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高层建筑混凝土结构优化设计分析研究唐国峰

发表时间：2020/7/14 来源：《基层建设》2020年第6期作者：唐国峰

[导读] 摘要：随着社会的发展，我国的建筑行业发展迅速，建筑种类和规模不断扩大。

        身份证号码：15262519850706xxxx
        摘要：随着社会的发展，我国的建筑行业发展迅速，建筑种类和规模不断扩大。目前，高层建筑混凝土结构的安全性、稳定性与人民群众的生命、财产安全息息相关，受到多方关注。而混凝土结构作为当前较为重要的高层建筑结构形式，其建设成本低、结构形式多样、整体性能较好，广泛用于各类高层建设工程中。论文阐述了高层建筑混凝土结构设计的基本原则，分析了高层建筑混凝土结构优化设计的相关措施。
        关键词：高层建筑工程；混凝土结构；基本原则；优化设计；措施
        引言
        高层建筑的出现是我国城市化发展必然需求，随着城市规模的不断扩大，城市功能越来越复杂，高层建筑在城市建设中的份额迅速增长。高层建筑结构设计中，如何合理运用结构概念，准确理解规范，把控设计的关键节点，做到安全可靠经、济合理是建筑结构优化设计的手段和目标。
        1高层建筑混凝土结构优化设计的基本原则
        1.1从根本上有效提升高层建筑混凝土结构的可靠性
        高层建筑混凝土结构的可靠性主要指的是，高层建筑混凝土结构能够在标准的条件和规定的时间内，充分呈现出应该具备的预定功能和相关性能，该可靠性体现在高层建筑在具体年限范围内满足相对应的使用需求，通过相对应的技术手段进行加固处理和翻新，仍然可以使此类高层建筑有效应用并呈现出应有的价值。
        1.2安全性
        高层建筑混凝土结构设计中需要将结构安全问题摆在首位。在进行结构预设工作前，要坚持以人为本的原则，以混凝土结构安全性标准为指导，确定高层建筑整体设计价值及意义。保证建筑的安全设计，满足相应标准规范要求，确保设计高效、合理。
        2高层建筑混凝土结构类型分析
        2.1钢筋混凝土结构
        钢筋混凝土结构主要通过钢筋以及混凝土构成，通过钢筋混凝土建造主要包括了大模板现浇结构以及薄壳结构、应用滑模、升板等相关构造的钢筋混凝土结构，是主要的承重构件。此种类型的结构整体性良好，具有耐高温、位移较小，成本较低以及刚度较大的特征。随着混凝土增强材料技术在不断的发展，钢筋混凝土以及钢混凝土等高强度的混凝土技术手段在不断的发展，在多数的高层建筑结构中广泛地应用了钢筋混凝土结构。
        2.2水平荷载设计
        随着高度的增加，除轴力基本与高度程正比外，弯矩、位移都呈指数增加，水平荷载与竖向荷载相比成为结构设计的主导因素。因此尽量采用轻质高强材料减小水平及竖向荷载，合理选用及布置抗侧力构件抵抗水平力作用，才能优化结构设计，既降低工程成本又确保安全。
        2.3新型结构
        高层建筑结构体系中剪力墙体系以及框架体系是较为常见的类型。新型的结构体系可以分为筒中筒体系、框筒体系以及束筒体系三种类型。相对于传统的单片平面结构体系，新型的结构体系中具有较强的抗侧刚度，其承载力更大。在高层建筑结构中应用功能较为全面，应用范围较为广泛。
        3高层建筑混凝土结构优化设计分析
        3.1合理布置建筑平面结构
        高层建筑平面布局结构会对建筑抗震性能产生较大影响，而抗震性能是所有建筑进行结构设计时必须重点关注的基础性工作。具体设计工作中，要按照高层建筑抗震设计原则、要求、标准等进行设计，关注混凝土结构材料对建筑抗震性能的影响，根据建筑楼层高度选择合理的抗震等级。

