梁 嘉

（武漢市給排水工程設(shè)計(jì)院有限公司，湖北 武漢 430034）

1 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本原則

1.1 從根本上有效滿足高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的功能要求

首先，充分保證整體結(jié)構(gòu)的安全性，這是結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中首先要考慮的問(wèn)題，保證整個(gè)生命周期能夠有效地抵抗各種外部因素的影響和干擾，同時(shí)，在意外因素發(fā)生的時(shí)候和之后，為保證整體混凝土結(jié)構(gòu)更安全穩(wěn)定，能承受外力的影響，應(yīng)保持其性能和質(zhì)量。其次，要全面提高高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的適用性，使整體結(jié)構(gòu)在既定的生命周期內(nèi)完全滿足使用要求。經(jīng)過(guò)時(shí)間的積累，整體結(jié)構(gòu)的變形程度、墻體裂縫等相關(guān)性能都能保持在優(yōu)良的狀態(tài)，具有應(yīng)有的安全性和穩(wěn)定性，不會(huì)超過(guò)限值標(biāo)準(zhǔn)。最后，要充分保證混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性得到顯著提高，使整體結(jié)構(gòu)在既定范圍內(nèi)不會(huì)削弱其耐久性，滿足相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，從根本上有效地避免了由于外界因素的影響而造成的結(jié)構(gòu)嚴(yán)重腐蝕問(wèn)題。

1.2 從根本上有效提升高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的可靠性

高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的可靠性主要是指高層建筑的混凝土結(jié)構(gòu)在標(biāo)準(zhǔn)條件和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，能夠充分表現(xiàn)出預(yù)定的功能和應(yīng)具有的相關(guān)性能?？煽啃泽w現(xiàn)在高層建筑在特定的使用年限內(nèi)滿足相應(yīng)的使用要求，并通過(guò)相應(yīng)的技術(shù)手段進(jìn)行加固改造，使這種高層建筑得到有效的應(yīng)用，發(fā)揮其應(yīng)有的價(jià)值。

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

2.1 合理布置建筑平面結(jié)構(gòu)

高層建筑的平面布置結(jié)構(gòu)對(duì)建筑物的抗震性能有很大的影響，抗震性能是所有建筑設(shè)計(jì)時(shí)必須注意的基礎(chǔ)性工作。在具體設(shè)計(jì)工作中，要按照高層建筑的原則、要求和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，注意混凝土結(jié)構(gòu)材料對(duì)建筑抗震性能的影響，根據(jù)建筑層高選擇合理的抗震等級(jí)。一般來(lái)說(shuō)，簡(jiǎn)單、對(duì)稱(chēng)、規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)可以提高建筑的整體抗震能力，消耗部分地震釋放的能量，可以很好地削弱地震的延伸效應(yīng)，減少地震對(duì)高層建筑的破壞。對(duì)于多塔結(jié)構(gòu)和塔頂結(jié)構(gòu)，要掌握振型數(shù)，合理控制其尺寸，做好設(shè)計(jì)資料核算，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的設(shè)計(jì)要求，遵循抗震設(shè)計(jì)理念，并在滿足建筑施工要求的基礎(chǔ)上，盡量選用規(guī)則性強(qiáng)的平面結(jié)構(gòu)，以提高高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的抗震性能。

2.2 選擇有效的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)形式

高層建筑抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系可以提高建筑物的水平抗震性能。在日?；炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要考慮建筑功能、高度、結(jié)構(gòu)等因素，選擇有效的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)形式。當(dāng)建筑高度小于50m，內(nèi)部空間要求較高時(shí)，混凝土結(jié)構(gòu)抗震體系可選用框架結(jié)構(gòu)，以充分利用框架結(jié)構(gòu)的柔性空間；當(dāng)建筑高度在100m左右時(shí)，為保證高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)剛度滿足規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)水平位移小，可選用剪力墻結(jié)構(gòu)；對(duì)于建筑空間和結(jié)構(gòu)等級(jí)，為了滿足高層建筑的功能要求，可以選擇剪力墻結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力剛度可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 根據(jù)建設(shè)要求選擇基礎(chǔ)類(lèi)型

