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高层建筑混凝土结构优化设计分析研究徐拥军

发表时间：2020/6/11 来源：《基层建设》2019年第35期作者：徐拥军

[导读] 摘要：目前高层建筑越来越多，建筑形式也多样化。所以结构形式可越发复杂，从经济性考虑，优化结构设计成为必然趋势。

        身份证号：32090219670705xxxx 邮编：224000
        摘要：目前高层建筑越来越多，建筑形式也多样化。所以结构形式可越发复杂，从经济性考虑，优化结构设计成为必然趋势。因此，在进行混凝土结构设计时，要综合考虑各种因素，混凝土材料、结构类型、抗震条件等要素开展结构优化设计工作。
        关键词：高层建筑；混凝土；结构优化设计
        1高层建筑钢筋混凝土结构的设计现状
        随着社会的不断进步，高层建筑越来越多，建筑结构设计人员在设计过程中，不仅要考虑结构设计的安全性，同时，设计经济性也是考量设计水平的关键因素。也成为设计考虑的首要原则。混凝土结构设计，作为高层建筑常用的结构类型，设计优化直接和工程整体质量息息相关。因此，对于高层建筑，混凝土结构的优化设计是设计工作必不可少的一个环节。
        2高层建筑混凝土结构优化设计分析
        2.1合理布置建筑平面结构
        高层建筑平面布局结构会对建筑抗震性能产生较大影响，而抗震性能是所有建筑进行结构设计时必须重点关注的基础性工作。具体设计工作中，要按照高层建筑抗震设计原则、要求、标准等进行设计，关注混凝土结构材料对建筑抗震性能的影响，根据建筑楼层高度选择合理的抗震等级。一般情况下，简单、对称、规则的建筑结构能够提升建筑整体的抗震能力，并且消耗地震释放的部分能量，能够很好地弱化地震的延伸作用，降低地震对高层建筑的破坏。而对于多塔结构、顶部塔楼结构等要掌握其振型数，合理控制其大小，做好设计数据核算，严格遵循标准规范设计要求，遵循抗震设计理念开展工作，在满足建筑建设要求的基础上，尽量选择规则性较强的平面结构，进而提升高层建筑混凝土结构的抗震性能。
        2.2选择有效的抗侧力结构形式
        高层建筑抗侧力结构系统能够提升建筑水平抗震性能。日常混凝土结构设计，要综合建筑功能性、高度、结构等要素进行考虑，选择有效的抗侧力结构形式。若建筑高度小于50m，且内部空间要求标准高，可以选择框架结构作为混凝土结构抗震体系，以便充分利用框架结构的灵活空间；若建筑高度在100m左右，可以选择剪力墙结构，确保高层建筑混凝土结构刚度满足标准要求，且结构水平位移较小；对于建筑空间、结构类型都要求较高的建筑，可以选择框剪结构、框筒结构等进行设计，在满足高层建筑功能性要求的同时保障结构抗侧力刚度达标。
        2.3根据建设要求选择基础类型
        高层建筑基础需要承载上部所有结构重量，其类型的选择需要根据施工区域水文、地质勘察资料，以及上部结构形式、载荷等要素进行综合分析才能确立较为科学的基础形式。而且，高层建筑基础类型会对建筑安全、功能、成本产生直接影响，必须以慎重的态度对待，选择科学、有效的基础方案。

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若建筑层数较少、载荷较小，且建设区域水文、地质等要素处于较好水平，可以选择独立基础、条形基础等，这2类基础经济性、便利性都非常高；若建筑层数较多、载荷较大，且建设区域的水文、地质等要素存在较大问题，可以选择桩基础，通过桩基的摩擦力、端承力将上部载荷传递到大地当中；若建筑层数较多、建设区域水文地质条件优越，或者建筑层数较少且基础持力层的土质较差，均可使用筏板类型的混凝土基础，增加高层混凝土结构与下部持力层之间的基础面积，降低土层单位面积荷载，提升基础整体承载能力。
        2.4关注薄弱层结构的设计工作
        高层建筑薄弱层的设计非常关键。这主要是由于薄弱层会在外部强烈的地震作用下，出现屈服形变问题，给混凝土结构带来较为严重的安全影响。因此，在高层建筑混凝土结构设计期间需要对结构薄弱层进行重点关注，选择有效的设计方法提升整体结构安全性。若高层建筑混凝土结构竖向结构刚度不连续，而楼层刚度比低于标准规范要求，就出现了结构薄弱层。此时，在设计过程中，需要借助放大调整系数调整结构薄弱层的构件设计，确保薄弱层安全标准满足规范要求，提升整个高层建筑抗震能力。
        2.5优化转换层结构设计工作
        高层建筑底部各层对建筑空间要求存在多种标准，这就需要在高层建筑当中设计转换层来完成整体的结构转换。高层建筑混凝土结构转换层设计需要关注转换层上下竖向结构设置是否合理，是否能够将落地剪力墙百分比控制在合理范围，并解决建筑竖向结构构件刚度突变问题。若无法合理设置建筑转换层内部结构形式，很容易造成高层建筑竖向刚度突变性转变，进而出现抗震不利的薄弱点，影响高层建筑整体结构安全。对高层建筑混凝土结构转换层上、下2部分的刚度来说，需要严格控制其刚度比，确保能够提升建筑竖向构件的抗侧力，来降低建筑整体竖向构件刚度突变造成的问题。使整个高层建筑混凝土结构位移比、整体性、刚度比都能满足标准规范要求。另外，还要通过设计控制高层建筑上部的竖向构件数量，以便降低转换层结构的刚度差值，避免混凝土结构转换层发生突变性的刚度转换，保证高层建筑整体结构能够满足工程建设要求。
        2.6优化建筑结构材料的设计工作。
        建筑结构图纸设计中，含钢量是影响建筑造价的一个重要指标。因此，为了合理降低含钢量，节约成本，设计中必须合理使用高强钢筋和混凝土材料。强混凝土和高强钢筋对于优化构件截面尺寸，对于减轻基础结构载荷，将具有直接的影响结果。一般地震作用和建筑的自重成正比的，自重越大，建筑物破坏程度就越大。因此，提供混凝土强度和采用高强度钢筋，从而优化建筑构件尺寸，减轻建筑物受地震破坏的程度，提高建筑安全性。所以，高强混凝土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。
        结论
        在结构优化设计时，应充分考虑各方面因素，考虑高层建筑荷载的影响;优化结构截面尺寸、荷载和基础载荷的影响;保证高层建筑结构具有适宜的刚度和良好的延性，考虑高强混凝土和高强钢筋的使用。同时，也应该能够从全局把握结构整体的设计，从而找到最优结构方案，满足各方建筑功能和设计使用要求。
        参考文献：
        [1]朱博山.高层建筑钢筋混凝土结构设计问题分析[J].住宅与房地产,2018(34):64-65.
        [2]吴晟,王福亮.高层钢筋混凝土建筑结构设计核心思路分析[J].智能城市,2018,4(20):46-47.
        [3]洪源.高层建筑混凝土结构设计分析[J].住宅与房地产,2019(6):88.