摘要：社會(huì)在發(fā)展，時(shí)代在進(jìn)步，在一座座迅速崛起的城市中，增多的不僅是一幢幢的高層建筑，更是人們對(duì)高層建筑的研究，特別是對(duì)高層建筑中混凝土結(jié)構(gòu)的研究，對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化，更是越來(lái)越受到人們的關(guān)注。

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

1.高層建筑的混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求

1.1延展性。高層建筑的結(jié)構(gòu)柔性比低層的樓房要高，一旦遭遇地震等問(wèn)題，會(huì)發(fā)生更大幅度的作用變形，若要避免建筑在地震等作用下發(fā)生倒塌變形等問(wèn)題，就必須在進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，使其結(jié)構(gòu)具備足夠的延展性能。

1.2側(cè)向力。目前，高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，其結(jié)構(gòu)內(nèi)力與變形等問(wèn)題，主要受到地震的水平作用力及外部環(huán)境中的風(fēng)力等因素的影響，層數(shù)的不斷增多會(huì)帶動(dòng)水平作用力的持續(xù)加大。所以，在設(shè)計(jì)混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)，必須要充分地將這些側(cè)向力的影響考慮在內(nèi)。

1.3剛度要求。高層建筑面臨著眾多的水平作用力影響，容易出現(xiàn)較大幅度的側(cè)向位移，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須在保證其具有足夠強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，同時(shí)使其具備合理的剛度及自振頻率，進(jìn)而將樓層水平位移控制于允許范圍。

2.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則

2.1建筑結(jié)構(gòu)的功能要求建筑結(jié)構(gòu)在正常設(shè)計(jì)、正常施工、正常使用和正常維修條件下的功能要求，有下列三個(gè)：①安全性。建筑結(jié)構(gòu)在其設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)應(yīng)能夠承受可能出現(xiàn)的各種作用。②適用性。建筑結(jié)構(gòu)在其設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)應(yīng)能滿足預(yù)定的使用要求，有良好的工作性能，其變形、裂縫或振動(dòng)等性能均不超過(guò)規(guī)定的限度等。③耐久性。建筑結(jié)構(gòu)在其設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)應(yīng)有足夠的耐久性。

2.2結(jié)構(gòu)可靠性是指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)、規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的能力。但是當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)的使用年限到達(dá)或超過(guò)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)使用期后，并不意味該結(jié)構(gòu)立即報(bào)廢不能使用了，而是說(shuō)它的可靠性水平從此要逐漸降低了，在做結(jié)構(gòu)鑒定及必要加固后，仍可繼續(xù)使用。結(jié)構(gòu)可靠度是指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的概率，即結(jié)構(gòu)可靠度是結(jié)構(gòu)可靠性的概率度量。結(jié)構(gòu)可靠度的分析就是要合理地確定結(jié)構(gòu)的可靠度水平，使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)符合技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用和確保質(zhì)量的要求。

3.高層建筑結(jié)構(gòu)中混凝土結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)選型中常見的問(wèn)題。

3.1結(jié)構(gòu)規(guī)則性的問(wèn)題。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對(duì)于結(jié)構(gòu)規(guī)則性的內(nèi)容規(guī)范有很大的變化，在舊的結(jié)構(gòu)規(guī)則性規(guī)范中增加了很多新的規(guī)范條件，比如平面規(guī)則性信息、嵌固端上下層剛度比較的信息以及豎向規(guī)則性信息等，并且在新的規(guī)范中，采用強(qiáng)制性的規(guī)定，所以在高層建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該遵循設(shè)計(jì)的規(guī)范內(nèi)容，從而可以有效避免施工中要求設(shè)計(jì)的改變。

3.2嵌固端的設(shè)計(jì)問(wèn)題。目前很多的高層建筑物都有兩層或者兩層以上的人防地下室，所以嵌固端可能設(shè)置在人防的頂板位置處，也可能設(shè)置在地下室頂板的位置處，在設(shè)置嵌固端時(shí)，建筑師以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師很容易忽略嵌固端的設(shè)置帶來(lái)的問(wèn)題，如：嵌固端上下層的剛度、樓板的設(shè)計(jì)以及上下層抗震等級(jí)的統(tǒng)一性以及結(jié)構(gòu)整體計(jì)算時(shí)嵌固端的位置等一系列的問(wèn)題，如果在設(shè)計(jì)中忽略任何一個(gè)問(wèn)題都可能對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)造成安全隱患，所以這就要求建筑師以及設(shè)計(jì)師在鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，注意嵌固端設(shè)置的問(wèn)題。

3.3短肢剪力墻設(shè)計(jì)的問(wèn)題。在鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)范中，對(duì)短肢剪力墻在高層建筑中應(yīng)用有很多的限制，所以在高層建筑設(shè)計(jì)中，建筑師以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師應(yīng)該盡量減少或者避免采用短肢剪力墻，從而可以有效避免工程設(shè)計(jì)中增加不必要的麻煩。

3.4結(jié)構(gòu)超高問(wèn)題。在鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對(duì)于高層建筑的總高度在抗震規(guī)范中具有嚴(yán)格的要求，特別是新規(guī)范中，除了將原來(lái)的限制的高度設(shè)置為A級(jí)高度，還增加了B級(jí)建筑物的高度，所以在高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該嚴(yán)格控制建筑物高度，從而可以減少重新設(shè)計(jì)以及不符合要求等問(wèn)題，減少對(duì)高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及工程工期的影響。

