摘要：随着城市化进程步伐的加快，混凝土作为建筑工程施工中主要的施工材料之一。在实际的建筑施工中，混凝土具有很高的结构强度和刚度等优势，但是，混凝土也容易受环境因素的影响，出现一些裂缝等问题。为了充分发挥混凝土在建筑工程中的优势，需要对混凝土的结构进行优化设计，最大程度的减少因环境因素的影响出现裂缝等现象。笔者根据自己多年的设计经验并结合工程实例对高层建筑混凝土结构的优化设计提出见解, 供同行参考。
关键词：高层建筑；混凝土；结构；优化设计；探析
1.引言
混凝土作为当前建筑工程建设中的基础材料，既存在着较高的结构强度、刚度以及较长的安全性与耐久性等方面的优势，同时，也容易在外部环境因素与自身因素的影响下发生变形、裂缝、断裂等问题，建筑单位要想切实地使混凝土的应用充分发挥各种优势，就必须努力地做好对于其结构设计的优化。就高层建筑来讲，由于其层数较多、空间结构的变化性较大，对于安全性、耐久性以及抗震性能具有特殊的要求，混凝土的结构设计状况在更高的程度上，为建筑质量施加直接的影响。因此，高层建筑的建设单位极其注重其中混凝土结构的设计工作。
2.高层建筑的混凝土结构的设计要求和原则
2.1 高层建筑混凝土结构的基本要求
高层建筑的特点是建筑结构需同时承受水平和竖向的荷载或作用。低层建筑结构通常抵抗竖向荷载为主，水平荷载（如风荷载）或作
用（如地震作用）的影响较小，它所产生的内力和位移较小，一般可以忽略。因此在低层建筑结构中，竖向荷载往往就是设计的控制因素。但在高层建筑结构中，较大的建筑高度造成了完全不同的受力情况，水平荷载不仅是主要荷载的一种，跟竖向荷载共同起作用，而且往往还成为设计中的控制因素。这就需要混凝土质量高、数量大，应尽量采用预拌泵送混凝土，对混凝土施工缝等细节更注意。当然，也应该对混凝土出厂前进行技术处理，以减少水泥的水化热，降低混凝土自身的温度。混凝土施工是高层建筑施工中的一个关键环节，因此施工前一定要做好准备，并且在施工时如果遇到问题，应采取相应的应急措施，精心组织、精心施工，做到万无一失。我们讨论的优化设计，节约建筑成本，都应该在达到高层建筑混凝土结构的基本要求的基础之上进行。
2.2 设计原则
当前时期，设计人员对高层建筑中的混凝土实施结构设计，必须遵循适用性、安全性、耐久性以及可靠性几个方面的原则，以保证此项结构的设计工作，为该高层建筑的建设带来质优价廉的效果，使其结构的各项功能均达到预计要求。下面就具体地对这几个设计原则加以分析:
2.2.1 安全性
高层建筑中结构设计的安全性原则，亦是以设计使用年限为依据，使该建筑的结构设计在预定年限范围内，始终可以达到对内部与外部各项荷载力的有效承受，即使遭遇某些偶然的破坏性事故，也要能够使自身结构控制在整体稳定的状态中，避免出现大范围的结构性损害。
2.2.2适用性
高层建筑中结构设计的适用性原则，是以该建筑设计时所设定的具体使用年限为参照，保证建筑的结构设计能够在此年限中，使自身的裂缝、变形、振动等各项性能变动，始终控制在允许的限度内，使建筑在各项结构性能的支撑下，得以为建筑用户正常顺利地提供各方面的使用功能。
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2.2.3可靠性
可靠性的设计原则，是指高层建筑的结构设计，必须在设计的基准期与建筑的使用年限范围内，充分达到耐久性、安全性、稳定性、刚度、动力性能等各方面的性能要求，即使超出年限的基准期范围，也能够在各项性能出现不同程度降低的基础上，维持正常的使用。
3.高层建筑混凝土结构优化设计策略
3.1 从结构安全性考虑
高层建筑的人群密度较高，在灾难发生时，不方便逃生，其灾难后果比一般的建筑要严重很多。在具体的设计过程中，设计人员必须重视混凝土结构的设计，并采取相关的优化策略，最大程度的降低灾难程度。其结构安全性优化策略：一是在保证高层建筑的整体功能和质量的前提下，将能够影响高层建筑结构稳定性、结构自振性和环境因素予以考虑，尽可能的减少混凝土和钢筋的使用量；二是需要综合的考虑高层建筑的承载力，应该将建筑结构承载标准与施工材料的最大承载力进行相关的计算，最大程度的减少高层建筑的自身重量，提高其自身的结构安全性。
3.2 合理使用高强砼和高强钢筋，建筑的
总造价包括上部结构的材料、基础及施工等费用, 构件的截面尺寸和用钢量对造价的影响很大,设计中合理使用高强钢筋(如梁、板筋采用三级钢) 可有效降低用钢量,节约成本。如果高层建筑位于深厚软弱地基上, 由于作用于地基上的荷载很大, 合理使用高强砼和高强钢筋优化构件截面尺寸,减轻结构自重,将会降低基础施工的难度和造价,取得显著的经济效果。同时,对于地震区的高楼, 地震作用的大小几乎与建筑自重成正比, 减轻自重能够减小结构的地震荷载,有利于提高结构的安全度。认为,在设计中合理的使用高强砼和高强钢筋,能快速、有效的减少墙、柱、梁、板等构件的截面尺寸,降低用钢量, 减轻建筑自重,最终达到降低造价的目的。
3.3 单元结构布局设计的完善
高层建筑的结构设计的主要内容是对各个单元结构进行独立设计。单元结构设计通常应用于一些建筑结构比较简单、规则的平面设计，在设计过程中，需要注意适当的控制平面结构中的整体、突出部分的长度，确保各个部分的承载力和结构强度均匀。在竖向结构的设计中，通常采用一些比较均匀、规则的设计，能够有效的控制建筑外观与内部结构之间的问题。在其设计过程中，设计人员需要制定结构设计方案，以现有的设计理念和设计专业知识作为依据，以高层建筑实用性、安全性和美观作为前提保障，对混凝土结构进行优化设计，保障其各个单位结构在水平方向和竖直方向的结构强度、承载力等均匀合理的分布。
3.4 注重剪力墙的平面布置
注重剪力墙的平面布置主要应注意以下几点：其一，在结构平面布置中,在满足建筑功能的基础上,剪力墙宜沿周边均匀、相对集中布置。在建筑物的楼梯间、电梯间、平面形状变化及恒载较大的部位宜布置剪力墙,其间距不宜过大。其二，剪力墙结构中,剪力墙宜沿主轴方向或其他方向双向布置,抗震设计的剪力墙结构, 应避免仅单向有墙的结构布置形式。其三，剪力墙墙肢截面宜简单、规则，剪力墙结构的侧向刚度不宜过大。其四，设计中应注意尽量减少短肢剪力墙的数量, 不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构。
4.结束语
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，考虑高层建筑风和地震力等侧向力的影响;考虑自重和地基载荷的影响;保证高层建筑结构具有足够的强度，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所存在的最佳受力标准，从而找到最优结构方案，满足各方设计使用要求。
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论文作者:周俊江
论文发表刊物:《基层建设》2016年19期
论文发表时间:2016/12/1
标签：结构论文; 高层建筑论文; 荷载论文; 混凝土论文; 建筑论文; 混凝土结构论文; 结构设计论文; 《基层建设》2016年19期论文;