高層建筑的地基需要承受上部結(jié)構(gòu)的全部重量。其選型需要根據(jù)水文地質(zhì)勘察資料對(duì)施工區(qū)進(jìn)行綜合分析，對(duì)上部結(jié)構(gòu)形式、荷載等要素建立較為科學(xué)的基礎(chǔ)形式。此外，高層建筑的基礎(chǔ)類(lèi)型將直接影響到建筑的安全、功能和成本，因此必須慎重對(duì)待，選擇科學(xué)有效的基礎(chǔ)方案。建筑樓層數(shù)量少，荷載小，施工區(qū)水文地質(zhì)因素水平較好，可以選擇獨(dú)立的基礎(chǔ)和條形基礎(chǔ)，經(jīng)濟(jì)性高，方便，建筑層多，荷載大，施工區(qū)水文地質(zhì)要素存在較大問(wèn)題，可通過(guò)樁基礎(chǔ)的摩擦和樁端選擇樁基礎(chǔ)，承載力向上傳遞荷載；如果建筑樓層較多，施工區(qū)水文地質(zhì)條件優(yōu)越；或樓層數(shù)量較少，地基承載層土壤質(zhì)量差，筏式混凝土基礎(chǔ)可用于增加高層混凝土結(jié)構(gòu)與下部承重層之間的基礎(chǔ)面積，減少土層單位面積荷載，提高地基的整體承載力。

2.4 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)計(jì)算與分析

在計(jì)算高層建筑整體結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)首先控制以下參數(shù)：1）剪重比?？刂聘鳂菍拥淖钚〉卣鸺袅?，以保證建筑結(jié)構(gòu)的安全。如果剪重比太小，則說(shuō)明建筑物底部的剪力太小。此時(shí)，應(yīng)注意結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)的位移，以保證它們滿足規(guī)范的要求；2）剛度比?？刂曝Q向結(jié)構(gòu)的規(guī)則性，防止剛度突變；3）位移比。為了防止扭轉(zhuǎn)，應(yīng)控制平面結(jié)構(gòu)的規(guī)則性。位移比是剛體中心與質(zhì)心偏離程度的反映。在建筑設(shè)計(jì)中，要做好平面布置規(guī)則和對(duì)稱(chēng)平面，盡可能保證剛性中心與質(zhì)心重合；4）周期比。控制了結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。對(duì)于第一個(gè)自振周期，高層建筑以結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的自振周期與以平動(dòng)為主的自振周期之比控制在0.9以?xún)?nèi)，甲級(jí)建筑控制在0.85以?xún)?nèi)。扭轉(zhuǎn)效應(yīng)是扭轉(zhuǎn)剛度與側(cè)向剛度關(guān)系的反映；5）層間抗剪承載力之比?？刂平ㄖ镓Q向結(jié)構(gòu)的不規(guī)則性。

首先，對(duì)多塔結(jié)構(gòu)和開(kāi)槽結(jié)構(gòu)進(jìn)行了計(jì)算。隨著建筑業(yè)的發(fā)展，多塔樓、大底盤(pán)的高層建筑越來(lái)越多。在這類(lèi)建筑的計(jì)算分析中，我們既可以把建筑結(jié)構(gòu)看成一個(gè)整體，在此基礎(chǔ)上，可以按照多塔式建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算工作，也可以人為地將建筑結(jié)構(gòu)劃分出來(lái)單獨(dú)計(jì)算。需要注意的是，如果采用后一種計(jì)算方法，則可能會(huì)導(dǎo)致建筑基礎(chǔ)與下臺(tái)之間存在較大的計(jì)算誤差，不能考慮各塔結(jié)構(gòu)之間的相互作用。

3 結(jié)語(yǔ)

高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是設(shè)計(jì)過(guò)程中的一個(gè)關(guān)鍵因素。根據(jù)實(shí)際情況，掌握關(guān)鍵參數(shù)，制定有效的方案，從根本上保證建筑混凝土的穩(wěn)定性，確保其滿足內(nèi)部設(shè)計(jì)要求和需求。