超高層建筑混凝土結構優化方案探討

摘要：隨著我國經濟的快速發展，建筑結構設計技術的改進方案也越來越多，并且都向更高水準發展。由于人們對建筑的要求越來越高，追求更加美觀、更實用的建筑，因此超高層建筑結構體系日趨多樣性，需要更加重視超高層建筑混凝土結構的優化方案選擇。文章通過對超高層建筑結構設計考慮因素提出了結構優化設計的方案。

關鍵詞：超高層建筑；混凝土結構；優化設計；高強鋼筋；抗震結構；平面剛度 文獻標識碼：A

中圖分類號：TU973 文章編號：1009-2374（2015）25-0088-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.25.043

科技的進步和社會的發展，促使超高層建筑結構不斷發生變化，建筑結構優化設計顯得尤為重要，又加之國家建立節約型社會理念的不斷深入，所以建筑需求者和供應者都對超高層建筑結構的優化設計提出了更高的要求。超高層建筑混凝土結構主要分為鋼筋混凝土結構、組合結構、新型結構、智能建筑結構，這四種建筑結構存在遞進的關系，鋼筋混凝土結構是最早的超高層建筑結構，主要是由鋼筋和混凝土構成，具有耐高溫、位移小等特點。隨著我國混凝土的不斷發展，鋼筋混凝土結構也是超高層建筑中運用最廣泛的建筑結構形式，然而智能建筑結構又是在前幾種結構基礎上，結合現代建筑技術和高新技術發展起來的新型超高層建筑結構

形式。

1 超高層建筑結構設計考慮因素

對于超高層建筑，不同于高層建筑，但又與高層建筑相似，這兩種建筑都是到達一定的高度，安全性就會成為主要的考慮因素，混凝土結構的優化設計作為建筑安全性的重要保證，在對于達到一定高度的超高層建筑進行設計時，混凝土的優化設計就顯得尤為重要，所以超高層建筑結構在設計方案上需要充分考慮各方面的因素，從而保證超高層建筑的安全性。需要考慮的因素主要有以下三個方面：

1.1 建筑要求

對超高層建筑進行施工時，需要確定建筑功能要求和建筑體型，因為這兩個部分為超高層建筑的主要構架，對建筑的平面布置、層數規劃、地下層的層數以及地下室的布置都需要進行實地考察，對每個細節都要嚴格把關，結構設計必須和建筑設計密切配合。

1.2 樓層平面剛度

樓層平面剛度問題是建筑結構中常見的問題，在設計基本的機構觀念或者是結構布置上缺乏必要的措施，雖然對程序采用了樓板變形的計算公式，但是編程在數學力學模型上的成立不代表在實際設計上能夠準確無誤，這是由于不可抗力等因素的偏差導致計算的誤差性，從而導致建筑的不安因素增多，所以設計師需要通過對程序的計算和實際情況的考慮來反映結構的真實受力狀況而避免于出現根本性的誤差，因此，這就要求設計師對結構概念要求很強，同時也需要對樓層平面剛度的標準進行限制。

1.3 延性良好

超高層的延性其實就是在當超高層受到地震的作用力或者是其他側向力作用的時候，超高層建筑的一種變形能力。在對結構進行多遇地震彈性時程分析時，建筑物高度的增加會使得結構自重增加、重心位置也會提高，地震作用產生的水平力也會增大，所以在對建筑進行結構設計時應該充分考慮地震對建筑的影響。然而，抗震結構一方面是超高層建筑結構設計中最重要的環節，另一方面也是超高層建筑結構設計中較復雜的一個環節，它需要綜合考慮到建筑結構、建筑材料選擇以及墻體承重等抗震規范設計要求，在當今的設計技術條件下，通過優良的概念技術和合理的構造措施可以使得超高層建筑有更好的延性，可以避免在地震作用下超高層建筑倒塌情況出現，保障人們的生命財產安全。

