高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)方案設(shè)計與優(yōu)化

周益宇

浙江省工業(yè)設(shè)計研究院 浙江 杭州 310000

引言

鋼筋砼結(jié)構(gòu)是常見的一種建筑設(shè)計方式，經(jīng)過多年的發(fā)展，其技術(shù)已經(jīng)非常成熟，且由于其材料價格相對便宜，在建筑行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。特別是在高層住宅項目當中，為了提升居民居住的舒適性，在設(shè)計的時候要盡可能拓展室內(nèi)的空間，在這種背下，如何對鋼筋砼結(jié)構(gòu)進行科學的設(shè)計以及優(yōu)化就成了設(shè)計人員需要面對的一個重要課題。

一、鋼筋砼結(jié)構(gòu)設(shè)計現(xiàn)狀

盡管鋼筋砼結(jié)構(gòu)已經(jīng)出現(xiàn)了很長的時間，但是在實際設(shè)計過程中還是會遇到一些問題。特別是在高層建筑項目當中，由于高層項目對于室內(nèi)空間、通風以及防火方面的高標準，提升了結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的難度。從總體上來看，設(shè)計與優(yōu)化過程中主要存在兩個問題。

（一）選型問題

鋼筋砼結(jié)構(gòu)的選型是其他設(shè)計工作的前提以及基礎(chǔ)。想要更高地完成高層項目的設(shè)計工作，就必須要認真對待選型問題。但是在實際工作中，結(jié)構(gòu)選型常常會出現(xiàn)錯誤。

很多設(shè)計師在進行框架設(shè)計的時候往往會將注意力集中在安全性以及工程造價方面，忽略了建筑項目的實際需求，住宅性、辦公型以及商貿(mào)型高層建筑對于結(jié)構(gòu)框架的需求存在一定的差異，如果不考慮項目需求，那么就會讓結(jié)構(gòu)設(shè)計與設(shè)計使用之間產(chǎn)生沖突，造成資源浪費的同時也埋下了安全隱患。

（二）結(jié)構(gòu)問題

除在選型環(huán)節(jié)會出現(xiàn)錯誤之外，在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面也存在著一些問題。第一，針對基礎(chǔ)層的結(jié)構(gòu)設(shè)計，設(shè)計人員有時會忽略建筑復(fù)發(fā)的預(yù)應(yīng)力，這一點在高層項目中會體現(xiàn)得非常明顯，由于高層建筑地上結(jié)構(gòu)的體量巨大，地下室的底板在上層建筑的作用下會出現(xiàn)一定程度的下沉，特別是在選用天然地基的項目中，下沉更加明顯。而建筑物的下沉會改變其原有的受力結(jié)構(gòu)，導致建筑物內(nèi)部的鋼筋砼結(jié)構(gòu)以及其他部件發(fā)生一定程度的形變，影響其安全性與穩(wěn)定性。第二，針對上層框架結(jié)構(gòu)設(shè)計，這當中的核心就是剪力墻設(shè)計，一些設(shè)計工作者在設(shè)計剪力墻結(jié)構(gòu)的過程中，沒有對其底部進行強化，同時對于剪力墻的個數(shù)以及布置的部位帶有一定的隨意性，這就導致了剪力墻的受力與設(shè)計圖紙不符，時間一長容易破壞其與其他部件之間的連接性，增加安全風險。

二、優(yōu)化注意事項

為了確保鋼筋砼結(jié)構(gòu)設(shè)計以及優(yōu)化工作能夠順利進行，工作人員在進行設(shè)計之前應(yīng)該明確一些常見問題的解決方式。

（一）注意新技術(shù)的使用

盡管鋼筋砼結(jié)構(gòu)屬于傳統(tǒng)建筑形式，但是與新的建筑技術(shù)以及建設(shè)理念也能進行高效融合。作為設(shè)計人員，需要時刻注意新技術(shù)、新材料的使用問題,通過BIM技術(shù)在計算機上對工程模型進行模擬，重點關(guān)注新技術(shù)、新材料與傳統(tǒng)施工方式對于鋼筋砼結(jié)構(gòu)的承載力以及局部壓力是否出現(xiàn)了變化，避免因為新技術(shù)的應(yīng)用而造成鋼筋砼框架的某些區(qū)域出現(xiàn)應(yīng)力集中問題。

