高层建筑混凝土结构优化设计

高层建筑混凝土结构优化设计

任会朋

泾河新城寿平古渡文化旅游开发有限公司713702

摘要：基于社会和时代的发展需求，高层建筑的数量不断增长，人们对高层建筑给予了越来越多的关注。混凝土结构是高层建筑中的一种重要结构，为此，对其进行研究具有必要性。本文介绍了钢筋混凝土结构、组合结构、新型结构、智能建筑结构这几种高层建筑的主要混凝土结构，并提出了高层建筑混凝土结构优化设计的具体方法。

关键词：高层建筑；混凝土结构；设计；优化方法

经济水平的提高，社会的进步，使得我国广大民众的生活水平得到了提升，民众对建筑提出了更严格的要求。在城市化建设的进程中，高层建筑的地位越来越高，其发挥的作用也越来越重要。与此同时，高层建筑功能性复杂程度的日益增长，建筑特征的多样化，对设计人员来说都是艰难的挑战。笔者将对高层建筑混凝土结构的优化设计进行分析。

1高层建筑混凝土结构

高层建筑的常见的主要混凝土结构有四种，分别是钢筋混凝土结构、组合结构、新型结构和智能建筑结构，表1列出了这四种结构的组成和特点。笔者将在下文对这几种结构进行更为详细的阐述。

1.1钢筋混凝土结构

钢筋混凝土结构，顾名思义，其主要构成即为钢筋和混凝土，最早的高层建筑结构就是钢筋混凝土结构。钢筋混凝土结构主要有两部分，首先是薄壳结构和大模板结构，这两种结构的建造材料为钢筋混凝土；其次是钢筋混凝土结构，这种结构的建造过程需要使用滑模和升板等工具，这两部分共同组成了完整的钢筋混凝土结构，承载了高层建筑的主要负荷。钢筋混凝土结构的突出优点就是优越的整体性能，强大的高温耐受能力和刚度，以及其位移小、维护方便、成本低等特点。与钢结构相比，钢筋混凝土结构的上述优点使其具有很大优势。混凝土增强材料技术的不断进步，钢管混凝土、高强混凝土等相关技术的不断发展，都使得钢筋混凝土在高层建筑中获得了越来越广泛的应用。目前，钢筋混凝土已经成为了我国应用最广泛的建筑结构，我国大多数高层建筑都采用钢筋混凝土结构。

1.2组合结构

组合结构的类型主要包括钢筋混凝土组合结构和组合切体结构两种，而组合切体结构又由砖砌体、钢筋混凝土面层这两大部分组成。当建筑的轴向力偏心距大于零点七倍截面重心与轴向力偏心方向截面边缘之间的距离，或者是e较大，无筋砌体承载力不足，截面尺寸受限时，组合切体结构将是一个很好的选择。与钢筋混凝土结构相比，组合结构有过之而无不及，它具备了作为最早的高层建筑结构——钢筋混凝土结构所具有的优点，并取得了进步，在减少污染、节约钢材方面具有优势。为此，相对于钢筋混凝土结构而言，组合结构节约了施工成本，且具有高科技含量。组合结构在钢管中填充了混凝土，从而使钢管的承载能力得到了显著地提高，并节约了钢材。可以说，组合结构完全具有替代钢筋混凝土结构的潜力。值得一提的是，组合结构不仅能在高层建筑中得到很好的应用，还能在造船、电力等方面发挥重要的作用。

1.3新型结构

高层建筑结构体系中的新型结构主要组成部分就是筒体，筒体的组成方式同时也是新型结构的分类标准，通过这一标准，可将新型结构分为三种体系，分别是筒中筒体系、框筒体系、束筒体系。新型结构体系具有的最明显的优势就是其更大的抗侧刚度和承载力。这种结构体系比较适用于功能较全、层数较多、用途较广的高层建筑。

1.4智能建筑结构

楼宇自动化系统、办公自动化系统和通信自动化系统是智能化系统的代表。目前，高层建筑中应用了智能建筑结构的仍是少数。作为高新技术产业与现代建筑技术的结合产物，智能建筑结构在建筑物的系统、结构体系、服务管理等要素之间建立了联系，能很好地满足人们的潜在需求，为用户创造更加舒适、更加安全的环境，其应用前景是光明的。

2高层建筑混凝土结构优化设计的具体方法

2.1合理使用高强钢筋

建筑施工中所消耗的钢量对建筑总造价具有十分重要的影响作用，合理减少钢的消耗能有效降低建筑成本。为此，高层建筑的优化设计必须做到高强钢筋的合理使用。当高层建筑建立在一个深厚软弱的地基上时，合理使用高强钢筋，优化构件截面尺寸，能有效的降低施工难度，降低造价，优化建筑的经济效益。建筑物的自重越大，地震对其能产生的破坏就越严重。为此，要想地震对建筑的破坏程度，应采取合理的措施减轻建筑的自重，而合理使用高强钢筋能有效减轻建筑的自重。

2.2优化结构的平面形状、刚度和承载力

平面形状、各部分刚度、承载力是高层建筑结构设计的几个要素。在对平面结构性状进行设计时，应遵循简单、规则的基本原则。平面结构的长度和突出部分应适当，竖向体型应更加规则化、均匀化。刚度和承载力的优化设计则应做到分布均匀，禁止采用存在严重的布置不规则问题的竖向结构，采用具有均匀变化特点的侧向刚度结构。在设计高层建筑的结构过程，设计者可能会遇到结构合理但美观性和实用性较差的设计困境。此时，设计者应对结构概念设计给予更多的关注，使整个建设过程都能包含概念设计，确保建筑结构既美观，又实用，还能满足简洁、规则，以及刚度、承载力分布合理的要求。

2.3注重剪力墙的平面布置

高层建筑混凝土结构优化设计应特别重视剪力墙的平面布置。剪力墙的平面布置应满足一下几个基本需求。首先，沿周边均匀、相对集中的布置，并确保不会损害建筑的原有使用功能。通常情况下，剪力墙应布置于建筑的楼梯间、电梯间处，或者是平面形状变化较大的部位。其次，剪力墙墙肢截面简单、规则。最后，避免出现较多、或者全部为短肢剪力墙的情况。

2.4重视筒体的承载力和延性

为了提高建筑的抗震能力，优化设计时还应充分考虑抗震设计。为了满足抗震要求，在设置建筑物的型钢柱时应充分考虑建筑物的高度，选择合适的位置和设置方法，高度不超过130米的建筑物型钢柱设置于筒体四角。

3小结

对高层建筑混凝土结构进行设计的过程中，设计者应充分考虑各种因素，进行综合分析，既考虑地震等侧向力的影响，也考虑自重的影响，在保证高层建筑结构强度和刚度的同时，使其具有良好的延性。高层建筑混凝土结构优化设计应从整体的角度出发，探寻最优方案。

参考文献

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[2]李楠.高层住宅钢筋混凝土剪力墙结构优化设计探析[J].房地产导刊,2017,(8):39.

[3]徐斌.高层钢筋混凝土结构优化设计分析[J].建筑工程技术与设计,2014,(36):183-183.