高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析研究（2）

徐志明

摘要：隨著城市化進(jìn)程的加快，高層建筑得到了迅速的發(fā)展。與普通建筑相比，高層建筑更為復(fù)雜，設(shè)計(jì)難度更大。由于高層建筑側(cè)向位移快，在設(shè)計(jì)中不僅要保證結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，還要保證結(jié)構(gòu)的剛度，不斷完善高層建筑的混凝土結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)人員需要認(rèn)真研究影響高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的各種因素，在此基礎(chǔ)上，優(yōu)化完善設(shè)計(jì)方案，確保建筑結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度滿足規(guī)范要求，加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的整體性能，有效延長高層建筑的使用壽命。本文主要探討高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)及優(yōu)化措施。

關(guān)鍵詞：高層建筑；混凝土結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；分析研究

1高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)

1.1過多地優(yōu)化結(jié)構(gòu)尺寸

基于高層建筑結(jié)構(gòu)的固定材料成本性能、承載能力和幾何形態(tài)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者可以計(jì)算出適合于設(shè)計(jì)條件的最優(yōu)結(jié)構(gòu)截面，但在很大程度上也忽略了整體優(yōu)化。建筑結(jié)構(gòu)。實(shí)際上，形狀優(yōu)化是高層混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的重要內(nèi)容之一。目前，許多建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)思想是錯誤的。只要設(shè)計(jì)方案科學(xué)合理，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)確，計(jì)算機(jī)軟件就能準(zhǔn)確計(jì)算結(jié)構(gòu)尺寸數(shù)據(jù)。事實(shí)上，不能達(dá)到優(yōu)化結(jié)構(gòu)尺寸的目的，同時也很難保證建筑混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案是最好的。

1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容比較復(fù)雜

與國外高層建筑的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)相比，國內(nèi)高層建筑的發(fā)展歷程相對較短，高層建筑的混凝土結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)上缺乏相應(yīng)的理論和實(shí)踐支持。而適合我國具體要求的建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件技術(shù)相對缺乏。高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中存在許多不確定因素，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。由于變量因素眾多，目前的軟件技術(shù)很難實(shí)現(xiàn)因變量與主變量之間的差異。只能得到相應(yīng)的最優(yōu)解，這阻礙了建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的進(jìn)一步發(fā)展。

2高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)豎向布置

高層混凝土結(jié)構(gòu)的豎向布置也非常重要。一般來說，對于高層混凝土結(jié)構(gòu)的豎向布置，應(yīng)盡量保證建筑物整體形狀的均勻性和規(guī)律性。除非有特殊要求，應(yīng)盡量避免大的內(nèi)外懸臂設(shè)計(jì)。為保證建筑物重心和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，建筑物結(jié)構(gòu)豎向布置應(yīng)遵循小頂大底的原則，橫向變化應(yīng)均勻緩慢。如果有特殊情況需要將高層建筑設(shè)計(jì)成不規(guī)則結(jié)構(gòu)，就要認(rèn)真考慮其設(shè)計(jì)問題，以保證建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。若為內(nèi)收結(jié)構(gòu)的豎向結(jié)構(gòu)類型， 應(yīng)確保樓層側(cè)向剛度不小于鄰近三層側(cè)向剛度平均值的80%或鄰近上部樓層側(cè)向剛度的70%。

2.2建筑混凝土結(jié)構(gòu)的抗震性優(yōu)化設(shè)計(jì)

在高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用中，它極易受到地震災(zāi)害的影響。在優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，高層建筑應(yīng)根據(jù)抗震概念設(shè)計(jì)和抗震試驗(yàn)，或根據(jù)類似建筑的抗震設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，計(jì)算建筑混凝土結(jié)構(gòu)的抗震系數(shù)。對平立面設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)構(gòu)件延性等方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而有效地提高建筑的抗震能力。具體來說，在結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者應(yīng)盡量選擇平面布局的簡單形式和空間結(jié)構(gòu)規(guī)則。例如，在平面布局中，圓形、方形、矩形、扇形圖形結(jié)構(gòu)可以用作地震系統(tǒng)，并且可以使用過長的延伸翼或不對稱側(cè)翼。設(shè)計(jì)人員應(yīng)采用科學(xué)合理的布局，使建筑的質(zhì)量和剛度分布均勻、平衡。在平面立面的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者可以將墻設(shè)置對稱、均勻，提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的中心性，如電梯或樓梯井等。在混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的延性方面，應(yīng)增加梁柱端部的組合剪力，或提高柱的抗彎承載力。相互配合，不斷提高梁端鋼筋的實(shí)際彎矩，使建筑物梁端的塑性早于柱端。從而保持結(jié)構(gòu)在外界環(huán)境下變形的協(xié)調(diào)穩(wěn)定。

