高層建筑中混凝土結構的優化設計

摘要：社會不斷進步的同時，人們的生活質量和生活水平在不斷地提高，城市化進程也開始加快，從而導致建筑行業的迅速發展。大眾對建筑的要求越來越高，尤其是高層建筑。混凝土是建筑的主要材料，本文就高層建筑中混凝土結構的優化設計做出簡要的探討。

關鍵詞：高層建筑；混凝土；結構優化

城市化進程的加快給城市帶來了全新的面貌，各種建筑拔地而起，建筑的外型和使用功能也更加的多樣化。隨著生活水平的提高，高層建筑的質量已經引起廣大人民群眾的關注。混凝土是建筑的主要材料，要保障高層建筑的質量和安全，就要做好高中層建筑中混凝土結構的優化設計。

一、高層建筑中混凝土結構的優化設計遵循的的原則以及要求

1、混凝土結構設計的原則

為了保障高層建筑的質量，使高層建筑的建設取得質優價廉的效果，混凝土結構的設計中一定要遵循以下幾個原則。

（1）安全性

在高層建筑混凝土結構的優化設計要遵循安全性原則。安全性原則就是在預定年限范圍內，使某一建筑的結構設計始終可以有效的承受各種內部和外部的各項荷載力[1]。即使某種偶然的破壞性事故發生在建筑上，建筑也能夠控制自身結構，使之在穩定狀態之中，從而避免出現大范圍的結構性損害。

（2）耐久性

建筑完成之后，要保持足夠的結構耐久性。也就是說，在規定的使用年限內，建筑結構出現的問題要控制在一定的規范之內。比如混凝土結構出現的裂縫寬度不能超過規定范圍，并且在遭受外部潮濕空氣的狀況下，為了有效的避免鋼筋不會出現銹蝕的問題，鋼筋保護層要有足夠的厚度，不能夠變得過于單薄，

（3）適用性

建筑物在設計時一般都會設定具體的使用年限，適用性原則就是要保證在預定的使用年限里，建筑物的裂縫、變形等，始終可以控制在允許范圍之內，滿足住戶的居住要求。

2、混凝土結構設計的要求

（1）設計人員要注意側向力對高層建筑產生的影響

受到地震的水平作用力以及外部環境中風力等因素的作用時，高層建筑會發生變形等問題，而且，隨著建筑樓層層數的增加，水平作用力會持續增大，這就要求設計人員在進行結構設計時，要充分考慮各種因素，注意這些側向力對建筑產生的影響。

（2）高層建筑要具有一定的延展性

由于高層建筑比低層建筑的結構柔性更高，所以，一旦發生地震時，高層建筑更容易發生變形。在對混凝土結構的設計過程中，要充分注意使混凝土結構有足夠的延展性，這樣才能避免高層建筑在地震等作用下發生變形倒塌。

二、高層建筑中混凝土結構的設計方法

1、對單元結構的布局設計進行完善

對各個單元結構進行獨立的設計，是高層建筑的結構設計中最主要的內容，單元結構設計一般較多的應用于建筑結構比較簡單、規則的平面設計，在設計的過程中，設計人員對平面結構中的整體長度、突出部分的長度要進行有效的控制，使其長度在適當的范圍內[2]。同時確保各個部分均勻分布承載力和結構強度。通常情況下，均勻規則的設計經常被采用在豎向結構設計中，這使建筑外觀與內部結構之間的問題可以得到有效的控制。

2、對混凝土以及鋼筋使用進行優化

鋼筋以及混凝土是高層建筑最主要的施工原料，在具體的設計中，設計人員要以保障高層建筑的質量為前提，做好優化高強度的混凝土和鋼筋的使用工作，減少鋼筋和混凝土的使用量，從而實現對資源有效的配置，并且使資源配置的效率得到提高。

3、對剪力墻平面結構進行合理設計

在對剪力墻平面結構進行設計時，要注意剪力墻平面結構布局對高層整體建筑結構承載力均勻程度產生的影響，因此，設計人員在優化設計時要注意以下兩個方面，一是要明確設計的依據是高層建筑的基本結構功能，所以，要在最大程度上實現剪力墻的集中化和均勻化設計。二是，以建筑的主軸方向為基準，實現剪力墻的雙向布置，同時減少一些短肢剪力墻的使用。

三、高層建筑的混凝土結構設計優化的措施

1、結構安全性

高層建筑居住用戶比較多，一旦發生危險，比如火災等，不容易逃避，同時實施救治時也會出現很大的困難，其造成的危害遠遠高出普通建筑，因此，設計人員在設計時，一定要注意加強混凝土結構的安全性。只有這樣，當災難發生的時候，才能將災難造成的損失降到最低。

