探讨高层建筑钢结构设计与混凝土结构设计

沈夕渊

江苏兴港建设集团有限公司 江苏 张家港 215600

钢结构与混凝土结构是高层建筑中的结构主体，对于建筑工程整体质量与实际使用性能有着重要的影响。高层建筑因其高度较高，与传统的建筑在结构设计方面的需求有着很大的不同，钢结构与混凝土结构在承重以及多个方面对于其综合质量有着更高的要求，因此在施工之前，设计单位要对钢结构与混凝土结构进行全面、科学的设计，才能够确保高层建筑整体质量，提高高层建筑结构设计的科学性和合理性，需要设计单位加以更多的关注，使高层建筑整体结构设计更加合理。

1 高层建筑钢结构特点分析

当前我国高层建筑中，有多种不同的结构体系，根据其高度、使用需求等确定合理的结构形式，才能够确保高层建筑结构达到实际使用性能。

1.1 剪力墙结构

剪力墙结构是高层建筑中应用最为广泛的结构类型之一，通常应用在混凝土结构中，剪力墙结构施工流程较为简单，且施工成本较低，但是剪力墙之间的间距设置不能够过大，对于平面的布置不够灵活，且承重能力不能满足许多现代高层建筑的需求，不可避免的存在着一些缺陷[1]。

1.2 框架结构

框架结构在高层建筑中的表现形式通常为钢框结构或钢筋混凝土框架结构，主要构成是由承重梁、承重柱通过节点所组成，框架结构具有应用灵活、布置便利的特点，可以根据室内空间的具体布置需求进行相应的调整。但是框架结构的梁、柱面积较小，从而导致框架结构的抗震性能较差，在一些对于抗震要求较高的高层建筑中不能使用。

1.3 其他结构

高层建筑中还有一些其他结构类型，例如框架结构与剪力墙结构混合结构、简体结构、巨型结构等，一般按照高层建筑的实际设计方案采取多种不同结构混合的模式，将不同结构类型的优点进行发挥，并通过融合的方式补足不同结构类型的缺点，是我国当前高层建筑中主要采用的结构类型，也就是混合结构。

2 高层建筑混凝土结构设计需求分析

混凝土结构是高层建筑中的主体，是影响高层建筑质量以及工程造价最主要的因素，混凝土结构强度以及其其他参数必须满足高层建筑整体设计需求，并设计多种结构方案进行对比，确定最佳的混凝土结构设计方案。

2.1 高层建筑混凝土结构的刚度需求

高层建筑因其高度较高，对于混凝土结构的刚性要求较高，高层建筑的高度决定了其侧向位移较大，而高刚度的混凝土结构能够降低侧向位移，从而保证高层建筑的结构承载力不会受到较大的影响，混凝土结构的刚度设计需要满足设计规范和标准需求，结合高层建筑实际设计要求，提高混凝土结构的刚度。

2.2 高层建筑混凝土结构的抗侧向力需求

在高层建筑混凝土结构设计中，侧向力是影响高层建筑结构内力以及工程造价的最主要因素之一，高层建筑对于混凝土结构钢承受自重、活载等垂直荷载和风等水平力的要求较高，因此需要保证混凝土结构侧向力能够满足高层建筑的使用需求，才能够保证高层建筑整体质量。

2.3 高层建筑混凝土结构的延展性需求

高层建筑的混凝土结构与多层建筑混凝土结构需求有着很大的不同，高层建筑混凝土结构对于延展性的需求更高，能够更好的满足高层建筑的结构设计需求。提高高层建筑混凝土结构延展性需要确保混凝土结构经济性，通过科学的设计和混凝土材料确定，才能够保证混凝土的延展性。

3 高层建筑钢结构设计优化策略

3.1 加强钢结构节点设计

在高层建筑的钢结构设计中，节点设计是影响钢结构设计方案能否实现的主要因素。在一般的高层建筑中，需要从传力特点的角度进行确定，钢结构节点主要可以分为半刚接、铰接以及刚接等不同类型，每一种连接类型都有着不同的使用场景，需要根据高层建筑的实际设计需求加以确定，确保钢结构的节点连接方式能够满足高层建筑的传力需求。技术人员需要注重对焊接、栓接、梁腹板、连接板等不同内容的设计，在焊接工作中，需要确定钢板焊接的焊接缝形式和焊接面的尺寸，保证焊接连接的紧固程度。在栓接过程中，需要考虑高强螺栓直径，连接板，摩擦面等因素；在梁腹板中，需要对栓孔位置的腹板抗剪净截面进行计算，还需要计算高强度承压型螺栓的承压能力，保证其能够达到质量要求，不会出现质量问题；在连接板中，需要根据梁腹板的计算增加连接板的厚度，从而提高钢结构节点设计的科学性[2]。

