上海中星志成建筑设计有限公司
摘要：在多高层钢筋混凝土结构设计中，还应保证结构的合理性。结合工程实例，本文对多高层钢筋混凝土建筑结构设计的合理性展开了分析。针对建筑在基础设计、剪力墙设计等方面存在的问题，按照设计原则提出了优化思路，并从基础结构优化、剪力墙结构优化等方面提出了优化方法，为类似工程建设提供参考。
关键词：合理性；多高层钢筋混凝土建筑；结构设计优化
引言
伴随着建筑行业的快速发展，大量的多高层建筑得到了建设。这类建筑多采用钢筋混凝土结构，设计方案需要对层数、高度、功能、抗震性等各方面因素进行考量。如果结构设计不合理，将影响结构的稳定性和安全性，因此还应从合理性角度加强结构设计优化问题研究。
1多高层钢筋混凝土结构设计的合理性分析
1.1工程概况
某多层建筑属于住宅楼项目，地上共包含8层，地下1层，总高度26.75m，建筑总面积约5632m2。采用钢筋混凝土剪力墙结构，安全等级为二级，抗震设防烈度为7度，基础设计为甲级。抗震等级为三级。
1.2工程结构合理性分析
对工程结构设计的合理性展开分析发现，选取剪力墙结构能够与本工程建筑墙体多、面积大的特点相适应。通过将各承重墙等连接成一体，为用户改造室内结构提供了较大空间，同时结构整体抗水平荷载能力较强，能够有效吸收地震能量，因此工程结构具有一定合理性。
首先，工程包含居室、客厅、卧室等在内的区域设计成厚板结构，板厚200mm，无主梁与次梁通过，下部建筑空间较大，能够满足建筑各种功能需要。厚板部位质量集中，截面上应力分布复杂，需要做好钢筋配置，以免截面受力不均匀，在地震发生后容易导致结构刚度突变，造成厚板层便为薄弱层，最终给结构稳定性和安全性带来威胁。因此在结构设计过程中，需要全面进行建筑高度、功能的分析，掌握厚板结果荷载分布等情况，以便通过合理实现结构配筋设计保证建筑的安全性。
其次，对工程局部做厚板，能够保证建筑房间功能布局灵活。完成通透大空间造就，满足不同房间布局需求。在现代多高层建筑设计中，伴随着建筑功能的多样化和体型复杂化发展，往往同一建筑中沿着房屋高度方向的建筑功能将发生变化。而高层建筑结构下部楼层受力较大，上部楼层受力相对小一些，按照传统结构布置形式，下部需要完成多墙体和密集柱网的布置，使得建筑空间有限。而采取局部厚板结构，使建筑内部拥有较大的自由空间。对局部厚板下部柱的柱间距进行扩大，保证下层结构拥有较充足的使用空间。在工程结构设计阶段，厚板结构在地震反应强烈的情况下受力较大，还要加强竖向结构设计，同时对剪力墙、基础等结构进行优化设计，以便使下部结构承载力得到提高，保证建筑安全性的同时，发挥厚板结构优势，为建筑设计提供了更大创意空间，能够满足客户对建筑功能的不同要求。
此外，工程采取该种结构设计方案，能够使建筑造价得到有效节省。在厚板结构浇筑的过程中，采用工艺成熟的大体积混凝土施工技术，能够减少施工材料的浪费，使建筑下部结构得到简化，能够节省大量施工材料，使工程造价得到控制。实际在建筑结构设计阶段，还应加强结构优化设计分析，对水平地震、竖向荷载作用下的厚板实施拓扑优化，在保证结构受力性能良好的同时，通过减少结构自重使造价得到进一步节省。
2基于合理性的多高层钢筋混凝土结构设计优化
2.1整体优化思路
对多高层钢筋混凝土结构设计进行优化，还要结合合理性分析结构采取相应优化措施。按照优化原则，还应保证优化的结构能够满足建筑正常使用需求，避免出现个别功能因优化设计而不能使用的问题。在保证结构整体刚性合理的基础上，还应实施局部加强，以便通过加固关键构件承载力提高结构的安全性。针对部分构件，还应通过适当缩减尺寸减轻结构自重载荷，从而减小地基承受的压力，减少结构承受的地震作用，同时使工程造价得到有效控制。在结构优化中，遵循强柱弱梁、强剪弱弯思路，需要做到合理分布结构刚度和承载力。针对竖向构件应实施加强设计，做到精细确认构件配筋。
