万建涛
中南建筑设计院股份有限公司 湖北武汉 430071
摘要：随着社会经济的快速发展，城市建筑用地资源日益缺乏，高层甚至超高层建筑项目日益增多，在城市建筑领域中扮演着十分重要的角色，并促进了建筑行业的健康发展。高层建筑项目建设中，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，怎样优化高层建筑结构设计是业内人士十分关注的问题。本文通过对高层建筑未来发展趋势进行分析，对高层建筑混凝土结构优化设计中存在的缺点进行探讨，并给出高层建筑结构优化设计的解决措施，以期可以为建筑混凝土结构设计方案的优化与发展作出贡献。
关键词：高层建筑；混凝土；结构设计；相关问题
导言：高层建筑的混凝土结构设计过程中，需要明确实际高层建筑结构的楼层使用承载量，对结构设计的相关决定性因素进行分析，明确高层建筑的轴向变形量，目标控制量，分析高层建筑结构混凝土中的相关结构设计特点和设计问题，解决这些问题，更好的发展高层建筑混凝土结构的设计效果。
1水平载荷结构设计的标准决定性必要因素
水平载荷是高层建筑结构中必要的设计特点，主要是对高层建筑的楼层、自重、轴向力、弯矩等数值变化水平进行分析，明确实际数值、楼层高度的正比关系，对水平载荷的相关建筑结构设计因素进行分析，确定建筑结构相关的轴向力。按照高层建筑结构的相关竖向载荷水平数值，合理的分析水平载荷的变化量水平，确定数值大小、高层建筑结构力、偏差力之间可能存在的区别量。明确地基基础及地下室结构，楼盖结构，框架结构，剪力墙结构，框架一剪力墙结构，板柱一剪力墙结构。底部大空间剪力墙结构，筒体结构，大底盘多塔、连体、错层、竖向柱转换等复杂结构合理的分析实际水平载荷相关的作用。
2高层建筑未来发展趋势
2.1推广应用消能减震与隔震设计
在目前的建筑混凝土结构设计方面，大多采取延性结构预防地震，通过控制混凝土结构物的刚度，在地震作用下，允许混凝土结构构件自行处于非弹性状态，并以延性水平为基础最大程度的消耗地震能力，以此来减弱地震破坏力对建筑结构所带来的危害。在高层建筑混凝土结构中，减震作用的有效发挥起决定作用的是预先设计出合理的被动耗能装置，便于将一定的附加刚度提供给建筑物混凝土结构，从而消耗掉结构构件需要承受的那一部分地震伤害，以便降低混凝土结构中的动力反应，最终有利于降低高层建筑混凝土结构中的损伤和变形程度。
2.2智能建筑技术的发展
随着高新技术产业和当代建筑技术的不断融合为智能建筑的兴起与发展带来更多机会，智能化建筑已经成为当前高层建筑领域中主要发展方向与趋势。智能建筑技术的组成要素主要包含四个方面，分别为装备、建筑、经营以及服务，以上四个要素一定要相互联系以及分别优化，从而获得最佳搭配，得到具备功能较高、舒适度较高以及效率较高的高层建筑。当代智能建筑应当包含装备、设备自动管理系统以及通讯网络系统在内主要系统技术，并通过应用现代4C技术，组成一个完整的智能化建筑结构系统，为社会人民群众带来一个安全舒适的生活和工作环境。伴随智能建筑技术的快速发展，建筑设计人员一定要大力重视智能建筑中基础因素之间的联系，通过最合理的设计方案来满足社会大众多样化的功能需求。
2.3广泛应用新型材料
伴随科学技术水平的不断进步与提高，研发出了大量具有较高性能的新型材料，从很大程度上改善了传统混凝土材料强度不够以及韧性较差的缺点。广泛应用高强度混凝土材料可以在一定程度上减少高层建筑结构施工中的关键构件尺寸，进而减少结构自身的重量，确保混凝土结构的安全性与稳定性。
3高层建筑混凝土结构设计中应注意的几个问题
3.1方案阶段结构专业应介入
高层建筑结构由于竖向荷载较大且地震和风引起的水平荷载影响大，对抗侧、抗扭刚度均有很高要求，结构体系、结构构件的布置也比较复杂，方案阶段仅靠建筑师的专业知识一般难以作出满足合理结构要求的方案，这就要求方案阶段结构专业就应尽早介入，运用结构概念设计的知识，协助建筑师作出符合结构概念设计要求和抗震、抗风要求的建筑方案，以避免出现方案批复结构专业才介入发现结构不合理，甚至是难以实现的两难境地。