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一般情况下，简单、对称、规则的建筑结构能够提升建筑整体的抗震能力，并且消耗地震释放的部分能量，能够很好地弱化地震的延伸作用，降低地震对高层建筑的破坏。而对于多塔结构、顶部塔楼结构等要掌握其振型数，合理控制其大小，做好设计数据核算，严格遵循标准规范设计要求，遵循抗震设计理念开展工作，在满足建筑建设要求的基础上，尽量选择规则性较强的平面结构，进而提升高层建筑混凝土结构的抗震性能。
        3.2框架剪力墙结构
        框架剪力墙结构是框架和剪力墙发挥各自优势结合在一起而形成的结构，既平面布置灵活又抗侧力好，在高层公共建筑中应用较多。在水平荷载作用下框架是剪切变形，剪力墙是弯曲变形，框架和剪力墙共同发挥作用，来提升结构整体抗侧刚度，楼屋盖是两者协同工作的媒介，水平力通过楼屋盖在两者之间传递转移，故楼屋盖受力较大，往往会产生应力集中。尤其是剪力墙设置不均匀且数量较少时应力集中非常明显。剪力墙应在两个主轴方向均匀设置，使结构的动力特性在两个方向接近。剪力墙与框架承受地震倾覆力矩的比值应符合相关规范的要求。比值不同则选取的计算方法和采取的技术措施都不同。框架剪力墙结构中的剪力墙墙体应设有端柱或翼缘，端柱或翼缘纵筋及箍筋应加强；墙体总高与总长度之比宜控制在8~10，使其以弯曲变形为主。重力荷载代表值作用下的轴压比不宜过大，应与框架柱轴压比匹配，减少竖向荷载作用下的二次应力影响。
        3.3嵌固端位置设计
        高层建筑一般状况之下会添加人防结构以及地下室结构，在人防顶板以及地下室顶板上设置嵌固端。嵌固端的位置对于高层建筑结构会产生不同程度的影响，在设计过程中如果忽略此问题则会导致高层建筑结构出现细节问题。例如，在嵌固端的上下层刚度设计过程中，要分析限制范围、嵌固端楼板设计以及结构缝位置是否协调，要分析上下层的抗震等级是否一致等问题，加强细节分析与设计，合理的大量设计变更分析，对建筑结构安全结构进行系统分析，合理设计。
        3.4合理设计独立单元结构，注重结构概念的设计
        在高层建筑混凝土结构实际的优化设计过程中，如果整体的混凝土结构是独立的单元结构，要充分确保各个部分的优化设计。首先，要着重针对整体平面结构的性状进行切实的优化设计，在具体的设计过程中要充分确保其简单规则、长度适中、凹凸部分大小适中，与此同时要保持竖向体型均匀规则、外挑内收适中。在实际的设计环节，以此为基础，确保相关的结构部分刚度和承载力呈现出均匀分布的状态，从根本上有效规避用竖向布置且不规则的结构，要尽可能有效应用侧向力上小下大、变化均匀的刚度结构。除此之外，在整体的优化设计环节，要确保其适用性和美观性，在充分满足相关标准和技术要求的同时，着重做好结构概念设计，并且在整体的设计环节要把概念设计当做基础，以充分确保其实用和美观的建筑结构为原则，使平面和竖向布局具备更为显著的均匀性，简洁性，有显著的规则，这样才能充分确保相关结构部分承载力刚度分布更加科学合理，更匀称，体现更加良好的性能和质量。
        3.5优化转换层结构设计工作
        高层建筑底部各层对建筑空间要求存在多种标准，这就需要在高层建筑当中设计转换层来完成整体的结构转换。高层建筑混凝土结构转换层设计需要关注转换层上下竖向结构设置是否合理，是否能够将落地剪力墙百分比控制在合理范围，并解决建筑竖向结构构件刚度突变问题。若无法合理设置建筑转换层内部结构形式，很容易造成高层建筑竖向刚度突变性转变，进而出现抗震不利的薄弱点，影响高层建筑整体结构安全。对高层建筑混凝土结构转换层上、下2部分的刚度来说，需要严格控制其刚度比，确保能够提升建筑竖向构件的抗侧力，来降低建筑整体竖向构件刚度突变造成的问题。使整个高层建筑混凝土结构位移比、整体性、刚度比都能满足标准规范要求。另外，还要通过设计控制高层建筑上部的竖向构件数量，以便降低转换层结构的刚度差值，避免混凝土结构转换层发生突变性的刚度转换，保证高层建筑整体结构能够满足工程建设要求。
        结语
        高层建筑混凝土结构在设计过程中稳定性是较为关键的因素，根据实际状况了解关键参数，制定有效的方案可以在根本上保障建筑混凝土的稳定性，保障其满足内在的设计要求与需求。
        参考文献：
        [1]沈霄鹤.超限高层框支-剪力墙结构抗震性能设计[J].科技风，2019（24）：46-47.
        [2]郝鑫佳.高层建筑结构设计存在的问题及对策[J].工程建设与设计，2018（10）.