邯郸市规划设计院 河北邯郸 56001
摘要：随着社会经济的飞速发展，城市建筑用地资源逐渐缺乏，高层建筑逐渐增多，在城市建筑领域中扮演着重要的角色，同时促进了建筑行业的健康发展。在高层建筑项目中，混凝土结构设计质量水平直接影响高层建筑物的整体性能，如何优化高层建筑结构设计是业内人士比较关注的问题。本文就针对高层建筑中混凝土结构设计优化策略进行深入探讨。
关键词：高层；建筑；混凝土；结构；设计
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。
1、高层建筑结构设计考虑因素
为达到一个强度足够、刚度适宜、延性良好的设计合理的高层建筑结构，在高层建筑结构设计中应合理考虑各方面因素。1）侧向力。无论是高层建筑还是低层建筑，它们都承受着风、地震力和垂直载荷（如自重、雪载和活载等）等外力。只不过低层建筑受到水平力较小，而高层建筑受到水平力随着层数的增多而不断增大。因此，在高层建筑结构设计时，应着重考虑到水平荷载和地震力等会影响结构变形、结构内力和建筑物土建造价的主要控制因素；2）适宜的刚度。高层建筑的侧向位移会随着高度的增加而逐渐增大，因此，在结构设计时应考虑到结构的强度必须足够且自振频率得合理等因素，以控制水平力作用下的高层建筑的侧向位移在一定范围之内；3）延性良好。高层建筑与低层建筑相比其结构要更加柔性一些，若受到相同的地震力作用也更容易变形。因此，在结构设计时首先应满足足够的强度，其次再通过优良的概念设计和合理的构造措施提高结构整体和局部的变形能力，保证结构在进入塑性变形阶段仍具有较强的变形能力，即具有足够的延性，以避免高层建筑在大地震作用下而倒坍，造成人们人生和财产安全的损失。
2、高层建筑结构设计的原则
2.1选用适宜的结构体系和合理的计算简图
高层建筑结构应根据建筑物的使用要求、房屋高度和高宽比、抗震设防类别、抗震设防烈度、场地类别、结构材料和施工技术条件等因素综合考虑，选用适宜的结构体系。目前我国用于高层建筑的结构体系主要有剪力墙结构、框架一剪力墙结构、筒体结构和板柱一剪力墙结构。在进行高层建筑的结构计算时，需要用到相关的计算简图。进行结构力学分析之前，应首先将实际结构进行抽象和简化，使之既能反映实际的主要受力特征，同时又能使计算大大简化。这种经合理抽象和简化，用来代替实际结构的力学模型叫做结构的计算简图。计算简图的选取在结构的力学分析中占有相当重要的地位，它直接影响着计算工作量的大小和分析结构与实际间的差异。在计算简图的选取时，应注意正确反映结构的实际受力清况，使计算结果尽可能与实际相符。对结构的内力和变形影响较小的次要因素，可以较大地简化甚至忽略，使计算大大简化。
2.2合理的抗震设计
高层建筑的抗震设计是整个设计过程中较为重要的环节，在进行抗震设计时应充分结合建筑物的基本体型以及建筑物所处的抗震设防烈度要求。抗震设计在重视“计算设计”的同时，还应当.非常重视结构抗震概念设计。建筑体型和布置依据抗震概念设计原则划分为规则和不规则两大类，一般在地震多发地段宜选用规则结构，即平面和立面规则，结构平面布置均匀、对称并具有较好的抗扭刚度;结构竖向布置均匀，结构刚度、承载力和质量分布均匀。而在应对城市中由于街道以及土地的限制，需要根据场地的实际情况对建筑进行设计时，也可采用不规则平面的方式。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆对于结构不规则的高层建筑，需根据其不规则程度和不规则类型按《建筑抗震设计规范》GB50011-2010相关要求进行地震作用计算和内力调整，并对薄弱部位采取有效的抗震构造措施，以保证建筑的抗震可靠性，避免采用抗震性能差的严重不规则结构。结构构件应具有必要的承载力、稳定性、延性等方面的性能。
3、高层建筑混凝土结构优化设计对策
3.1经得起考验的优化设计
