高層建筑中混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

摘要：社會(huì)不斷進(jìn)步的同時(shí)，人們的生活質(zhì)量和生活水平在不斷地提高，城市化進(jìn)程也開(kāi)始加快，從而導(dǎo)致建筑行業(yè)的迅速發(fā)展。大眾對(duì)建筑的要求越來(lái)越高，尤其是高層建筑?；炷潦墙ㄖ闹饕牧?，本文就高層建筑中混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)做出簡(jiǎn)要的探討。

關(guān)鍵詞：高層建筑；混凝土；結(jié)構(gòu)優(yōu)化

城市化進(jìn)程的加快給城市帶來(lái)了全新的面貌，各種建筑拔地而起，建筑的外型和使用功能也更加的多樣化。隨著生活水平的提高，高層建筑的質(zhì)量已經(jīng)引起廣大人民群眾的關(guān)注?；炷潦墙ㄖ闹饕牧希Ｕ细邔咏ㄖ馁|(zhì)量和安全，就要做好高中層建筑中混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

一、高層建筑中混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)遵循的的原則以及要求

1、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則

為了保障高層建筑的質(zhì)量，使高層建筑的建設(shè)取得質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的效果，混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中一定要遵循以下幾個(gè)原則。

（1）安全性

在高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)要遵循安全性原則。安全性原則就是在預(yù)定年限范圍內(nèi)，使某一建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)始終可以有效的承受各種內(nèi)部和外部的各項(xiàng)荷載力[1]。即使某種偶然的破壞性事故發(fā)生在建筑上，建筑也能夠控制自身結(jié)構(gòu)，使之在穩(wěn)定狀態(tài)之中，從而避免出現(xiàn)大范圍的結(jié)構(gòu)性損害。

（2）耐久性

建筑完成之后，要保持足夠的結(jié)構(gòu)耐久性。也就是說(shuō)，在規(guī)定的使用年限內(nèi)，建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的問(wèn)題要控制在一定的規(guī)范之內(nèi)。比如混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的裂縫寬度不能超過(guò)規(guī)定范圍，并且在遭受外部潮濕空氣的狀況下，為了有效的避免鋼筋不會(huì)出現(xiàn)銹蝕的問(wèn)題，鋼筋保護(hù)層要有足夠的厚度，不能夠變得過(guò)于單薄，

（3）適用性

建筑物在設(shè)計(jì)時(shí)一般都會(huì)設(shè)定具體的使用年限，適用性原則就是要保證在預(yù)定的使用年限里，建筑物的裂縫、變形等，始終可以控制在允許范圍之內(nèi)，滿足住戶的居住要求。

2、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求

（1）設(shè)計(jì)人員要注意側(cè)向力對(duì)高層建筑產(chǎn)生的影響

受到地震的水平作用力以及外部環(huán)境中風(fēng)力等因素的作用時(shí)，高層建筑會(huì)發(fā)生變形等問(wèn)題，而且，隨著建筑樓層層數(shù)的增加，水平作用力會(huì)持續(xù)增大，這就要求設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮各種因素，注意這些側(cè)向力對(duì)建筑產(chǎn)生的影響。

（2）高層建筑要具有一定的延展性

由于高層建筑比低層建筑的結(jié)構(gòu)柔性更高，所以，一旦發(fā)生地震時(shí)，高層建筑更容易發(fā)生變形。在對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，要充分注意使混凝土結(jié)構(gòu)有足夠的延展性，這樣才能避免高層建筑在地震等作用下發(fā)生變形倒塌。

二、高層建筑中混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法

1、對(duì)單元結(jié)構(gòu)的布局設(shè)計(jì)進(jìn)行完善

對(duì)各個(gè)單元結(jié)構(gòu)進(jìn)行獨(dú)立的設(shè)計(jì)，是高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最主要的內(nèi)容，單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般較多的應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、規(guī)則的平面設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員對(duì)平面結(jié)構(gòu)中的整體長(zhǎng)度、突出部分的長(zhǎng)度要進(jìn)行有效的控制，使其長(zhǎng)度在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)[2]。同時(shí)確保各個(gè)部分均勻分布承載力和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。通常情況下，均勻規(guī)則的設(shè)計(jì)經(jīng)常被采用在豎向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，這使建筑外觀與內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間的問(wèn)題可以得到有效的控制。

