高層鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化探究

宋建勛

（許昌電氣職業(yè)學(xué)院，河南 許昌 461000）

0 引言

當(dāng)前高層建筑工社會(huì)經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展中，各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域中的技術(shù)手段也獲得了全面革新，尤其是在建筑工程施工技術(shù)方面。當(dāng)前人民生活質(zhì)量的全面提升，其在居住生活方面的要求也愈加嚴(yán)格，要求高層建筑工程施工企業(yè)及時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析與優(yōu)化，確保其的施工質(zhì)量與應(yīng)用質(zhì)量。文中對(duì)高層建筑工程中鋼混結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行闡釋，并且探析高層建筑工程鋼混結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題，提出對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化的有效措施，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)工作者提供一些幫助。

1 高層建筑工程鋼混結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則

1.1 安全性

鋼混結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代建筑工程中被廣泛應(yīng)用，尤其是高層建筑工程當(dāng)中，為了確保高層建筑工程實(shí)際應(yīng)用中的安全性，一定要嚴(yán)格遵照相關(guān)規(guī)定對(duì)高層建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)、規(guī)劃與施工建設(shè)，確保高層建筑工程的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。無(wú)法確保高層建筑工程的未定性，就會(huì)對(duì)其安全性產(chǎn)生直接影響。安全性屬于是建筑工程的關(guān)鍵所在，確保鋼混結(jié)構(gòu)的安全性，要對(duì)其使用年限規(guī)劃之內(nèi)產(chǎn)生的諸多突發(fā)狀況進(jìn)行有效應(yīng)對(duì)。強(qiáng)化高層建筑于突發(fā)、偶發(fā)事件當(dāng)中的穩(wěn)定性與安全性，是高層建筑工程規(guī)劃設(shè)計(jì)中要高度重視的問題[1]。

1.2 適用性

高層建筑工程的實(shí)際施工中廣泛應(yīng)用鋼筋混凝土，其質(zhì)量會(huì)直接影響其實(shí)際功能，所以，要兼顧其安全性與適用性，遵照用戶訴求對(duì)鋼筋混凝土的功能性進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，讓其滿足建筑功能的相關(guān)要求。鋼筋混凝土適用性和抗震、抗裂、抗變形性能等，能夠給用戶提供良好的舒適性。

1.3 耐久性

高層建筑工程的建設(shè)周期較長(zhǎng)，其需要投入大量成本資金，鋼筋混凝土屬于是高層建筑工程中的主體部分，會(huì)對(duì)其使用壽命產(chǎn)生必然影響。為了能夠?qū)Y源進(jìn)行有效節(jié)約，確保資源利用率，在設(shè)計(jì)高層建筑工程的鋼混結(jié)構(gòu)時(shí)，要兼顧其的實(shí)用性與安全性，并且要強(qiáng)化提升其耐久性，確保高層建筑工程的使用年限，這是設(shè)計(jì)工作的關(guān)鍵內(nèi)容。實(shí)際設(shè)計(jì)中強(qiáng)化提升高層建筑工程的功能性、連續(xù)性與穩(wěn)定性，達(dá)成強(qiáng)化提升高層建筑工程耐久性的目標(biāo)，延長(zhǎng)高層建筑工程的使用壽命。

2 高層建筑工程鋼混結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面存在的問題

2.1 結(jié)構(gòu)體系方面

高層建筑工程的實(shí)際設(shè)計(jì)中，要確保其鋼混結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性，也就是說高層建筑工程地基處在穩(wěn)定狀態(tài)中，可對(duì)其外觀進(jìn)行美化設(shè)計(jì)，確保其變形限制處在規(guī)定范圍以內(nèi)，優(yōu)化其的剛度。轉(zhuǎn)換層方面之前的剛度比公式要轉(zhuǎn)變成上下層轉(zhuǎn)角比值。實(shí)際設(shè)計(jì)中如果水平加強(qiáng)層側(cè)向剛度進(jìn)行了強(qiáng)化，那么外柱剪力需要同時(shí)進(jìn)行強(qiáng)化，設(shè)計(jì)工作者實(shí)際設(shè)計(jì)中一定要對(duì)安全因素進(jìn)行全面考量。如果產(chǎn)生了層間、頂點(diǎn)位移等，要及時(shí)進(jìn)行妥善處理[2]。

