探討高層建筑鋼結構設計與混凝土結構設計

沈夕淵

江蘇興港建設集團有限公司 江蘇 張家港 215600

鋼結構與混凝土結構是高層建筑中的結構主體，對于建筑工程整體質量與實際使用性能有著重要的影響。高層建筑因其高度較高，與傳統(tǒng)的建筑在結構設計方面的需求有著很大的不同，鋼結構與混凝土結構在承重以及多個方面對于其綜合質量有著更高的要求，因此在施工之前，設計單位要對鋼結構與混凝土結構進行全面、科學的設計，才能夠確保高層建筑整體質量，提高高層建筑結構設計的科學性和合理性，需要設計單位加以更多的關注，使高層建筑整體結構設計更加合理。

1 高層建筑鋼結構特點分析

當前我國高層建筑中，有多種不同的結構體系，根據(jù)其高度、使用需求等確定合理的結構形式，才能夠確保高層建筑結構達到實際使用性能。

1.1 剪力墻結構

剪力墻結構是高層建筑中應用最為廣泛的結構類型之一，通常應用在混凝土結構中，剪力墻結構施工流程較為簡單，且施工成本較低，但是剪力墻之間的間距設置不能夠過大，對于平面的布置不夠靈活，且承重能力不能滿足許多現(xiàn)代高層建筑的需求，不可避免的存在著一些缺陷[1]。

1.2 框架結構

框架結構在高層建筑中的表現(xiàn)形式通常為鋼框結構或鋼筋混凝土框架結構，主要構成是由承重梁、承重柱通過節(jié)點所組成，框架結構具有應用靈活、布置便利的特點，可以根據(jù)室內空間的具體布置需求進行相應的調整。但是框架結構的梁、柱面積較小，從而導致框架結構的抗震性能較差，在一些對于抗震要求較高的高層建筑中不能使用。

1.3 其他結構

高層建筑中還有一些其他結構類型，例如框架結構與剪力墻結構混合結構、簡體結構、巨型結構等，一般按照高層建筑的實際設計方案采取多種不同結構混合的模式，將不同結構類型的優(yōu)點進行發(fā)揮，并通過融合的方式補足不同結構類型的缺點，是我國當前高層建筑中主要采用的結構類型，也就是混合結構。

2 高層建筑混凝土結構設計需求分析

混凝土結構是高層建筑中的主體，是影響高層建筑質量以及工程造價最主要的因素，混凝土結構強度以及其其他參數(shù)必須滿足高層建筑整體設計需求，并設計多種結構方案進行對比，確定最佳的混凝土結構設計方案。

2.1 高層建筑混凝土結構的剛度需求

高層建筑因其高度較高，對于混凝土結構的剛性要求較高，高層建筑的高度決定了其側向位移較大，而高剛度的混凝土結構能夠降低側向位移，從而保證高層建筑的結構承載力不會受到較大的影響，混凝土結構的剛度設計需要滿足設計規(guī)范和標準需求，結合高層建筑實際設計要求，提高混凝土結構的剛度。

2.2 高層建筑混凝土結構的抗側向力需求

在高層建筑混凝土結構設計中，側向力是影響高層建筑結構內力以及工程造價的最主要因素之一，高層建筑對于混凝土結構鋼承受自重、活載等垂直荷載和風等水平力的要求較高，因此需要保證混凝土結構側向力能夠滿足高層建筑的使用需求，才能夠保證高層建筑整體質量。

2.3 高層建筑混凝土結構的延展性需求

高層建筑的混凝土結構與多層建筑混凝土結構需求有著很大的不同，高層建筑混凝土結構對于延展性的需求更高，能夠更好的滿足高層建筑的結構設計需求。提高高層建筑混凝土結構延展性需要確保混凝土結構經濟性，通過科學的設計和混凝土材料確定，才能夠保證混凝土的延展性。

3 高層建筑鋼結構設計優(yōu)化策略

3.1 加強鋼結構節(jié)點設計

在高層建筑的鋼結構設計中，節(jié)點設計是影響鋼結構設計方案能否實現(xiàn)的主要因素。在一般的高層建筑中，需要從傳力特點的角度進行確定，鋼結構節(jié)點主要可以分為半剛接、鉸接以及剛接等不同類型，每一種連接類型都有著不同的使用場景，需要根據(jù)高層建筑的實際設計需求加以確定，確保鋼結構的節(jié)點連接方式能夠滿足高層建筑的傳力需求。技術人員需要注重對焊接、栓接、梁腹板、連接板等不同內容的設計，在焊接工作中，需要確定鋼板焊接的焊接縫形式和焊接面的尺寸，保證焊接連接的緊固程度。在栓接過程中，需要考慮高強螺栓直徑，連接板，摩擦面等因素；在梁腹板中，需要對栓孔位置的腹板抗剪凈截面進行計算，還需要計算高強度承壓型螺栓的承壓能力，保證其能夠達到質量要求，不會出現(xiàn)質量問題；在連接板中，需要根據(jù)梁腹板的計算增加連接板的厚度，從而提高鋼結構節(jié)點設計的科學性[2]。

