高層住宅混凝土結構設計與優化分析

李之佩

【摘要】在社會經濟不斷變化和發展的過程中，高層建筑施工項目的數量也越來越多，在高層建筑建設的過程中，最常見的就是混凝土結構的施工，該結構穩固性較強，強度比較大，在實際的建筑施工中具有十分重要的作用。但在混凝土高層設計的過程中，仍然存在一系列的問題，因此，對混凝土結構進行設計和優化就顯得尤為重要。

【關鍵詞】高層;住宅;混凝土;結構設計;優化

當今社會，高層建筑已經成為城市建筑施工的重要組成部分，在實際的建筑施工中，建筑的高度不斷增加，建筑的結構也變得越來越復雜。鋼筋混凝土結構是中國建筑中的傳統建筑結構形式，并且具有一定的優勢，造價較低，結構造型眾多，整體性效果也比較好，因此在各類建筑施工中得到廣泛的使用。對于高層建筑來說，要想提高設計質量，就必須加強對高層建筑結構的優化和改善，進而提高建筑的安全性和舒適性，增強抗震能力，降低企業成本，從而提高企業的經濟效益和社會效益。

1、結構型式

（1）一般情況下，建筑的功能是建筑施工的基本要求，當對該基本要求進行設計施工的時候，應該盡量減少使用轉換結構型式。當前許多臨街高層住宅，底層大部分用來作為商業用房，結構型式也大多是框剪結構，為了滿足用戶對建筑空間的要求，一般采用優化剪力墻與框架柱的方式來進行布置，當該方式仍滿足不了相關要求的時候，就可以考慮轉換結構[1]。

（2）對于建筑來說，當對空間沒有特殊要求的情況下，一類高層住宅結構型式一般要采用剪力墻結構，這是由于剪力墻結構的剛度比較大，在水平作用的抵抗方面更具優勢，此外，對于高度相同的高層住宅來說，剪力墻結構中的剪力墻邊緣構件抗震等級與框剪結構中剪力墻抗震等級相比，相對較低，可以大大減少鋼量的使用。在剪力墻結構的施工中，可以選擇在合適的位置設置少量的框架柱，這樣可以大大降低造價。當建筑進行平面轉折太多的時候，其剛度比較大，自重也相對較大，在這樣的情況下，就需要使用少量的框架柱，用于代替剪力墻，這樣有利于降低工程成本，減少造價。對于二類高層來說，由于其高度不是太高，剪力墻結構和框剪結構都可以進一步滿足其受力要求，工作人員需要在充分考慮的基礎上選擇合適的結構。

（3）高層住宅應盡量避免選用短肢剪力墻結構，短肢剪力墻抗震性能差，在中大震作用下容易發生脆性破壞，因此，對短肢剪力墻提出了嚴格要求，包括提高縱筋配筋率、降低軸壓比、限制使用比例等，這些約束條件不利于降低造價，也不利于提高結構的安全度。

對于高層建筑來說，應該盡量避免使用短肢剪力墻結構，這是因為該結構的抗震性比較差，當發生大型地震的時候，就會造成脆性破壞，所以，對于短肢剪力墻的使用，相關標準下對其提出了更高的要求，對比例進行嚴格的限制，有效降低軸壓比等，但這些限制條件對于結構的安全性來說，具有一定的影響，也不利于工程成本的降低。

2、高層住宅混凝土結構方案的設計和優化建議

2.1設計過程優化

對高層建筑進行施工的過程中，需要在生命周期中擔負一定的雙向負載，但這就會對高層住宅的建筑質量以及功能造成嚴重的影響，尤其是混凝土結構的設計方面，所以，對于高層建筑中混凝土結構的設計施工中最重要的主體內容應該引起足夠的重視，要根據工程施工的實際情況，優化設計方案，并做好設計圖紙和實際施工之間的協調工作，還需要對原設計圖紙進行專業性的審核，針對問題提出建議[2]。但該方法也有一定的缺點，優化的空間比較小，工作的工作量也會在無形中增加。

對設計過程進行優化，需要在項目方案的設計階段進行，在方案設計的過程中，采用專業化和規模化的形式開展設計優化工作。對于設計優化成本也要進行良好的控制和管理，要與設計人員進行良好的溝通，提高技術論證的可靠性。設計過程優化主要包括以下三個階段。

（1）對建筑方案進行設計：對建筑方案要進行結構性的可行性分析，已經確定好的建筑方案也要進行方案分析，進而對方案進行有效的對比。

（2）對設計進行初創：在對項目各個部分的結構進行分析的基礎上，做好相應的技術分析報告，并經由相關部門審核。但發現報告問題的情況下，部門要及時提出優化意見，并要協助設計單位進行完善[3]。

（3）對施工圖紙進行設計：在對施工圖結構進行計算的時候，需要向設計單位提供相應的材料，例如，結構的參數、計算的荷載等，在開始配筋的時候，也需要對結構各部位的配筋原則進行確定，各個部門之間要加強溝通和交流。

2.2優化高層住宅混凝土結構方案的建議

在對高層鋼筋混凝土的結構進行設計施工的時候，為了進一步使得結構受力性能得到改善，增強建筑的穩定性和可靠性：第一，要對施工材料進行合理的選擇，盡量選擇強度較高的材料，由于高層住宅工程的質量會受到混凝土和鋼筋等施工原材料的影響，一旦材料不合格，就會造成施工質量受到威脅[4]。當使用合理的高強度的材料時，可以進一步改進建筑構件，還可以有效減輕建筑的整體質量，提高材料的使用效率，避免資源的浪費。另外，在一些地震易發區，使用強度高的混凝土和鋼筋，可以強化建筑的安全性， 提高建筑施工的有效性。第二，要進一步擴寬抗彎結構體系，在對相關數據進行科學計算和分析的基礎上，保證其他因素保持不變，通過采取措施縮小側移比例。設計人員需要對抗彎結構體系進行及時有效的擴寬，進而提高結構的抗側強度。第三，要加強對住宅結構的優化。住宅結構平面的施工質量會直接影響到高層住宅的整體性。一般情況下，住宅的結構是呈規則的平面形狀，并且具有簡單性和對稱性的特點，這樣就可以有效簡化指標的校核和檢驗，還可以提高住宅各項功能的良好發揮。另外，結構設計者也需要加強對建筑的檢查，避免不必要問題的出現[5]。

結語：

綜上所述，在對高層建筑進行混凝土結構設計的過程中，設計者要遵守相應的設計原則，結合專業知識和實際情況，采用多元方式，提高建筑混凝土結構的剛度，進而為用戶提供更加優良的居住環境。

參考文獻：

[1]張智文.試論綠色建筑設計在高層民用建筑設計的應用[J].綠色環保建材，2020（05）：74+77.

[2]毛維帥.BIM技術下的預制裝配式混凝土結構設計方法[J].綠色環保建材，2020（05）：88-89.

[3]何永強.高層建筑不規則結構設計探討[J].科技創新與應用，2020（14）：93-94.

[4]焦柯，吳桂廣，賈蘇，賴鴻立.高層混凝土結構優化設計方法探討[J].建筑結構，2016，46（21）：51-58+36.

[5]丁曉婷，陳宙穎，田軍倉.綠色建筑結構優化設計[J].建筑技術開發，2015，42（02）：33-37.