高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

唐學(xué)紅

遼寧屹立設(shè)計(jì)有限公司 遼寧 沈陽(yáng) 110000

前言

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷加快，需要高層建筑工程來(lái)緩解地域?qū)ζ浒l(fā)展的限制。高層建筑的質(zhì)量和安全是建筑工程最關(guān)注的問(wèn)題，優(yōu)化混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，有利于保證整體建筑工程質(zhì)量和工程施工安全，所以如何優(yōu)化混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成為建筑行業(yè)需要解決的問(wèn)題。

1 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.1 優(yōu)化結(jié)構(gòu)形式

高層建筑較一般建筑工程具有施工難度大、施工安全風(fēng)險(xiǎn)高等特點(diǎn)，這就要求施工方根據(jù)工程的具體情況采取最合理的混凝土結(jié)構(gòu)形式，混凝土結(jié)構(gòu)形式多樣，其用在高程建筑工程中主要有4種結(jié)構(gòu)形式，首先是框架結(jié)構(gòu)，顧名思義就是高層建筑的大體框架結(jié)構(gòu)，一般包括建筑物的梁、柱、板設(shè)計(jì)，其主要適用于高度低于60米的建筑施工；其次，框剪結(jié)構(gòu)，其實(shí)就是框架結(jié)構(gòu)與剪力墻結(jié)構(gòu)的組合，主要是為了加強(qiáng)高層建筑工程的承載力，其主要適用于高度低于120米的建筑工程中；最后，筒體結(jié)構(gòu)則是現(xiàn)階段高層建筑中設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)最高的一種形式，其承載性能和抗震性能均優(yōu)于其他幾種高層結(jié)構(gòu)形式，尤其適用于超高層（＞150m）或者摩天大樓中。

1.2 優(yōu)化結(jié)構(gòu)整體布局和造型

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員要充分注重概念設(shè)計(jì)，充分運(yùn)用自己的建筑設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，在滿足高層建筑結(jié)構(gòu)適用性和美觀性的基礎(chǔ)上，保證高層建筑工程結(jié)構(gòu)的整體布局和造型，比如模型控制：結(jié)構(gòu)平面宜簡(jiǎn)單、規(guī)則，質(zhì)量、剛度和承載力分布宜均勻；剪力墻布置時(shí)盡量減少暗柱數(shù)量；模型計(jì)算時(shí)考慮混凝土矩形梁轉(zhuǎn)化為T(mén)型；模型計(jì)算考慮梁柱重疊部分轉(zhuǎn)化為剛域；在截面尺寸的設(shè)計(jì)上，要保證其合理性、科學(xué)性，嚴(yán)格按照國(guó)家規(guī)定的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。此外，還要根據(jù)建筑工程的實(shí)際情況進(jìn)行截面設(shè)計(jì)，這就需要設(shè)計(jì)人員在對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)確保結(jié)構(gòu)的整體布局和造型，避免設(shè)計(jì)失誤影響整個(gè)高層建筑的實(shí)用性。優(yōu)化結(jié)構(gòu)整體布局和造型，不僅有利于降低高層建筑整體造價(jià)還可以促進(jìn)高層建筑工程社會(huì)職能的實(shí)現(xiàn)。

1.3 優(yōu)化構(gòu)件截面

選用合理的構(gòu)建截面是保證混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全性的重要保證。樓板厚控制原則：樓板厚度的取值大于等于樓板凈跨的1/40，且居住空間現(xiàn)澆樓板設(shè)計(jì)厚度≥100mm，廚房、衛(wèi)生間、陽(yáng)臺(tái)板≥90mm。局部樓板厚度：坡屋頂采用120厚，平屋頂采用120厚；多、高層地下室頂板厚度取160mm，當(dāng)為嵌固部位時(shí)頂板厚度取180mm。梁配筋控制原則：主梁面筋貫通筋盡量選用小直徑鋼筋，支座附加，連續(xù)梁各跨底筋盡量采用相同直徑和不同根數(shù)配置，但要滿足拉通鋼筋的截面面積等構(gòu)造要求和支座錨固寬度限制。（例：225替換為320，其中220拉通），底筋亦應(yīng)盡量減少鋼筋排數(shù)。剪力墻配筋控制原則：剪力墻約束邊緣構(gòu)件的設(shè)置應(yīng)對(duì)底部加強(qiáng)部位范圍內(nèi)的各層各部位核對(duì)軸壓比，判定是否需要設(shè)置約束邊緣構(gòu)件。剪力墻約束邊緣構(gòu)件箍筋體積配箍率可計(jì)入符合構(gòu)造要求的水平分布鋼筋，計(jì)入的水平分布鋼筋的體積配箍率不應(yīng)大于總體積配箍率的30%[1]。

