高層建筑混凝土結構優化設計分析

沙毅

（廣州南方建筑設計研究院 廣東廣州 510000）

0 引言

隨著我國國民經濟的迅猛發展，人們對于高層建筑的質量和性能也有更高的要求，在這樣的情況下，需要著重針對混凝土結構進行不斷的優化，在設計方面進行不斷的創新，使結構優化設計的核心價值得到充分的體現，以此滿足社會對于高品質設計的內在需求。針對高層建筑混凝土結構優化設計而言，所涉及的內容主要包括以下幾方面：

1 高層建筑混凝土結構優化設計的基本原則

1.1 從根本上有效滿足高層建筑混凝土結構的功能要求

在針對高層建筑混凝土結構進行優化設計的過程中，要充分確保相應的功能要求得到充分的滿足，這是基本原則。對功能的要求，主要體現在以下方面：

首先，充分確保整體結構的安全性，這在結構優化設計過程中是必須著重考慮的首要問題，要確保在全生命周期內可以有效抵抗各種外來因素的影響和干擾，與此同時，在偶然因素出現的時候以及結束后，確保整體混凝土結構更安全穩定，可以經受外力的影響而始終保持應有的性能和質量。其次，要確保高層建筑混凝土結構的適用性全面增強，使整體結構在既定的全生命周期內充分滿足使用性要求，經過時間的積累，整體結構的變形程度、墻體裂縫等相關性能都可以保持在優良的狀態，具備應有的安全性和穩定性，不會超過限定標準[1]。最后，要以充分確保混凝土結構的耐久性顯著增強為基準，使整體結構在既定的范圍內不會削弱其耐久性，符合相對應的設計要求和技術標準，從根本上有效規避結構因為外界因素的影響而出現嚴重的腐蝕問題等等。

1.2 從根本上有效提升高層建筑混凝土結構的可靠性

高層建筑混凝土結構的可靠性主要指的是，高層建筑混凝土結構能夠在標準的條件和規定的時間內，充分呈現出應該具備的預定功能和相關性能，該可靠性體現在高層建筑在具體年限范圍內滿足相對應的使用需求，通過相對應的技術手段進行加固處理和翻新，仍然可以使此類高層建筑有效應用并呈現出應有的價值[2]。

2 結合混凝土結構優化設計方案

2.1 結合實際情況更有針對性的設計原材料選用方案

在高層建筑的混凝土結構中，所涉及的原材料質量對于整體結構的質量都有著至關重要的直接影響，是最為關鍵的因素之一。通常情況下，高層建筑混凝土結構所涉及的原材料主要包括混凝土和鋼筋，其中鋼筋用量多少和鋼筋質量如何，對于整體工程造價有著關鍵性的影響，針對這樣的情況，為了使工程造價有效降低，往往對于鋼筋的用量盡可能減少，在這樣的情況下，為了使整體結構更加優化，質量顯著提升，就要盡可能選用高強度的鋼筋，以此作為優先考慮的材料。在高層建筑項目實施過程中，因為具體的需求和土地資源缺乏的問題，往往需要在軟土地基上進行工程建設，在這樣的情況下，就會使工程造價進一步提升，也會帶來極大的施工難度。所以為了使造價減少，降低施工難度，往往要切實有效的減輕建筑對于地基產生的荷載，在優先選用高強度鋼筋的同時，要在最大程度上選用高強度的混凝土。與此同時，要充分確保鋼筋混凝土構件的界面尺寸能夠得到及時有效的優化，在實踐的過程中科學合理的應用。從實踐中可以看出，地震對于高層建筑所造成的危害，往往取決于建筑物自重的大小，所以要盡可能有效降低建筑物的自重，這樣才能切實有效的起到減震效果，使建筑本身的安全性得到顯著提升[3]。針對這樣的情況，在設計高強度混凝土和高強度鋼筋的時候，必須根據現有的技術標準有效操作，在更大程度上有效減少各構件截面尺寸，使鋼筋用量進一步減少，降低建筑物的重量，以此在減少工程造價的同時，使建筑物的安全性得到顯著提升[4]。

2.2 合理設計獨立單元結構，注重結構概念的設計

在高層建筑混凝土結構實際的優化設計過程中，如果整體的混凝土結構是獨立的單元結構，要充分確保各個部分的優化設計。首先，要著重針對整體平面結構的性狀進行切實的優化設計，在具體的設計過程中要充分確保其簡單規則、長度適中、凹凸部分大小適中，與此同時要保持豎向體型均勻規則、外挑內收適中。在實際的設計環節，以此為基礎，確保相關的結構部分剛度和承載力呈現出均勻分布的狀態，從根本上有效規避用豎向布置且不規則的結構，要盡可能有效應用側向力上小下大、變化均勻的剛度結構[5]。除此之外，在整體的優化設計環節，要確保其適用性和美觀性，在充分滿足相關標準和技術要求的同時，著重做好結構概念設計，并且在整體的設計環節要把概念設計當做基礎，以充分確保其實用和美觀的建筑結構為原則，使平面和豎向布局具備更為顯著的均勻性，簡潔性，有顯著的規則，這樣才能充分確保相關結構部分承載力剛度分布更加科學合理，更勻稱，體現更加良好的性能和質量。

2.3 對于剪力墻平面布置進行切實有效的優化

剪力墻平面布置設計優化對于高層建筑混凝土結構優化設計而言，是其中至關重要的部分，針對具體的優化措施而言，主要體現在以下幾個方面：①布置剪力墻的過程中要有效貫徹落實順周邊均勻且集中布置且維持原有建筑的功能的布置原則，對于建筑剪力墻而言，要盡可能有效布置在電梯間、樓梯間處和恒載大、平面形狀變化相對來說比較大的部位；②針對剪力墻的墻肢截面來說要貫徹落實簡單規則的基本原則，而且要充分控制好剪力墻結構側向剛度，使其具備適合的剛度；③從根本上有效規避過多的短肢剪力墻問題出現，特別是針對全部是短肢剪力墻的問題要充分避免[6]。

2.4 對于高程建筑混凝土結構抗震性能進行切實有效的優化

在針對混凝土結構進行抗震優化設計的過程中，要充分確保混凝土筒體的承載力和延性有顯著的增強。高程建筑混凝土結構因為抗震的需求，不同高度的建筑物所涉及的型鋼柱的設置位置與設置方法有很大的差異，在具體的結構優化設計過程中，要通過剛性連接外圍框架平面內柱與梁的方法，使外圍的框架剛度和水平承載力得到顯著提升。針對具體的措施而言，主要體現在以下三個方面：①有效設置外伸桁架加強層；②可以有針對性的應用分段拼裝外伸桁架與筒體剪力墻的剛接法；③要均勻的分布貫通性的剛接桁架與抗側力墻體，這樣可以使樓層因為受到水平力的影響出現偏移的問題得到充分規避。

3 結語

綜上所述，通過上文的分析和探討，我們能夠充分看出，在高層建筑混凝土結構設計過程中，對其進行不斷的優化和完善有著至關重要的作用。在實踐的過程中，相關設計人員要充分把握客戶的具體需求，從實際出發，通過不斷的實踐和積累，提升自身的專業技術水平，從根本上有效做好高層建筑混凝土結構優化設計工作，使設計效果得到充分的優化，進一步提升整體結構的安全性、牢固性，以此使高層建筑呈現出應有的效益。