2 超高層建筑混凝土結構優化設計的方案

2.1 合理使用高強鋼筋

在對超高層建筑進行施工的過程中，對建筑使用的鋼筋量是影響整個建筑造價的一個重要因素。所以為了降低用鋼量，降低造價，節約建筑成本，在對超高層建筑結構設計時需要合理使用高強鋼筋，在超高層建筑位于深厚軟弱地基之上的情況下，高強鋼筋高優化構建截面尺寸的合理使用，通過減輕地基的承載量來降低基礎施工的難度，同時還可以縮減造價，減低施工單位的成本，從而達到更大的經濟效益。而且，在對超高層建筑自重減少的情況下，可以減小超高層受地震破壞的程度，因為建筑的破壞程度與建筑的自重呈現正相關關系，自重越大，受損毀的可能性增大，破壞程度就越大，通過減少建筑的自重，也為建筑物的安全提供了

保證。

2.2 抗震結構的優化

在對超高層建筑抗震結構進行設計的過程中，需要通過專業的抗震結構設計人員針對建筑特點以及地方的地震發生狀況進行分析，以滿足建筑物抗震結構設計規范為基礎對建筑物的抗震結構進行嚴格設計。所以在進行超高層建筑物抗震結構優化設計的時候，首先需要合理嚴謹地選用結構優化設計中的材料，眾所周知，鋼筋混凝土材料的結構設計中，梁柱是主要的受力載體，在工程建設中，采用高標號的鋼筋混凝土可以減少梁柱等構件的橫截面，減輕結構本體的重量，促進建筑結構的抗震能力的提升，比如在對剪力墻的抗震結構設計過程中，應該充分考慮到剪力墻的抗震要求，設置單獨的承重墻和承重柱，合理地匹配鋼筋混凝土與混凝土的投放比例，最大限度地發揮鋼筋混凝土的材料特性，保證剪力墻的抗震能力。同時還需要結合建筑材料的品種、質量、價格以及對周圍環境的適應程度來保證建筑結構的抗震能力、安全性最大化；其次在處理一道截面較長的抗震墻方面，設計師應該充分利用其洞口設置成弱連梁，使每個墻段的高寬比不宜小于2，盡量將墻體分成單肢墻、多肢墻或者是小開口墻，從而提高抗震墻的變形能力，保證建筑的安全可靠；最后要加強我國建筑構造規定的安全度以及抗震計算方法，通過對梁柱承載力匹配程度、軸壓比以及配筋率等抗震延性方面進行嚴格規定，從制度上進行改變和規制。

2.3 平面剛度的優化

對于超高層建筑的機構設計，平面結構、建筑各部分的剛度和承載力是需要著重考慮的因素，首先在設計結構時，為了避免造成施工過程中的麻煩，設計師應該盡力將結構的剛度、結構中心和幾何設計到一點上，如果不能達到這個要求，將會造成施工隊伍的麻煩。而且最重要的便是扭轉問題，設計師需要充分考慮水平荷載力所受的各種因素；其次，通過對平面以及立面的選擇，來解決超高層建筑設計的問題。對于平面上的選擇，設計師應該盡量保證剛度中心和質量中心重合，這樣能縮小位移比，也可以增加規范規定的表格，對于立面上的選擇，設計師應該將豎向抗側力構件保持上下連續貫通；最后，對于建筑的美觀性的優化，在結構設計的過程中，結構足夠合理，與前兩點所說的一樣，都符合條件，但是建筑卻無法滿足人們的審美觀，實用性也不高，這就需要設計師在重視結構概念設計的同時，還需要建筑結構更加美觀和實用。

3 結語

綜上所述，在對超高層建筑混凝土結構設計時，應該充分考慮各方面因素，通過考慮超高層建筑的建筑要求、剛度要求以及建筑對延性的要求，總結出對超高層建筑混凝土結構的優化方案。

參考文獻

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作者簡介：石鑫鋒（1986-），男，浙江紹興人，寧波新星商品混凝土有限公司助理工程師，研究方向：混凝土品質

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（責任編輯：黃銀芳）