在梁部结构优化上，需要对截面宽、高和受拉钢筋界面进行优化，按照规范取值，将配筋率控制在1.5%范围左右，尽可能不采用宽扁梁。在住宅建筑中，楼板需要完成管道预埋，如果设计厚度较小容易产生裂缝。在结构优化时还应采用弹性板加强分析，合理确定受力构件配筋。结合工程楼板设计情况，最小配筋率需要控制在0.2%到0.45%范围内[1]。根据大部分工程结构设计的合理性分析结果来看，整体结构拥有一定的稳定性，无需对优化变量实施大幅度调整。因此在结构设计优化上，还应重视细部优化。
2.2细部优化措施
2.2.1基础优化
在基础结构设计优化上，工程若采用筏板基础，需要结合已有工程建设经验加强桩基承台和基础底板参数分析。为提高结构的稳定性，可以采用增大基础配筋等方式。但为避免结构自重增加，还应加强配筋和底板厚度控制。针对地下室基础进行优化设计时，可以考虑采用抗浮锚板和防水底板，促使钢筋与混凝土使用量得到适当减少。从地下室防水角度来看，需要加强底板裂缝宽控制，确保不超出0.2mm，继而使结构稳定性得到增强。针对外墙和顶板部分，应做到精准输入荷载，实际应根据行业标准和现场情况进行适当调整[2]。当地下室顶板作为嵌固端时，需要适当加厚处理，覆土稍厚采用井字型梁，针对较薄部分可以采用十字型梁。
2.2.2剪力墙优化
在剪力墙结构设计优化方面，需要在整体优化基础上对各个构件进行优化，保证结构受力合理，同时加强建设成本控制。并且实施协同优化，保证结构承载力与刚度、延性等相匹配，得到结构参数的最佳组合。延性指的是结构在保持承载力基础上的变形能力，刚度能够给结构侧向位移和自振周期带来影响。在优化过程中还应按照规范进行参数优化，保证满足弹性层间位移角限值。针对楼梯间与电梯间设计的核心筒与平面四角部剪力墙，在结构优化布置上还应对水平和竖向抗侧刚度进行优化。具体来讲，就是可以将“一字型”剪力墙向“T”型和“L”型调整，应在X向与Y向均匀布置剪力墙，使其形成双向抗侧力结构体系。针对剪力墙密集位置，还应完成洞口开设，加强肢长调节[3]。相较于原本的剪力墙结构设计方案，新方案虽然使结构抗侧刚度减小，但同样达到有效控制层间最大位移及位移角的目标，能够在提高结构安全性的同时，体现工程建设的经济性。经过优化处理，楼层整体刚度将有所降低，延性则能有所增强。因此剪力墙结构优化设计还应做好各构件关系处理，确保构件能够协调工作，做到简单传递竖向荷载与水平力和保持最佳受力状态，继而使结构整体的承载力得到提高。针对多高层剪力墙结构，在满足规范最低要求的情况下尽量采用普通混凝土类型，以便使结构经济性得到保证。如果建筑高度较高，楼层数较多，并且采用框架剪力墙结构，那么可以考虑优先选用高强度、高性能的混凝土，同时加强材料配比控制，以便使施工周期和成本同时得到有效控制。
2.2.3抗震优化
在结构抗震设计优化方面，可以利用BIM技术完成三维立体建模，对结构设计方案的合理性展开分析。采取该种措施针对设计方案反复核查，能够发现结构设计存在的问题，从而通过采取有针对性的措施增强结构抗震性能。利用建立的建筑信息模型可以实现结构分析模型的自动生成，导出符合IFC标准的结构数据，输入到结构分析设计软件中能够完成建筑抗震弹塑性分析。针对多高层建筑钢筋混凝土结构，实际可以采用YJK、PKPM等结构设计软件，根据国家规范与行业标准确认运算结果正确性，然后按照规范对结构偏心率、周期比、位移比等限制进行调整，最终完成结构抗震设计。在计算机技术支持下，合理、高效地完成建筑结构抗震性能分析，实现结构抗震优化设计，从而使建筑结构整体抗震性能得到保证，促使建筑整体耐久性、安全性得到提升。
结论：综上所述，多高层钢筋混凝土建筑往往拥有复杂的功能，在结构设计阶段应该对多方因素进行衡量，尽可能避免出现结构设计不合理的问题。在工作中还应加强结构设计方案全方位分析和多次审核，在保证结构整体安全性的基础上加强细部设计优化，继而使结构的稳定性得到进一步提升，为工程的建设和使用提供更多保障。
参考文献：
[1]校红波.高层建筑钢筋混凝土结构设计的注意事项[J].居舍，2019（16）：92.
[2]李琦.探究民用高层钢筋混凝土建筑结构设计优化[J].工程建设与设计，2019（10）：5-6.
[3]石磊.浅议民用高层钢筋混凝土建筑结构设计优化[J].低碳世界，2017（25）：148-149.