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3.2结构设计应重视概念设计
因为建筑结构理论和结构计算结果与结构实际的情况存在着一定程度的差异以及地震时地震动的不确定性，结构工程师在设计高层混凝土结构时，既要尊重理论计算结果，进行合理的计算，也要学会分析计算结果的可靠性和准确性。运用概念分析判断对提高结构计算的可靠性，改进设计质量有着十分重要的作用。以下为概念设计的一些基本原则：
3.2.1以满足承载力、刚度、延性为主导目标，实施多道防线、刚柔相济的理想刚度目标，从具体的结构整体设计中（包括细部构造措施）去满足。
3.2.2结构的受力与传力途径越简单、直接和明确越好。
3.2.3应当尽可能采用平面布置较规则的平面布局，结构构件布置较均匀，有利于缩小建筑的刚度中心和质量中心的距离，减少结构在地震和风荷载中的扭转效应。
3.2.4沿建筑物竖向，建筑体型和结构布置也应尽可能连续、均匀，避免刚度、承载力和传力途径的突变以限制在竖向某一楼层或几个楼层出现敏感的薄弱部位，从而减少这些部位在地震和风荷载作用时产生过大的应力集中或过大的变形进而导致整个结构失效的可能性。
3.2.5布置剪力墙时，尽可能在不增加合理剪力墙面积的前提下，把剪力墙均衡的布置在建筑周边，这样可在不增加成本的前提下，提高结构的抗侧刚度和抗扭刚度。
3.3高层建筑结构设计应在设计的各个阶段不断优化，进行精细化设计
结构工程师方案阶段应配合建筑师，运用结构概念设计的原则，优选结构体系和结构构件的布置。初步设计阶段结合电算，选择合理的计算参数、准确的荷载，经几轮反复计算调整，确定合理的构件几何尺寸、材料参数（强度、弹性模量）。施工图阶段配合建筑、设备各专业的调整进行调整计算，确保计算模型贴合实际，计算结果合理、有效；绘制施工图时，配筋即满足安全要求，又控制在一定的合理范围内，不过度放大，保证设计的经济合理性；选择合理的配筋构造。
3.4高层建筑结构设计应判断结构计算结果的合理有效性
3.4.1单位面积总荷载标准值是否合理，结构自振周期是否正常对一般工程，不考虑折减的计算自振周期大概在下列范围：框架结构：T1=（0.08～0.1）n框架-剪力墙和框架-筒体结构：T1=（0.06～0.08）n剪力墙结构和筒中筒结构：T1=（0.04～0.05）n，注：n为建筑物层数如果计算结果偏离上述经验值太远，应考虑构件截面是否太大或太小，剪力墙数量是否合理，应进行适当调整。
3.4.2墙柱轴压比是否接近规范上限值且又使大部分墙柱为构造配筋控 制柱墙的轴压比主要为控制结构延性。控制墙柱轴压比接近规范上限且大多数墙柱为构造配筋，这样既可满足结构延性要求，又可取得较好的经济性。
3.4.3楼层层间位移尽量接近规范上限值，使结构不致因刚度过大造成成本增加，墙、柱、梁、板计算结构有无超筋、普遍偏大或偏小。
3.4.4检查“六种比值”是否符合规范要求位移比：主要为控制结构平 面的规则性，以免形成扭转对结构产生不利影响；周期比：主要为控制结构的扭转效应，减少扭转对结构带来不利影响；刚度比：主要为控制结构竖向规则性，以免结构竖向刚度突变，形成薄弱层；剪重比：主要为控制各楼层最小地震剪力，确保结构安全性；刚重比：主要为控制结构的整体性，以免结构产生滑移和倾覆；有效质量比：主要为控制结构的地震力是否全计算出来。
结束语
综上所述，高层建筑的混凝土结构设计过程是一个复杂的过程，需要明确实际建筑结构设计的相关标准，对设计人员进行高标准、严要求的考核分析，对结构设计的相关特点进行判断，明确实际高层建筑结构中可能出现的各种问题。
参考文献
[1]江云红.高层混凝土建筑结构的抗震概念设计[J].四川建筑，2011（01）.
[2]冯磊，胡海涛.高层建筑混凝土结构设计浅析[J].价值工程，2011（06）.
论文作者:万建涛
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第7期
论文发表时间:2018/7/17
标签：结构论文; 高层建筑论文; 结构设计论文; 刚度论文; 建筑结构论文; 建筑论文; 混凝土论文; 《建筑学研究前沿》2018年第7期论文;