摘要：社会在发展，时代在进步，在一座座迅速崛起的城市中，增多的不仅是一幢幢的高层建筑，更是人们对高层建筑的研究，特别是对高层建筑中混凝土结构的研究，对于混凝土结构的设计优化，更是越来越受到人们的关注。文章对高层建筑中各种混凝土结构的发展以及高层建筑的结构设计体系及因素进行了分析，并提出了高层建筑中有关混凝土结构优化设计的一些方案。
关键词：高层建筑；混凝土；结构设计
一、高层建筑混凝土结构的类型
1、钢筋混凝土结构
钢筋混凝土结构具有耐高温性强、抗腐蚀强、刚度大、整体性较好、位移不大、舒适度较好、维护方便和成本低等特点，这些都是钢结构无法比拟的。另外，我国混凝土增强材料技术（如新型预应力钢棒和非金属配筋等）不断地得到发展，且型钢混凝土、钢管混凝土、轻混凝土和高强混凝土等方面的理论技术已经达到了成熟水平。因此，钢筋混凝土材料重新得到了重视，钢筋混凝土现浇结构也应用于我国绝大多数的高层建筑中。
2、组合结构
组合结构除了具有钢筋混凝土结构的优点外，还具有静、动力工作性能优异、科技含量高、对环境污染少、大量节约钢材、降低成本和施工进程快等优点，其中节约钢材的特点是由于其混凝土在钢管内的三轴受压状态可提高自身承载力的结果。因而，组合结构在某些情况下可以取代钢结构和钢筋混凝土结构，应用与更高的建筑中，并且在电力、造船、交通和冶金等方面也已得到广泛的应用。
3、新型结构
以往高层建筑的结构体系有框架体系、剪力墙体系和框架-剪力墙体系三种类型，而我们新型的结构体系主要是根据筒体的组成方式来区分的，主要有框筒体系、筒中筒体系和多束筒体系三种。新型结构体系中的筒体与传统的单片平面结构不同，其在水平力作用下可以看成固定于基础上的箱型悬臂结构，具有更大的承载力和抗侧刚度。目前，这种新型的筒体结构体系在层数较多、功能较多、用途较多的高层建筑中已得到广泛的应用。
二、高层建筑的混凝土结构的设计要求
1.延展性
高层建筑的结构柔性比低层的楼房要高，一旦遭遇地震等问题，会发生更大幅度的作用变形，若要避免建筑在地震等作用下发生倒塌变形等问题，就必须在进行混凝土结构的设计时，使其结构具备足够的延展性能。
2.侧向力
目前，高层建筑的结构设计中，其结构内力与变形等问题，主要受到地震的水平作用力及外部环境中的风力等因素的影响，层数的不断增多会带动水平作用力的持续加大。所以，在设计混凝土结构时，必须要充分地将这些侧向力的影响考虑在内。
3.刚度要求
高层建筑面临着众多的水平作用力影响，容易出现较大幅度的侧向位移，设计人员在进行混凝土结构设计时，必须在保证其具有足够强度的基础上，同时使其具备合理的刚度及自振频率，进而将楼层水平位移控制于允许范围。
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三、高层建筑结构混凝土设计应用遵循的原则
混凝土结构平面设计要尽量使平面规则、简单、对称、长宽比适当，这样可以使平面刚度、承载力、质量分布均匀，质量中心与刚度中心接近重合，提高混凝土结构的抗震能力。具体应遵循以下原则：尽量采用规则的高层建筑结构，保证建筑平面、立面及结构布置对抗震有利；具备合理的传力途径，使作用在上部结构的水平力和竖向力能够直接、不间断地传递到基础，避免中断和迂回；具有整体的可靠性和牢固性，当高层建筑结构受到作用力丧失致使整个结构的倒塌；确定构件与构件之间、结构与结构之间，该彻底分离的绝不似分非分，该牢固的绝不似接非接；处理好结构单元与结构构件承载力之间的关系，尽量设置多道抗震防线，增强结构的抗震能力。
四、高层建筑混凝土结构优化设计的具体方法
1.合理使用高强砼和高强钢筋
在建筑的整个施工过程中，用钢量是影响总造价的一个重要因素。因此，为了合理降低用钢量，降低造价，节约成本，设计中必须合理使用高强钢筋。然而在高层建筑位于深厚软弱地基之上的情况下，强砼和高强钢筋高优化构件截面尺寸的合理使用，对于减轻地基载荷，降低基础施工的难度，缩减造价，将具有非常直观的经济效果。由于地震对于一幢建筑的破坏程度，是与该幢建筑的自重成正比的，自重越大，受损毁的可能性，破坏程度就越大。因此，减轻建筑物自重能够减小其受地震破坏的程度，为建筑物的安全提供保证。所以，高强砼和高强钢筋在设计中的合理使用对于快速、有效的减少墙、柱、梁、板等构件的截面尺寸，减少用钢量，减轻建筑自重，最后达到降低造价及安全使用的目的具有十分重要的作用。
2.注重剪力墙的平面布置
具体应如何注重剪力墙的平面布置，我们应该从以下几方面做起：（1）剪力墙的布置原则在于沿周边均匀、相对集中布置，同时又不损害建筑原有的使用功能。一般布置在建筑物的楼梯间、电梯间处，以及平面形状变化及恒载较大的部位，其间距宜适中，不宜过大。（2）剪力墙墙肢截面应具有简单、规则的特点，剪力墙结构应具有一定侧向刚度，但不宜过大。（3）较多的短肢剪力墙不会起到联合剪力的良好效果，全部为短肢剪力墙的情况更是应该避免出现。
3.抗震设计中，注意钢筋混凝土结构的延性
在构件设计的时候，要加强设计中的科学性，需遵循：“强节点弱杆件、强柱弱梁、强剪弱弯、强压弱拉”的设计准则。在实际设计的时候，一定要注意结构的抗震设计，主要破坏属于延性的破坏，而不是脆性破坏，这一点非常重要。
其次，对钢筋混凝土构件，合理确定截面尺寸，恰当配置纵筋和箍筋（抗剪斜筋），加强钢筋的锚固，避免剪切破坏先于弯曲破坏、混凝土压溃先于钢筋屈服、钢筋粘结锚固失效先于杆件破坏。
在具体的结构抗震设计中，要重视钢筋混凝土的延性构件分析，在设计中要加强延性指标设计，对截面曲率延性要设计合理，针对构件位移延性，应按照相应的公式保证设计的科学性。
五、结语
总而言之，在高层建筑混凝土结构设计时，应充分考虑各方面因素，如高层建筑的风荷载和地震力的影响；考虑自重和地基基础的影响；保证高层建筑结构具有足够的承载力，具有适宜的刚度，具有良好的延性。与此同时，也应该能够从整体上把握结构整体的设计，了解总体系和主要体系间的最佳传力途径，从而找到最优化的结构方案，满足建筑物的使用要求。
参考文献
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论文作者:范瑞杰
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第27期
论文发表时间:2018/12/30
标签：结构论文; 高层建筑论文; 混凝土结构论文; 钢筋论文; 延性论文; 刚度论文; 体系论文; 《建筑学研究前沿》2018年第27期论文;