4.高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的具體方法

整體是由局部組成的，局部的情況反作用于整體，重要的局部甚至對(duì)整體起到?jīng)Q定性的作用。高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要部分，它的設(shè)計(jì)必須與整體結(jié)構(gòu)相適應(yīng)?，F(xiàn)今，國(guó)內(nèi)外建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在保證整體結(jié)構(gòu)合理的前提下，追求局部結(jié)構(gòu)的承載力最大化。至今為止，雖然國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者和建筑設(shè)計(jì)人員都對(duì)此作了很多研究，但仍沒(méi)有形成一種適用于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的成熟的數(shù)學(xué)模型。對(duì)于數(shù)字模型的要求是既能夠滿足各種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)范和要求，又能夠讓設(shè)計(jì)人員覺(jué)得方便和實(shí)用，所以在不斷地實(shí)踐之后，局部結(jié)構(gòu)承載力的最大化成了最重要的目標(biāo)。實(shí)質(zhì)上，優(yōu)化設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是要將整體和局部統(tǒng)一起來(lái)，下面就是優(yōu)化高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的三種方法：

4.1高強(qiáng)砼和高強(qiáng)鋼筋的合理使用

在建筑施工過(guò)程中，鋼的花費(fèi)在建筑總花費(fèi)中占有很大的比重。因此，對(duì)于鋼的用量要進(jìn)行嚴(yán)格控制，合理地使用高強(qiáng)鋼筋，避免過(guò)度用鋼造成建筑施工資金不足或緊張。同時(shí)對(duì)于地基較軟弱的高層建筑，合理布置強(qiáng)砼和高強(qiáng)鋼筋高優(yōu)化構(gòu)件截面尺寸，不僅可以減少造價(jià)，還可以減輕地基載荷，方便施工。建筑物的自重越大，地震對(duì)其破壞的程度就越大，所以還可以通過(guò)減輕建筑自重來(lái)降低地震對(duì)建筑物的損壞，而合理使用高強(qiáng)砼和高強(qiáng)鋼筋可以有效地減輕自重，達(dá)到降低造價(jià)和降低地震對(duì)建筑物破壞的程度。

4.2綜合考慮平面性狀、各部分的剛度和承載力三個(gè)方面

首先，要遵循平面結(jié)構(gòu)性狀簡(jiǎn)單規(guī)則的原則，將長(zhǎng)度和凸出部分控制在一定范圍內(nèi)，豎向體型要規(guī)則均勻。其次，要均勻分配各部分的剛度和承載力，豎向布置要采用規(guī)則的結(jié)構(gòu)，形狀是下大上小，側(cè)向剛度要均勻變化。有時(shí)候會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，導(dǎo)致造型不夠美觀，在這種情況下，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員就要關(guān)注結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)，并將其貫穿于整個(gè)設(shè)計(jì)中，在保證建筑結(jié)構(gòu)合理適用的前提下，美化建筑外部形象。

4.3注重剪力墻的平面布置

具體的要從以下幾項(xiàng)做起：（1）剪力墻的布置要遵循周邊均勻和相對(duì)集中的原則，當(dāng)然前提是要保證建筑的使用功能。通常情況下剪力墻的位置是布置在建筑物的樓梯間、電梯間處以及平面形狀變化及恒載較大的部位，其間距也要控制好，間距過(guò)大或過(guò)小都不可以。（2）剪力墻墻肢截面要簡(jiǎn)單規(guī)則，不宜太復(fù)雜，同時(shí)剪力墻結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度也要適宜。（3）短肢剪力墻的數(shù)量不宜太多，因?yàn)檩^多的短肢剪力墻沒(méi)有聯(lián)合剪力的效果好，特別是全部為短肢剪力墻的情況決不能發(fā)生。

4.4注重結(jié)構(gòu)抗震性能

合理設(shè)計(jì)混凝土筒體的承載力和延性，這里特別強(qiáng)調(diào)了混合結(jié)構(gòu)體系的高層建筑。為了保證高層建筑的抗震性能，型鋼柱的設(shè)置位置與設(shè)置方法要根據(jù)建筑高度的不同而選擇適用的。當(dāng)建筑物高度不超過(guò)130m時(shí)，并且抗震設(shè)防等級(jí)多為7級(jí);筒體四角和樓面鋼梁與型鋼混凝土梁的交接處設(shè)置型鋼柱，建筑物的高度一般高于130m，型鋼柱的位置設(shè)在筒體四角，抗震設(shè)防等級(jí)要設(shè)為7、8、9級(jí)，避免外圍框架的剛度及承載力不達(dá)標(biāo)。要想通過(guò)剛性連接外圍框架平面內(nèi)柱與梁的方法增強(qiáng)外圍框架的剛度和水平承載力，降低水平作用力使樓層側(cè)移的可能性，可使用以下方法：一是設(shè)置外伸桁架加強(qiáng)層;二是采用分段拼裝外伸桁架與筒體剪力墻剛接的方法;三是均勻布置貫通性的剛接桁架與抗側(cè)力墻體。

5.結(jié)語(yǔ)

綜上所述，加強(qiáng)對(duì)高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是非常必要的?；炷烈呀?jīng)成為了現(xiàn)代建筑的標(biāo)志，而隨著混凝土在現(xiàn)代建筑工程中的發(fā)展應(yīng)用，使得現(xiàn)代建筑的質(zhì)量和性能都得到了大幅度提升，從而為我國(guó)的城市建設(shè)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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