这一结构主要是根据建筑的平面布置，来合理布置钢筋混凝土剪力墙，由于其不存在外露柱子，能够提高室内空间的利用率，而且也较易满足建筑建筑的平面使用要求，但其不足之处在于剪力墙结构的刚度较大，对地震的反应比较强烈，而且剪力墙体自身较重，若是在设计上存在不合理之处，将会导致材料使用量的较大增加。（5）短肢剪力墙结构形式。这一结构属于剪力墙的一种，在布置上较为灵活，与剪力墙结构的功能性差不多，但是其适用范围有限，只有在非地震区，或是地震烈度不高的地区，才会有更好的经济性。

2 高层建筑混凝土结构优化设计的基本原则

2.1 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。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。

2.2 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。

3 高层混凝土结构优化设计方法

3.1 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。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。

3.2 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。

3.3 重视薄弱层结构设计

对于高层建筑来说，其薄弱层的结構设计是非常关键。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。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。

3.4 做好性能的优化设计工作

一般情况下，高层建筑领域中，混凝土结构的性能非常重要，应该结合整体建筑工程的特点，全面考虑相关的性能特点，保证可以有效完成各方面优化设计工作任务。在优化

设计相关结构性能的工作中，首先应该注重概念的分析和研究，用来规范相关的设计工作，提升结构刚性水平、承载能力，确保设计工作的高效性实施。其次，应该预防有不规则设计的问题，尤其在刚性设计的工作中，应该保证整体结构的实用性，这样才可以保证混凝土结构的运行效果。具体的设计工作中应该总结丰富经验，树立正确观念，有效开展相关的设计工作和指导工作，提升整体的结构优化设计质量。最后，在设计工作中必须要按照简化性的工作要求，规范相关的结构设计形式，根据具体的规则、要求等执行任务，以免有设计过度的问题发生。

3.5 剪力墙结构的优化设计

通常情况下，剪力墙结构是混凝土中的主要部分，也属于高层建筑工程中重要的项目，在实际工作中应该遵循优化设计的原则，不断提升各方面设计工作效果。首先，在平面设计的工作中，为保证整体结构的稳定性和强度，形成基础性的结构形式，应该保证布置点的均匀性，集中设计楼体和电梯受力复杂的部分，保证相关结构的安全性，在设计期间应该注意，必须要个预防剪力墙出现间隔的问题，以免有恒载过高的现象。其次，应该做好简化设计的工作，遵循具体的工作要点，利用墙肢结构严格控制相关的剪力墙刚度，不可以比规定的标准低，满足刚度的相关设计要求。最后，在实际工作中为有效预防短肢剪力墙受到干扰性影响，不可以使用全短肢的设计方案，应该保证各方面工作质量，满足当前的时代发展需求。

3.6 抗震方面的优化设计

具体的工作中应该注重抗震性能，按照混凝土结构性能特点，合理设计抗震级别，满足当前的优化处理要求。要求设计工作人员在高层建筑混凝土结构的抗震设计过程中，优化筒体部分的设计模式，尤其注重改善延性与承载能力，提升各方面的优化处理效果，满足对抗震性能方面的要求。首先，设计人员在实际工作中，应该注重衍架的处理，提升外部结构的强度，保证外延性能可以满足标准，从根本上提升结构的承载力，满足具体的稳定性工作要求。其次，在剪力墙结构方面，应该合理使用刚接的措施，在分阶段拼接的情况下，提升整体的抗震性能。

4 结语

随着我国经济发展人民生活水平的提高，对高层建筑的品质、功能要求越来越高，高层建筑的发展趋势越来越国际化，设计样式越来越多，这对高层建筑的结构设计优化提出了更高的要求和挑战，高层住的结构设计难度也越來越大，结构设计受重视的程度日趋提高，在一定程度上将确保各类建设项目的顺利运行。

参考文献

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