2、對(duì)混凝土以及鋼筋使用進(jìn)行優(yōu)化

鋼筋以及混凝土是高層建筑最主要的施工原料，在具體的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員要以保障高層建筑的質(zhì)量為前提，做好優(yōu)化高強(qiáng)度的混凝土和鋼筋的使用工作，減少鋼筋和混凝土的使用量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)資源有效的配置，并且使資源配置的效率得到提高。

3、對(duì)剪力墻平面結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)

在對(duì)剪力墻平面結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要注意剪力墻平面結(jié)構(gòu)布局對(duì)高層整體建筑結(jié)構(gòu)承載力均勻程度產(chǎn)生的影響，因此，設(shè)計(jì)人員在優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)要注意以下兩個(gè)方面，一是要明確設(shè)計(jì)的依據(jù)是高層建筑的基本結(jié)構(gòu)功能，所以，要在最大程度上實(shí)現(xiàn)剪力墻的集中化和均勻化設(shè)計(jì)。二是，以建筑的主軸方向?yàn)榛鶞?zhǔn)，實(shí)現(xiàn)剪力墻的雙向布置，同時(shí)減少一些短肢剪力墻的使用。

三、高層建筑的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的措施

1、結(jié)構(gòu)安全性

高層建筑居住用戶比較多，一旦發(fā)生危險(xiǎn)，比如火災(zāi)等，不容易逃避，同時(shí)實(shí)施救治時(shí)也會(huì)出現(xiàn)很大的困難，其造成的危害遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出普通建筑，因此，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)，一定要注意加強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的安全性。只有這樣，當(dāng)災(zāi)難發(fā)生的時(shí)候，才能將災(zāi)難造成的損失降到最低。

（1）設(shè)計(jì)人員不但要保證建筑的各項(xiàng)功能和質(zhì)量，同時(shí)還要對(duì)結(jié)構(gòu)自身的抗震性能以及各種外部人為因素可能對(duì)建筑本身造成的結(jié)構(gòu)破壞進(jìn)行充分全面的考慮。設(shè)計(jì)人員要有意識(shí)的提升高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)，除此之外，還要從建筑的整體出發(fā)，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性與牢固性。這時(shí)可以選用現(xiàn)澆的鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)，但是要注意，裝配式的混凝土結(jié)構(gòu)以及磚砌體承重在高層公用屬性較高的建筑中不宜使用[3]。

（2）設(shè)計(jì)人員不僅要在建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮建筑的荷載變化情況，同時(shí)建筑投入應(yīng)用后還要對(duì)其進(jìn)行全面的考慮。為了在最大限度上將高層建筑的自身重量減少到最低，要將建筑結(jié)構(gòu)的荷載標(biāo)準(zhǔn)與建筑材料的最大承載力進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算，這樣才能保障來(lái)高層建筑的結(jié)構(gòu)安全性。

2、抗震性

地震已經(jīng)成為高層建筑最主要的威脅，因此在設(shè)計(jì)工程中，設(shè)計(jì)人員要對(duì)高層建筑的抗震性予以充分的重視。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員要充分利用相似建筑的抗震設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，借鑒其中的可取之處，做到為我所用。通過(guò)這種方法，可以有效的提高建筑物的抗震等級(jí)。

在結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)方面，在選擇建筑的整體結(jié)構(gòu)形式時(shí)，要盡量保持空間結(jié)構(gòu)以及平面布局的簡(jiǎn)單規(guī)則。在平面布局中，抗震結(jié)構(gòu)的體系形式可以選擇矩形、圓形、扇形等結(jié)構(gòu)，要注意減少使用不對(duì)稱側(cè)翼，同時(shí)控制過(guò)長(zhǎng)的伸展翼的使用，墻體可以多用對(duì)稱結(jié)構(gòu)，這樣可以有效的提升建筑的抗震性。除此之外，設(shè)計(jì)人員要合理科學(xué)的對(duì)整個(gè)建筑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)建筑的剛度和質(zhì)量均勻平衡的分布。