（二）注意延性部件的轉(zhuǎn)動能力

為了保證延性部件塑性內(nèi)部分布的具體需求，在對其進行設(shè)計時，需要保證該部件具有良好的轉(zhuǎn)動能力。在此基礎(chǔ)上才能讓塑性鉸區(qū)的形變處于合理范圍當中，當遭遇到突然的沖擊（外部撞擊或者地震等情況）時，能夠高效吸收外來沖擊力，提升建筑物的抗震性能。

三、鋼筋砼結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化具體方法

（一）剪力墻的布置

針對上層建筑項目在設(shè)計與優(yōu)化過程中所暴露出的問題，設(shè)計工作者需要對剪力墻的平面布置工作進行重點關(guān)注。具體來說，需要注意以下幾點問題。

第一，設(shè)計人員需要在滿足高層建筑功能性以及可靠性的基礎(chǔ)上，對于上層結(jié)構(gòu)的平面進行合理布置。將剪力墻沿著框架的四周以集中的方式均勻排列，讓其在各個方向上所承受的荷載力趨于平均。而對于一定平面形狀變化較大，荷載力分布不均勻的區(qū)域，比如說樓梯間、電梯房等，在布置剪力墻的時候要注意其間距，不宜將剪力墻的間距設(shè)置得過大，確保平面的穩(wěn)定性。

第二，在對剪力墻進行水平布置時，盡量以“雙向布置”的方式來進行，以建筑平面的主軸為一個方向，再選擇一個其他的方向，使荷載力可以在每個結(jié)構(gòu)上得到均勻分攤。此外，對于那些具有抗震能力的剪力墻，不能以單項方式進行布置，確?？蚣苷w的抗震能力符合相關(guān)標準。

第三，針對墻肢截面的設(shè)計，如無特殊要求，一般都是按簡單、規(guī)則為設(shè)計原則，針對其側(cè)方向的剛度，設(shè)計人員需要對其數(shù)值進行精確計算，對于剪力墻側(cè)面剛性數(shù)值進行嚴格把控。

第四，對于短肢剪力墻的使用要十分慎重，盡管這種結(jié)構(gòu)形式可以有效拓展室內(nèi)空間，減少室內(nèi)空間中承重梁以及承重柱的數(shù)量，但由于其具有異形柱的物理特征，如果大量運用，勢必會影響到建筑項目整體穩(wěn)定性，因此在布置過程中不能全部使用短肢剪力墻。

（二）使用高強度砼材料

對鋼筋砼結(jié)構(gòu)設(shè)計做優(yōu)化時，一個比較關(guān)鍵的環(huán)節(jié)就是高強度砼的使用問題。合理使用高強度砼，不僅可以更好地控制建設(shè)成本，而且對于項目的壽命以及性能都有著不錯的提升效果。比如說在一些底板荷載大的項目中，為了達到降低自重的目的，就需要合理調(diào)整含有高強度砼材料部件的截面尺寸，保證其可靠性的同時也降低了施工難度。

（三）使用高強度鋼筋材料

除高強度砼原料之外，高強度鋼筋也是對鋼筋砼部件進行優(yōu)化的一個重要方式。使用這種新材料的主要目的在于減少鋼筋砼部件自身的重量，在不影響安全的前提下提高施工效率。此外，建筑項目自身重量與地震沖擊對建筑的影響成正比，減少自身重量就可以提升建筑本身的抗震能力。

四、結(jié)束語

對于鋼筋砼結(jié)構(gòu)的優(yōu)化工作具有非常重要的現(xiàn)實意義，從施工單位角度出發(fā)來看待這項工作，可以在確保質(zhì)量的前提下有效控制工程造價，對于縮短工期、壓縮建設(shè)成本也有一定的幫助作用，因此要給予高度重視。