2.3 減少施工縫、對結(jié)構(gòu)平面進(jìn)行優(yōu)化

建筑混凝土結(jié)構(gòu)平面的確定對高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)有著重要的影響，其質(zhì)量直接影響到高層建筑的綜合性能。因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)具體的建筑要求，合理設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)平面。對于高層建筑中的每一個獨(dú)立的結(jié)構(gòu)單元，都要保證建筑結(jié)構(gòu)平面形狀的簡潔、規(guī)則和對稱，以便均勻地承受高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的承載力和剛度；平面高層建筑的不應(yīng)過長，高層建筑的突出部分不宜過大；要保證高層建筑豎向形狀的均勻性和規(guī)律性，可控制收斂范圍或外部懸臂；禁止選擇非常不規(guī)則的豎向結(jié)構(gòu)，以保持混凝土結(jié)構(gòu)橫向剛度下大、小的均勻變化形式。實(shí)踐表明，如果高層建筑的平面結(jié)構(gòu)和豎向結(jié)構(gòu)的布置更加規(guī)則、統(tǒng)一、簡單，也會給相應(yīng)指標(biāo)的檢查和檢驗(yàn)帶來方便，確保建筑混凝土結(jié)構(gòu)的性能滿足標(biāo)準(zhǔn)化，最大限度地發(fā)揮建筑結(jié)構(gòu)的功能。

3 高層建筑未來發(fā)展趨勢

3.1 推廣應(yīng)用消能減震與隔震設(shè)計(jì)

目前，在建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，大多采用延性結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。通過控制混凝土結(jié)構(gòu)的剛度，在地震作用下，允許混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件本身處于非彈性狀態(tài)，并根據(jù)延性等級最大限度地消耗抗震能力。從而削弱地震破壞力。建筑結(jié)構(gòu)的危害。在高層建筑的混凝土結(jié)構(gòu)中，減震的有效作用是事先設(shè)計(jì)合理的被動消能裝置，方便為建筑的混凝土結(jié)構(gòu)提供一定的附加剛度。從而消耗結(jié)構(gòu)構(gòu)件所需承受的部分地震損傷，從而降低混凝土結(jié)構(gòu)中的動力。反應(yīng)最終將有助于減少高層混凝土結(jié)構(gòu)的損傷和變形。

3.2智能建筑技術(shù)的發(fā)展

隨著高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)與現(xiàn)代建筑技術(shù)的不斷融合，給智能建筑的興起和發(fā)展帶來了更多的機(jī)遇。智能建筑已成為高層建筑領(lǐng)域的主要發(fā)展方向和趨勢。智能建筑技術(shù)由設(shè)備、施工、運(yùn)營和服務(wù)四大要素構(gòu)成。以上四個要素必須相互聯(lián)系、相互優(yōu)化，才能得到功能性、舒適性和效率都較高的最佳組合和高層建筑?，F(xiàn)代智能建筑應(yīng)包括設(shè)備、自動化設(shè)備管理系統(tǒng)和通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。應(yīng)用現(xiàn)代4c技術(shù)，形成一個完整的智能建筑結(jié)構(gòu)體系，為人們帶來安全舒適的生活和工作環(huán)境。隨著智能建筑技術(shù)的飛速發(fā)展，建筑師必須高度重視智能建筑中基本要素之間的關(guān)系，通過最合理的設(shè)計(jì)方案來滿足公眾多樣化的功能需求。

結(jié)束語

總之，社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶動了建筑業(yè)的發(fā)展。目前，受城市用地規(guī)模的限制，高層建筑的數(shù)量和規(guī)模都有了明顯的提高。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建筑工程設(shè)計(jì)的重要組成部分和關(guān)鍵部分。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平的高低不僅關(guān)系到建筑物的質(zhì)量和安全，而且影響到建筑物的使用壽命。混凝土結(jié)構(gòu)是高層建筑中最常見的結(jié)構(gòu)形式之一。因此，設(shè)計(jì)人員必須高度重視高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，把握設(shè)計(jì)要點(diǎn)。在保證建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量和安全的基礎(chǔ)上，采用先進(jìn)的技術(shù)手段和結(jié)構(gòu)措施，不斷提高高層混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]梁海峰.高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)探討[J].建材與裝飾， 2018 （36） ：103.

[2]陳同舟.分析高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題[J].建材與裝飾， 2018 （31） ：101.

[3]張瑾.淺議高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)與優(yōu)化[J].山西建筑， 2018 （17） ：51.