2.2 短肢剪力墻設(shè)置方面

剪力墻屬于是高層建筑工程的主體荷載單位，其能夠確保建筑物的抗震性與穩(wěn)定性，基于短肢剪力墻的實(shí)際應(yīng)用，能夠?qū)Ω邔咏ㄖ匿摶旖Y(jié)構(gòu)進(jìn)行有效保證，可是在實(shí)際應(yīng)用中在數(shù)量方面要進(jìn)行嚴(yán)格要求。通常來(lái)講，短肢剪力墻的截面厚度不能夠超過300mm，高度與厚度的比值區(qū)間為4～8。因?yàn)槎讨袅罄m(xù)作業(yè)中難以進(jìn)行有效處理，設(shè)計(jì)工作者不僅要確保建筑工程滿足抗震性的相關(guān)要求，同時(shí)要降低結(jié)構(gòu)應(yīng)用的數(shù)量。

2.3 結(jié)構(gòu)超高方面

因?yàn)槿蚍秶鷥?nèi)頻繁爆出自然災(zāi)害相關(guān)問題，人們?cè)诮ㄖこ炭拐鹦阅芊矫嫣岢隽烁鼮閲?yán)格的要求。新標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容中，把原來(lái)對(duì)高度的約束內(nèi)容設(shè)為A級(jí)，額外添加了B級(jí)高度。所以，在規(guī)劃設(shè)計(jì)高層建筑工程結(jié)構(gòu)的時(shí)候，要求嚴(yán)格依據(jù)相關(guān)規(guī)定予以劃分，不可以超過其的規(guī)定范圍。建筑物如果屬于是B級(jí)建筑，實(shí)際操控中要嚴(yán)格依據(jù)B級(jí)建筑的范圍來(lái)實(shí)施，不能夠超過規(guī)定范圍，一旦在實(shí)際施工中超過了規(guī)定范圍，要重新進(jìn)行設(shè)定，否則其會(huì)對(duì)高層建筑物的抗震性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響。為了確保高層建筑物的抗震性能，要對(duì)高層建筑物的高度進(jìn)行嚴(yán)格管控，如果高層建筑工程的鋼混結(jié)構(gòu)高度設(shè)計(jì)超標(biāo)，其會(huì)對(duì)建筑物抗震性產(chǎn)生嚴(yán)重影響。高度不同的鋼混結(jié)構(gòu)，其設(shè)計(jì)的規(guī)范要求也不同，鋼混結(jié)構(gòu)的高度產(chǎn)生變化，特別是超高問題的實(shí)際存在，要求相關(guān)工作者及時(shí)地進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。

3 優(yōu)化高層建筑鋼混結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的有效措施

3.1 優(yōu)化高層建筑結(jié)構(gòu)的周期性折減系數(shù)

高層建筑工程的框架結(jié)構(gòu)當(dāng)中，如果選擇應(yīng)用了輕質(zhì)墻板，其折減系數(shù)為0.9，如果選擇了少量墻體與砌體，核算周期的折減系數(shù)區(qū)間為0.7～0.8，如果墻體是砌體，那么核算周期的折減系數(shù)處于0.6～0.7之間，在對(duì)頂蓋、框架進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)的時(shí)候，因?yàn)樘畛鋲?shí)際應(yīng)用中的剛度低于結(jié)構(gòu)實(shí)際剛度，會(huì)產(chǎn)生核算周期小于實(shí)際周期的情況，致使建筑結(jié)構(gòu)不安全的因素出現(xiàn)，所以設(shè)計(jì)相關(guān)工作者在核算建筑物結(jié)構(gòu)的時(shí)候，要合理折減其的核算周期，對(duì)高層建筑工程的功能進(jìn)行有效改善[3]。

3.2 優(yōu)化高層建筑工程鋼混結(jié)構(gòu)的抗震性能

高層建筑工程鋼混結(jié)構(gòu)的抗震性能屬于是設(shè)計(jì)工作中的關(guān)鍵性因素，要求予以高度重視，在規(guī)劃高層建筑工程的時(shí)候，房屋類別劃分依據(jù)就是抗震性能，抗震性能遵照建筑工程高度、結(jié)構(gòu)進(jìn)行類別劃分，高層建筑工程的結(jié)構(gòu)剛度周邊系數(shù)較大、樓層較多，則要對(duì)振型數(shù)進(jìn)行合理提取。建筑頂部存在小塔樓或者是變換層，建筑振型數(shù)參數(shù)數(shù)值大于12，振型總數(shù)需要管控在樓層數(shù)量的三倍以內(nèi)，持續(xù)強(qiáng)化高層建筑工程的抗震性能，才能夠確保建筑工程的安全性與穩(wěn)定性。