（1）設計人員不但要保證建筑的各項功能和質量，同時還要對結構自身的抗震性能以及各種外部人為因素可能對建筑本身造成的結構破壞進行充分全面的考慮。設計人員要有意識的提升高層建筑結構的抗震等級，除此之外，還要從建筑的整體出發，加強結構設計的穩定性與牢固性。這時可以選用現澆的鋼筋混凝土的結構，但是要注意，裝配式的混凝土結構以及磚砌體承重在高層公用屬性較高的建筑中不宜使用[3]。

（2）設計人員不僅要在建筑設計過程中考慮建筑的荷載變化情況，同時建筑投入應用后還要對其進行全面的考慮。為了在最大限度上將高層建筑的自身重量減少到最低，要將建筑結構的荷載標準與建筑材料的最大承載力進行相關的計算，這樣才能保障來高層建筑的結構安全性。

2、抗震性

地震已經成為高層建筑最主要的威脅，因此在設計工程中，設計人員要對高層建筑的抗震性予以充分的重視。在進行設計時，設計人員要充分利用相似建筑的抗震設計經驗，借鑒其中的可取之處，做到為我所用。通過這種方法，可以有效的提高建筑物的抗震等級。

在結構體系設計方面，在選擇建筑的整體結構形式時，要盡量保持空間結構以及平面布局的簡單規則。在平面布局中，抗震結構的體系形式可以選擇矩形、圓形、扇形等結構，要注意減少使用不對稱側翼，同時控制過長的伸展翼的使用，墻體可以多用對稱結構，這樣可以有效的提升建筑的抗震性。除此之外，設計人員要合理科學的對整個建筑的結構進行規劃，實現建筑的剛度和質量均勻平衡的分布。

要充分注意結構構件的延展性，可以適當的增大梁、柱端的組合剪力以及柱體的抗彎性能，同時，提升梁端鋼筋的實際彎矩，這樣可以讓建筑梁端發揮塑性的時間早于柱端。通過這些優化措施，可以有效的保持建筑的穩定性。

3、耐久性

設計人員在對高層建筑混凝土結構進行優化設計時，要盡最大的可能提高結構的耐久性，一方面可以延長建筑物的使用年限，另一方面，可以讓建筑在遭受各種災害之后，各項結構性能都能夠很好的繼續維持。

（1）選擇質量過關的混凝土材料

設計人員選擇有質量保障的混凝土材料，同時保障混凝土的基本性能，在選擇混凝土材料時，要充分考慮建筑結構的穩定性、抗裂性能以及抗侵入性等幾個方面，嚴格控制混凝土材料的質量，盡量選擇堅固、潔凈的骨料。選擇水泥時，要全面的考慮水泥的含堿量，選擇那些含堿量低并且水化熱反應低的水泥，減少使用硅酸鹽水泥，嚴格控制用水量，同時可以在混凝土材料中適當的加入礦物摻合料。

（2）優化建筑結構設計

在高層建筑中的混凝土結構物，一般情況下會包含很多個構件，每一個構件所處的環境千差萬別，這就導致不同的構建有不同的耐久性以及使用壽命。設計人員在設計時，要以實際的使用環境為依據，明確不同構件所處的不同環境，做到心中有數。比如在設計屋面以及陽臺時，這些部位的梁柱構件會長期受到陽光灼曬以及雨水浸泡，其使用壽命以及耐久性會大大降低，考慮到要經常更換這些部件，設計人員一定對這些部件維修和更換的時間進行恰當的設定。

（3）結構構造設計要合理

設計人員要觀察建筑周邊環境的特點，結合建筑物的使用年限以及具體的侵蝕情況，對建筑物設計混凝土保護層，混凝土保護層一般為45毫米。有了混凝土保護層的保護，高層建筑的混凝土、鋼筋的腐蝕程度可以得到有效的控制，同時還能提高建筑物的整體穩定性。在高侵蝕度的環境中，還要加強注意混凝土墻板的通風效果，合理設計配筋間距，這樣可以在很大程度上減少發生鋼筋銹蝕、保護層剝離等狀況。

結束語

對于高層建筑來說，混凝土結構設計會嚴重影響建筑質量，因此設計人員一定要掌握設計的原則，以具體的設計原則以及設計要求為出發點，以增強建筑穩定性為目標，從各個方面實現混凝土結構的優化設計，從而延長建筑物的使用年限。

參考文獻：

[1]蘇永平.高層建筑中混凝土結構的優化設計研究[J].山西建筑，2013，09：24-26.

[2]姜文成.高層建筑中混凝土結構的優化設計研究[J].科技與企業，2013，23：236.

[3]陳陽顯.淺析高層建筑中混凝土結構的優化設計[J].價值工程，2010，27：82.