3.2 加強質量標準規(guī)范

高層建筑對于鋼結構的質量要求較高，因此施工單位要根據(jù)高層建筑結構的設計方案，制定嚴格鋼結構質量標準規(guī)范，且需要對每一處鋼結構施工環(huán)節(jié)進行嚴格的質量檢測，確保鋼結構質量能夠達到規(guī)范標準要求。高層建筑施工中所需要的鋼材類型多種多樣，每一種鋼材類型在承重能力、強度等方面有著很大的差異，，因此施工單位需要按照實際高層建筑設計需求，確保能夠達到國標標準要求，并加強鋼結構施工的監(jiān)督，確保鋼結構施工不會出現(xiàn)質量問題。鋼結構焊接質量能夠對高層建筑整體質量造成直接的影響，因此在施工過程中必須對焊接質量進行檢測，確保其能夠達到質量要求。

3.3 高層建筑鋼結構的選型與布置

高層建筑鋼結構體系需要從抗側力角度進行分類，設計單位需要考慮到多種不同鋼結構選型對高層建筑整體質量及經濟性的影響因素，根據(jù)高層建筑結構方案設計的負載能力要求、施工條件要求、制作安裝要求等多項不同的要求，選擇強度、抗震能力都能夠達到標準的鋼材選型，并對鋼結構的施工位置進行科學的劃分，可以利用BIM技術，對施工方案進行模擬，建立鋼結構三維施工立體模型，從而能夠有效提高鋼結構的施工效率和施工質量，避免出現(xiàn)鋼結構構件尺寸、拆分位置不科學、不正確的問題，從而降低施工成本，提高高層建筑施工項目的經濟效益[3]。

4 高層建筑混凝土結構設計優(yōu)化策略

混凝土結構作為高層建筑中的主體結構，對于高層建筑的整體質量及經濟性會造成較大的影響，因此需要對混凝土結構進行全面、科學的設計，確?；炷两Y構的強度。

4.1 高層建筑混凝土配比優(yōu)化

混凝土配比是決定混凝土強度的主要因素，因此在高層建筑施工前，需要按照高層建筑的質量要求對混凝土進行科學的配比，從而滿足多種不同混凝土結構的強度需求。混凝土配比需要使用多種添加劑進行配比，根據(jù)建筑施工的具體要求，進行不同比例的混凝土配比，可以選擇的有混凝土添加劑、砂石等，配比之后要檢查混凝土堿料的反映情況，之后及時做出調整，確保混凝土的配比能夠滿足高層建筑混凝土結構施工的要求。混凝土的配置還需要進行攪拌，使配比中多種材料達到充分的結合，在混凝土供應商攪拌工作完成后，如果現(xiàn)場出現(xiàn)了混凝土塌落度損失不能滿足需求時，需要施工單位在施工現(xiàn)場對混凝土進行二次攪拌，在攪拌過程中要注意所添加的材料要與商混基地的標準相同，否則會因標準不同在后期出現(xiàn)混凝土結構質量問題，攪拌流程需要按照攪拌技術規(guī)范嚴格開展，從而能夠有效提高混凝土質量，更好的滿足高層建筑混凝土結構的使用需求。

4.2 高層建筑混凝土結構剪力墻設計

高層建筑的混凝土結構需要具有一定的變形能力，才能夠保證混凝土結構的綜合質量。例如在截面較長的混凝土結構剪力墻設計中，需要在剪力墻的連接處設置相應的連接梁，從而滿足剪力墻之間水平力傳遞的需求，并滿足高層建筑的抗震需求，在嚴格遵守混凝土剪力墻設計標準的情況下施工，能夠減少出現(xiàn)墻面變形等問題，從而降低對高層建筑整體質量的影響。剪力墻連接梁的設計可以根據(jù)抗側力的需求，設計成截面較小的二力桿件，或者截面較大的強連系梁，從而能夠提高剪力墻的抗震性能和變形能力，能夠使剪力墻的整體強度得到很大的提升。

4.3 超長混凝土結構的設計優(yōu)化

超長混凝土結構在高層建筑中是較為常見的結構類型，且是混凝土質量問題經常出現(xiàn)的結構部分，超長混凝土結構容易受到外部因素的影響，例如空氣溫度、空氣濕度等，會導致超長混凝土結構出現(xiàn)不同程度的收縮、開裂問題，從而導致超長混凝土結構質量下降，超長混凝土結構的長度越長，受到外界因素的影響越大，因此對于超長混凝土結構的設計需要更多的考慮到外界環(huán)境因素的變化，降低超長混凝土結構受到環(huán)境溫度、大氣濕度的影響程度，采用設置伸縮縫、提高配筋率、設置保溫措施等方式，能夠夠提高混凝土結構的使用壽命[4]。

4.4 加強高層建筑混凝土結構的施工質量管理

混凝土強度檢測工作是混凝土結構施工過程中一項重要的工作，但是許多施工單位因為最大程度追求經濟效益，對混凝土強度的檢測工作有所忽視，或根本不開展混凝土強度檢測工作，從而造成了許多的安全隱患和安全事故。因此施工單位需要加強對混凝土結構強度、質量的檢測，發(fā)現(xiàn)質量和強度問題要立即進行整頓，采用科學的混凝土結構養(yǎng)護措施，解決混凝土結構存在的缺陷，利用現(xiàn)代檢測技術對混凝土結構整體質量開展全面的檢測。

結束語

綜上所述，本文對高層建筑鋼結構與混凝土結構的設計要點、設計需求進行了詳細的闡述。