要充分注意結(jié)構(gòu)構(gòu)件的延展性，可以適當(dāng)?shù)脑龃罅骸⒅说慕M合剪力以及柱體的抗彎性能，同時(shí)，提升梁端鋼筋的實(shí)際彎矩，這樣可以讓建筑梁端發(fā)揮塑性的時(shí)間早于柱端。通過(guò)這些優(yōu)化措施，可以有效的保持建筑的穩(wěn)定性。

3、耐久性

設(shè)計(jì)人員在對(duì)高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，要盡最大的可能提高結(jié)構(gòu)的耐久性，一方面可以延長(zhǎng)建筑物的使用年限，另一方面，可以讓建筑在遭受各種災(zāi)害之后，各項(xiàng)結(jié)構(gòu)性能都能夠很好的繼續(xù)維持。

（1）選擇質(zhì)量過(guò)關(guān)的混凝土材料

設(shè)計(jì)人員選擇有質(zhì)量保障的混凝土材料，同時(shí)保障混凝土的基本性能，在選擇混凝土材料時(shí)，要充分考慮建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、抗裂性能以及抗侵入性等幾個(gè)方面，嚴(yán)格控制混凝土材料的質(zhì)量，盡量選擇堅(jiān)固、潔凈的骨料。選擇水泥時(shí)，要全面的考慮水泥的含堿量，選擇那些含堿量低并且水化熱反應(yīng)低的水泥，減少使用硅酸鹽水泥，嚴(yán)格控制用水量，同時(shí)可以在混凝土材料中適當(dāng)?shù)募尤氲V物摻合料。

（2）優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在高層建筑中的混凝土結(jié)構(gòu)物，一般情況下會(huì)包含很多個(gè)構(gòu)件，每一個(gè)構(gòu)件所處的環(huán)境千差萬(wàn)別，這就導(dǎo)致不同的構(gòu)建有不同的耐久性以及使用壽命。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)，要以實(shí)際的使用環(huán)境為依據(jù)，明確不同構(gòu)件所處的不同環(huán)境，做到心中有數(shù)。比如在設(shè)計(jì)屋面以及陽(yáng)臺(tái)時(shí)，這些部位的梁柱構(gòu)件會(huì)長(zhǎng)期受到陽(yáng)光灼曬以及雨水浸泡，其使用壽命以及耐久性會(huì)大大降低，考慮到要經(jīng)常更換這些部件，設(shè)計(jì)人員一定對(duì)這些部件維修和更換的時(shí)間進(jìn)行恰當(dāng)?shù)脑O(shè)定。

（3）結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計(jì)要合理

設(shè)計(jì)人員要觀察建筑周邊環(huán)境的特點(diǎn)，結(jié)合建筑物的使用年限以及具體的侵蝕情況，對(duì)建筑物設(shè)計(jì)混凝土保護(hù)層，混凝土保護(hù)層一般為45毫米。有了混凝土保護(hù)層的保護(hù)，高層建筑的混凝土、鋼筋的腐蝕程度可以得到有效的控制，同時(shí)還能提高建筑物的整體穩(wěn)定性。在高侵蝕度的環(huán)境中，還要加強(qiáng)注意混凝土墻板的通風(fēng)效果，合理設(shè)計(jì)配筋間距，這樣可以在很大程度上減少發(fā)生鋼筋銹蝕、保護(hù)層剝離等狀況。

結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于高層建筑來(lái)說(shuō)，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會(huì)嚴(yán)重影響建筑質(zhì)量，因此設(shè)計(jì)人員一定要掌握設(shè)計(jì)的原則，以具體的設(shè)計(jì)原則以及設(shè)計(jì)要求為出發(fā)點(diǎn)，以增強(qiáng)建筑穩(wěn)定性為目標(biāo)，從各個(gè)方面實(shí)現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而延長(zhǎng)建筑物的使用年限。

參考文獻(xiàn)：

[1]蘇永平.高層建筑中混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[J].山西建筑，2013，09：24-26.

[2]姜文成.高層建筑中混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[J].科技與企業(yè)，2013，23：236.

[3]陳陽(yáng)顯.淺析高層建筑中混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].價(jià)值工程，2010，27：82.