2 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化對(duì)策

2.1 采用高強(qiáng)施工材料

施工材料的選擇對(duì)整體工程的順利實(shí)施起著關(guān)鍵性作用，混凝土、鋼筋是高層建筑工程中經(jīng)常用到的建筑材料，也是其主要建筑材料。高強(qiáng)施工材料的應(yīng)用可以降低企業(yè)施工成本，提高企業(yè)效益，同時(shí)又可以提升高層建筑工程的抗震能力。首先，要保證高層建筑工程的質(zhì)量就必須保證建筑材料的用量，高層建筑其質(zhì)量要求更高，一旦某個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，將會(huì)對(duì)整個(gè)工程項(xiàng)目造成嚴(yán)重的影響，所以，在建筑材料的用量上一定要按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。高強(qiáng)施工材料可以有效地縮減構(gòu)件的尺寸，降低鋼筋和混凝土等的用量，縮減施工成本；其次，合理運(yùn)用鋼筋和混凝土等高強(qiáng)原材料，有利于優(yōu)化建筑構(gòu)件，減輕建筑結(jié)構(gòu)的整體重量，減輕自重可以減輕相應(yīng)的地震荷載，從而可以達(dá)到提升高層建筑結(jié)構(gòu)安全度的目的。

2.2 合理確定結(jié)構(gòu)形式和基礎(chǔ)選型

在具體施工過(guò)程中，施工單位要根據(jù)施工工程的建筑高度以及經(jīng)濟(jì)承受能力來(lái)選擇最佳的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以保證工程的順利進(jìn)行。合理確定結(jié)構(gòu)形式和基礎(chǔ)選型，有利于保證工程質(zhì)量和工程進(jìn)度，一旦出現(xiàn)決策失誤，半路更改方案會(huì)給企業(yè)帶來(lái)巨大的困難，所以施工方一定要根據(jù)實(shí)際情況做出正確的選擇。此外，在方案的選擇上可以多方進(jìn)行討論，參考不同建議，最后進(jìn)行方案模擬整合，這樣有利于決策的合理性，避免失誤。

2.3 減少施工縫 優(yōu)化結(jié)構(gòu)平面

較少施工裂縫，優(yōu)化平面結(jié)構(gòu)可以有效保證高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性和合理性。這就需要設(shè)計(jì)人員根據(jù)實(shí)際的建筑需求來(lái)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)平面進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。此外，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員需要充分注重概念設(shè)計(jì)，從建筑工程方案階段入手，盡量少設(shè)置施工縫，充分運(yùn)用專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)知識(shí)，在充分滿足建筑美觀性和耐久性等使用功能的基礎(chǔ)上，確保建筑結(jié)構(gòu)平面和豎向布置的均勻性、和規(guī)則性，以達(dá)到優(yōu)化高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的目的。

2.4 優(yōu)化轉(zhuǎn)換層

高層建筑混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是轉(zhuǎn)化層優(yōu)化的前提，做好混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要做到以下幾點(diǎn)：首先，在建筑結(jié)構(gòu)比較平整的基礎(chǔ)上，做好橫向與豎向的平面垂直就可以了，如果遇到平面形狀發(fā)生改變的情況則需要對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)置，以便加強(qiáng)這些部位的承載力。其次，在剪力墻結(jié)構(gòu)當(dāng)中，要盡量沿著主軸方向雙向布置剪力墻結(jié)構(gòu)，并且針對(duì)有抗震要求的剪力墻結(jié)構(gòu)，避免采用單向有墻的結(jié)構(gòu)布置形式[2]。

3 結(jié)束語(yǔ)

高層建筑工程是時(shí)代發(fā)展的產(chǎn)物，其質(zhì)量也受到了廣大人民群眾的關(guān)注。高質(zhì)量的建筑工程不僅具有實(shí)用性而且具有一定的舒適性。混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建筑工程設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵一環(huán)，積極對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，可以最大限度地保證工程質(zhì)量，促進(jìn)企業(yè)的健康發(fā)展。