高層建筑鋼筋混凝土結構優化設計探討

【摘要】鋼筋混凝土結構是高層建筑中最常見的結構類型，具體的結構設計過程是一項系統且復雜的工程，需要做好各項工作細節和重點，稍有紕漏便容易影響到建筑的整體質量和壽命。在本文中，筆者將重點針對高層建筑的結構設計優化措施展開探討。文章首先闡述了高層建筑鋼筋混凝土結構的設計原則，而后就高層建筑鋼筋混凝土結構設計的幾個要點進行了詳細的分析。

【關鍵詞】高層建筑 ；鋼筋混凝土結構 ；優化設計

前言：

隨著城市化進程的不斷發展，高層建筑在城市中正發揮著愈來愈重要的作用，相應的高層建筑結構設計方案和技術水平也在逐步完善。再加上城市居民生活質量的不斷提高，業主對于建筑平面造型、色彩等要求也越來越高，這些因素都增加了建筑結構設計的難度。鋼筋混凝土結構是現代高層建筑中的主要材料，它具有很高的抗震性和安全系數，在結構設計過程中，工作人員一定要從各個環節做好設計的優化和管理，以便于全面提高高層建筑的工程質量。

一、高層建筑鋼筋混凝土結構設計原則

隨著鋼筋混凝土結構在高層建筑中的廣泛應用，要想確保高層建筑鋼筋混凝土結構的設計質量，就必須要遵循嚴格的規范要求和設計原則。具體來講，應包括如下幾方面：①耐久性。經過嚴格設計的高層建筑，在其規定的使用年限內應當具備一定的耐久性。②安全性。安全性指的是在合理的設計年限內，高層建筑的結構應能夠承擔任何類型的突發性外力作用，并且在遭遇外力之后建筑結構必須仍然能夠保持原有的穩定性。③適用性。適用性指的是高層建筑在設計年限以內，其結構設計應當能夠滿足各項使用的要求，具有較好的抗震、抗裂縫或者抗變形的性能。

二、高層建筑結構優化設計對策

1.短肢剪力墻的設置

短肢剪力墻是指截面厚度不超過300mm，且各肢截面高度與厚度最大比值介于4和8之間的剪力墻。高層建筑中的短肢剪力墻具有很強的功能性，然而具體的設計時需遵循嚴格的規范，不能頻繁使用或者設計過多，而是應當在保證高層建筑抗震性能的基礎上盡量降低短肢剪力墻的設計數量，從而降低后續高層建筑鋼筋混凝土結構施工和處理過程中的難度。短肢剪力墻的形式一般可以根據建筑要求與分隔的交接形式來確定，首先考慮的是T型、L型、十字型以及Z字型等，要求短肢剪力墻的穩定性高，縱橫剛度大且必須保持一致。

2.結構超高設計

高層建筑設計時，對于結構超高問題有著明確要求，尤其是抗震級別要求高的建筑，更應當嚴格控制好建筑的高度。最新的高層建筑設計規范中對此進行了界定，除了把原來的限制高度設置為A級高度建筑之外，還增加了B級別高度的建筑。所以，在結構設計時需要對此予以區分，屬于B級建筑物就應該控制在B級規定范圍之內，一旦超過了B級建筑高度就需要重新設計。

3.抗震功能設計

高層建筑的抗震功能主要由鋼筋混凝土結構來實現，因此抗震設計是高層建筑中的重要組成部分。一般來講，高層建筑的層數越多，或是建筑結構剛度系數變化越大，其振型數也應該相應地取大一些。例如，高層建筑結構中如果塔結構形式多，或是頂部有小塔樓、轉換層等構件時，其振型數應不小于12，并且其大小依然不能超過房屋總層數的3倍（除了含有彈性的樓板），這樣在進行總剛性分析時它的振型數才可以取得更大些。另外，高層建筑抗震設計時，應盡量調整其平面形狀和結構布置，避免設置防震縫。如果必須設置防震縫時，應遵循以下要求：當框架結構的高層建筑高度在15m以內時，縫寬應大于100mm；當超過15m時，則需要根據實際情況，每增加不同的高度宜加寬20mm。在確定防震縫的寬度時，如果縫兩側的房屋高度不同，那么防震縫的寬度應按照較低的房屋高度來確定。

4.平面結構設計

一般來講，高層建筑除了特殊的設計需求之外，其平面布置普遍都遵循簡單、規則的原則，這樣可以使剛度和承載力均勻分布。如果高層建筑的抗震等級不同時，其平面尺寸和突出的位置尺寸比值都要控制在合適的范圍之內，盡量避免采用角部重疊的平面圖形。此外，隨著建筑設計的不斷更新觀念，現代化的高層建筑越來越重視概念設計，以追求建筑的外觀美感。在具體的概念設計時，建筑設計師需要把現代化的建筑風格和環保、節能、抗震以及低碳等指標結合起來。另一方面，高層建筑在概念設計時又不能過分標新立異，無論是平面設計還是結構設計都應當首先確保科學的原則，并且在設計風格上應當體現出環保、綠色的審美觀念，高層建筑還應當爭取滿足延伸性的建筑需要，以此來增加建筑的實用性。

5.豎向結構設計

高層建筑結構設計中應重點做好豎向設計，它能夠直接影響到建筑的整體結構和使用壽命。高層建筑的豎向設計應滿足均勻、規則的要求，不能出現太多的外挑和內收等構件，這樣能確保建筑重心的穩定。總得來講，高層建筑豎向結構應該是底部大頂端小，均勻、緩慢地變化。如果豎向結構不是垂直，或者不是底部大、上端小的正常結構形式，就需要單獨在建筑整體的平衡上做好設計功夫。對于豎向內收型的高層建筑而言，為了提高其抗震性能，樓層的側向剛度不能比相鄰上一層的70%小，同時最好不小于其上相鄰三個樓層側向剛度平均值的80%。另外，對于A級高度的高層建筑而言，它的樓層抗側力結構層間受剪承載力一般不能小于相鄰上一層受剪承載力的80%，同時不應小于其相鄰上一層受剪承載力的65%。對于B 級高度高層建筑來講，其樓層抗側力結構的層間受剪承載力不應小于其相鄰上一層受剪承載力的75%。在設計時，樓層的質量需要按照高度均勻地分布，樓層質量不宜超過相鄰下部樓層質量的1.5倍。

結語：

綜上所述，鋼筋混凝土以其穩定性強、剛性大、整體性好等諸多優勢在我國高層建筑中得到了廣泛的應用。與此同時，我們也必須注意做好鋼筋混凝土的結構設計優化管理，不斷完善技術和工藝，同時總結實踐中的經驗和問題，做好科學的計算和分析，從而在根本上提高高層建筑的質量，促進我國建筑行業的健康發展。

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