在进行高层建筑混凝土结构优化方案设计时，大多数设计人员没有充分考虑持久性设计，在高层建筑建中总是发生由于外力和环境因素影响出现问题的情况，造成高层建筑极易遭受损坏，对高层建筑整体结构的安全性产生影响。所以，在高层建筑中，优化高层建筑混凝土结构设计方案，对高层建筑混凝土结构优化进行充分考虑，确保高层建筑混凝土结构优化方案的合理性、耐久性和实用性，使高层建筑混凝土结构优化设计成本降低最低。按照高层建筑的实际情况设计科学合理的高层建筑混凝土结构优化方案：①确保高层建筑混凝土结构的对称性和规则性，确保高层建筑物质量能够均匀分布，避免发生倒塌情况。②科学合理设计高层建筑混凝土结构布局，对高层建筑混凝土结构设计不断进行创新和优化，确保高层建筑的耐用性。③优化设计方案要确保高层建筑的美观性，使高层建筑与周围环境相互协调，防止发生建筑错层、多面与四周环境不和谐等情况。
3.2加大力度对剪力墙的优化设计
对剪力墙结构的优化设计，主要是对高层建筑混凝土结构中的连接横梁进行优化设计，因为连接横梁是高层建筑剪力墙优化设计中的重中之重。在优化设计连接横梁的过程中，一旦剐度增加，在发生地震时剪力墙结构所要承受的压力也会不断增大。这样要想增强住高层宅建筑抗震能力，就要大量使用钢筋，因而导致材料费用的增加。所以，在进行连接横梁优化设计时，会将连接横梁的截面和刚度设计的比较小。但是要引起注意的是，设计的弱连梁要达到结构所要求的形变和刚度要求，并且要从建筑结构经济性和安全性两方面综合进行考虑，来保证剪力墙结构设计优化工作更好地进行。
3.3建筑混凝土结构的抗震性优化设计
在应用高层建筑混凝土结构过程中，极其容易受到地震的危害，在进行优化设计过程中，设计人员要以抗震概念设计为基础，依据抗震试验算出建筑混凝土结构的抗震系数，也可以以类似建筑的抗震设计经验为基础，对高层建筑的平立面设计、结构体系、结构构件延展性等进行优化设计，从而高效提升建筑的抗震能力。具体来说，在设计结构体系时，设计人员要尽量选取平面布局以及空间结构规则简单的形式。例如，在平面布局中，可以把圆形、方形、矩形、扇形等图形结构作为抗震体系形式，并降低对过长的伸展翼或者不对称的侧翼的使用。并且设计人员要利用科学合理的布局，实现建筑的质量与刚度的均匀平衡分布。而在进行平立面设计时，设计人员可以设置墙体为均匀对称的方式，并提高电梯或者楼梯的井筒等具有较强刚度的结构布置的集中性，同时，在设计抗震墙时要符合建筑结构整体抗震要求，从而提高建筑平面结构的抗震能力。而且，还要确保各转换层结构在竖向刚度方面分布的均匀性。在混凝土结构构件的延展性方面，要加大梁、柱端的组合剪力，或者增强柱体抗弯能力，并相互配合不断提升梁端的钢筋实际弯矩，从而便于建筑梁端早于柱端发挥塑性，使二者在外部环境作用下，维持结构变形的协调稳定性。
4、结语
近30年来，高层建筑发展十分迅速，如雨后春笋林立于世界各地，具有强大的生命力。它的突出优点是有效地利用空间资源，占地面积小，可缓解大城市的住房困难、交通拥挤和用地紧张等问题。随着高层建筑进一步的发展，满足高层建筑的形式、材料、力学分析模型都将日趋复杂且多元化。为了革新高层建筑，体现其魅力，追求新的结构形式和更加合理的力学模型将是土木工程师们的目标和方向。
参考文献:
［1］张鑫．试析高层建筑混凝土结构的优化设计［J］．建筑知识，2012(8):31-32．
［2］刘日望．高层建筑中混凝土结构的优化设计要点浅谈［J］．华东科技，2012(4):10-12．
［3］陆小琪．高层建筑混凝土结构优化设计分析［J］．建材发展导向，2011(9):67-68.
论文作者:王嘉聪
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第31期
论文发表时间:2019/1/15
标签：高层建筑论文; 结构论文; 建筑论文; 刚度论文; 优化设计论文; 混凝土结构论文; 混凝土论文; 《建筑学研究前沿》2018年第31期论文;