3.2 加强质量标准规范

高层建筑对于钢结构的质量要求较高，因此施工单位要根据高层建筑结构的设计方案，制定严格钢结构质量标准规范，且需要对每一处钢结构施工环节进行严格的质量检测，确保钢结构质量能够达到规范标准要求。高层建筑施工中所需要的钢材类型多种多样，每一种钢材类型在承重能力、强度等方面有着很大的差异，，因此施工单位需要按照实际高层建筑设计需求，确保能够达到国标标准要求，并加强钢结构施工的监督，确保钢结构施工不会出现质量问题。钢结构焊接质量能够对高层建筑整体质量造成直接的影响，因此在施工过程中必须对焊接质量进行检测，确保其能够达到质量要求。

3.3 高层建筑钢结构的选型与布置

高层建筑钢结构体系需要从抗侧力角度进行分类，设计单位需要考虑到多种不同钢结构选型对高层建筑整体质量及经济性的影响因素，根据高层建筑结构方案设计的负载能力要求、施工条件要求、制作安装要求等多项不同的要求，选择强度、抗震能力都能够达到标准的钢材选型，并对钢结构的施工位置进行科学的划分，可以利用BIM技术，对施工方案进行模拟，建立钢结构三维施工立体模型，从而能够有效提高钢结构的施工效率和施工质量，避免出现钢结构构件尺寸、拆分位置不科学、不正确的问题，从而降低施工成本，提高高层建筑施工项目的经济效益[3]。

4 高层建筑混凝土结构设计优化策略

混凝土结构作为高层建筑中的主体结构，对于高层建筑的整体质量及经济性会造成较大的影响，因此需要对混凝土结构进行全面、科学的设计，确保混凝土结构的强度。

4.1 高层建筑混凝土配比优化

混凝土配比是决定混凝土强度的主要因素，因此在高层建筑施工前，需要按照高层建筑的质量要求对混凝土进行科学的配比，从而满足多种不同混凝土结构的强度需求。混凝土配比需要使用多种添加剂进行配比，根据建筑施工的具体要求，进行不同比例的混凝土配比，可以选择的有混凝土添加剂、砂石等，配比之后要检查混凝土碱料的反映情况，之后及时做出调整，确保混凝土的配比能够满足高层建筑混凝土结构施工的要求。混凝土的配置还需要进行搅拌，使配比中多种材料达到充分的结合，在混凝土供应商搅拌工作完成后，如果现场出现了混凝土塌落度损失不能满足需求时，需要施工单位在施工现场对混凝土进行二次搅拌，在搅拌过程中要注意所添加的材料要与商混基地的标准相同，否则会因标准不同在后期出现混凝土结构质量问题，搅拌流程需要按照搅拌技术规范严格开展，从而能够有效提高混凝土质量，更好的满足高层建筑混凝土结构的使用需求。

4.2 高层建筑混凝土结构剪力墙设计

高层建筑的混凝土结构需要具有一定的变形能力，才能够保证混凝土结构的综合质量。例如在截面较长的混凝土结构剪力墙设计中，需要在剪力墙的连接处设置相应的连接梁，从而满足剪力墙之间水平力传递的需求，并满足高层建筑的抗震需求，在严格遵守混凝土剪力墙设计标准的情况下施工，能够减少出现墙面变形等问题，从而降低对高层建筑整体质量的影响。剪力墙连接梁的设计可以根据抗侧力的需求，设计成截面较小的二力杆件，或者截面较大的强连系梁，从而能够提高剪力墙的抗震性能和变形能力，能够使剪力墙的整体强度得到很大的提升。

4.3 超长混凝土结构的设计优化

超长混凝土结构在高层建筑中是较为常见的结构类型，且是混凝土质量问题经常出现的结构部分，超长混凝土结构容易受到外部因素的影响，例如空气温度、空气湿度等，会导致超长混凝土结构出现不同程度的收缩、开裂问题，从而导致超长混凝土结构质量下降，超长混凝土结构的长度越长，受到外界因素的影响越大，因此对于超长混凝土结构的设计需要更多的考虑到外界环境因素的变化，降低超长混凝土结构受到环境温度、大气湿度的影响程度，采用设置伸缩缝、提高配筋率、设置保温措施等方式，能够够提高混凝土结构的使用寿命[4]。

4.4 加强高层建筑混凝土结构的施工质量管理

混凝土强度检测工作是混凝土结构施工过程中一项重要的工作，但是许多施工单位因为最大程度追求经济效益，对混凝土强度的检测工作有所忽视，或根本不开展混凝土强度检测工作，从而造成了许多的安全隐患和安全事故。因此施工单位需要加强对混凝土结构强度、质量的检测，发现质量和强度问题要立即进行整顿，采用科学的混凝土结构养护措施，解决混凝土结构存在的缺陷，利用现代检测技术对混凝土结构整体质量开展全面的检测。

结束语

综上所述，本文对高层建筑钢结构与混凝土结构的设计要点、设计需求进行了详细的阐述。