3.3 優(yōu)化提升高層建筑工程的耐久性

高層建筑工程的設(shè)計(jì)規(guī)劃工作中，工作者重視對(duì)其結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，使用最為合理的方案進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，建筑工程本身的耐久性卻容易被忽視，規(guī)劃設(shè)計(jì)工作者通常并未意識(shí)到建筑物結(jié)構(gòu)的耐久性問題，所以，規(guī)劃年限中要確保用戶所有訴求都能夠獲得滿足。所以，實(shí)際設(shè)計(jì)中，要注重耐久性相關(guān)問題。實(shí)操過程當(dāng)中，因?yàn)榻ㄖ锿庠跅l件較為復(fù)雜，比如天氣、溫度、濕度的動(dòng)態(tài)變化等，其都會(huì)對(duì)高層建筑工程的可靠性產(chǎn)生影響，所以規(guī)劃設(shè)計(jì)工作者在面對(duì)建筑物使用要求、經(jīng)濟(jì)要求與技術(shù)要求矛盾問題時(shí)，一定要強(qiáng)化提升高層建筑物本身的耐久性，以此確保建筑物的整體質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)效益。

3.4 優(yōu)化對(duì)高強(qiáng)鋼筋、混凝土方面的規(guī)劃設(shè)計(jì)

在高層建筑工程的實(shí)際施工中，對(duì)高強(qiáng)混凝土、鋼筋進(jìn)行合理應(yīng)用，減少建筑工程的造價(jià)以及設(shè)備運(yùn)行成本等。高層建筑工程的總造價(jià)中包含施工費(fèi)、框架結(jié)構(gòu)物料費(fèi)以及資料費(fèi)等，而鋼筋使用量會(huì)對(duì)建筑工程造價(jià)產(chǎn)生影響，所以為了能夠減少建筑工程的總體造價(jià)，可在合理范圍之內(nèi)適當(dāng)減少建筑工程的鋼筋使用量，在條件允許的前提下使用高強(qiáng)鋼筋、混凝土（混凝土耐久性要求的強(qiáng)度等級(jí)如表1所示），以此來(lái)減少施工建設(shè)成本資金投入。如果高層建筑工程項(xiàng)目的地基是厚軟類型，因?yàn)榻ㄖ偷鼗暮奢d比較大，可對(duì)高強(qiáng)鋼筋、混凝土進(jìn)行合理應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)構(gòu)建橫截面進(jìn)行優(yōu)化的目標(biāo)，不僅能夠減少設(shè)備的施工難度，更能節(jié)省一定數(shù)量的造價(jià)[4]。

表1 混凝土耐久性要求的強(qiáng)度等級(jí)表

3.5 優(yōu)化高層建筑工程框架梁方面的設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)高層建筑工程的鋼混結(jié)構(gòu)時(shí)，要對(duì)剪力墻與框架柱之間的框架梁進(jìn)行合理處理。高層建筑工程的截面設(shè)計(jì)方案中，如果豎向的變形差較大，其會(huì)致使剪力墻與框架柱連接框架梁之間產(chǎn)生超筋問題，其會(huì)對(duì)框架梁的截面設(shè)計(jì)方面產(chǎn)生影響。對(duì)于此類問題，實(shí)際上有兩種進(jìn)行解決的對(duì)策，即對(duì)鋼混結(jié)構(gòu)軸壓比進(jìn)行合理優(yōu)化，或者基于其他計(jì)算方式進(jìn)行合理計(jì)算。

4 結(jié)語(yǔ)

由于鋼混結(jié)構(gòu)的剛度更強(qiáng)，其位移小且整體性能優(yōu)異，讓其變成建筑工程施工建設(shè)中極為關(guān)鍵的一項(xiàng)材料?，F(xiàn)代建筑工程規(guī)劃設(shè)計(jì)的重難點(diǎn)就是要讓其具備經(jīng)濟(jì)性與合理性。高層建筑工程的鋼混結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，如果產(chǎn)生了差錯(cuò)，會(huì)產(chǎn)生很多質(zhì)量問題，所以在設(shè)計(jì)高層建筑工程鋼混結(jié)構(gòu)的時(shí)候，一定要基于認(rèn)真、全面的分析與計(jì)算，確保高層建筑工程的整體施工質(zhì)量。