高層混凝土結構優(yōu)化設計分析

1、<p>　　高層混凝土結構優(yōu)化設計分析</p><p>　　摘 要：當前時期，設計人員對高層建筑中的混凝土實施結構設計，必須遵循適用性、安全性、耐久性以及可靠性幾個方面的原則，以保證此項結構的設計工作，為該高層建筑的建設帶來質優(yōu)價廉的效果，使其結構的各項功能均達到預計要求。本文就設計原則和凝土結構具體設計方法加以分析。 </p><p>　　關鍵詞：高層建筑；混凝土結構；設計方法

2、 </p><p>　　中圖分類號： TU528 文獻標識碼： A 文章編號： </p><p><b>　　一、設計原則 </b></p><p><b>　　1、安全性 </b></p><p>　　高層建筑中結構設計的安全性原則，亦是以設計使用年限為依據(jù)，使該建筑的結構設計在預定年限范圍內，始

3、終可以達到對內部與外部各項荷載力的有效承受，即使遭遇某些偶然的破壞性事故，也要能夠使自身結構控制在整體穩(wěn)定的狀態(tài)中，避免出現(xiàn)大范圍的結構性損害。 </p><p><b>　　2、適用性 </b></p><p>　　高層建筑中結構設計的適用性原則，是以該建筑設計時所設定的具體使用年限為參照，保證建筑的結構設計能夠在此年限中，使自身的裂縫、變形、振動等各項性能變動，始

4、終控制在允許的限度內，使建筑在各項結構性能的支撐下，得以為建筑用戶正常順利地提供各方面的使用功能。 </p><p><b>　　3、耐久性 </b></p><p>　　高層建筑的耐久性設計原則，是指建筑的結構設計必須在規(guī)定的使用年限內，維持足夠的結構耐久性，比如，混凝土結構出現(xiàn)的裂縫寬度不得超出允許的范圍，且鋼筋保護層的厚度不能夠變得過于單薄，以免鋼筋在遭受外部潮

5、濕空氣的狀況下出現(xiàn)銹蝕問題。 </p><p><b>　　4、可靠性 </b></p><p>　　可靠性的設計原則，是指高層建筑的結構設計，必須在設計的基準期與建筑的使用年限范圍內，充分達到耐久性、安全性、穩(wěn)定性、剛度、動力性能等各方面的性能要求，即使超出年限的基準期范圍，也能夠在各項性能出現(xiàn)不同程度降低的基礎上，維持正常的使用。 </p><

6、p>　　二、高層建筑混凝土結構的具體設計方法 </p><p>　　1、完善單元結構的布局設計 </p><p>　　獨立的結構單元設計，是高層建筑中的主要結構設計內容，此結構設計工作適合采用簡單、規(guī)則的平面形式，但平面的整體長度與突出部分的長度應當控制于適宜的范圍，且具備均勻分布的承載力與剛度，同時，豎向結構適合采取均勻、規(guī)則的形式，以保證建筑的外挑與內收問題得到有效的控制。要達到

7、這一目標，混凝土結構的設計者，應當在制定結構設計方案的階段，便努力地將概念設計的理念與知識作為參考，使建筑的適用性與美觀度等要求在得到滿足的基礎上，通過進行優(yōu)化設計，使其結構的平面與豎向布局盡可能地實現(xiàn)簡單、均勻與規(guī)則性，保證其結構剛度與承載力的合理分布，避免建筑獨立結構單元出現(xiàn)過于集中的塑性變形或應力。 </p><p>　　2、優(yōu)化高強的混凝土與鋼筋使用 </p><p>　　高層建筑

8、建設需要耗費較多的混凝土、鋼等材料，若混凝土和鋼的強度過大，勢必會造成建筑材料總造價的超限，同時加大其他構件的造價，從而降低建筑建設的經(jīng)濟效益。因此，混凝土的結構設計人員應當對高強度的混凝土與鋼筋的使用進行合理的優(yōu)化控制。 </p><p>　　以軟土地基上的高層建筑設計為例，該結構地基受到的荷載較高，設計人員可以通過優(yōu)化高強度的混凝土以及鋼筋的使用，使建筑中各構件的截面尺寸得到合理優(yōu)化，從而減輕建筑的結構自重，

9、使建筑的基礎工程建設難度得到大幅度的削減，降低工程的地基處理工作造價。 </p><p>　　再以位于震區(qū)的高層建筑的結構設計為例，建筑的自重與地震作用程度成正比例關系，設計人員通過將高強度的混凝土與鋼筋的使用量減少，可以在減輕其梁、板、墻、柱等構件自重的基礎上，降低地震的作用力，進而保證建筑結構的安全程度，使建筑的整體安全度得以提升。 </p><p>　　三、高層建筑的混凝土結構具體設

10、計優(yōu)化措施 </p><p><b>　　1、結構安全性 </b></p><p>　　高層建筑人群密度高，且不易逃避、實施救治，一旦發(fā)生災害，造成的危害要比普通建筑高出許多。設計人員可以從以下幾個方面開展結構的安全性設計： </p><p>　　1)設計人員應當在保證建筑各項功能的同時，通過考慮結構自身的抗震性能及外部人為因素可能造成的結構破

11、壞，有目的地將高層建筑的抗震等級提升。同時，還要從整體上，加強結構設計的穩(wěn)定性與牢固度，避免將磚砌體承重或者裝配式的混凝土結構應用于高層的公用屬性較高的建筑中，而要優(yōu)先選取現(xiàn)澆的鋼筋混凝土的結構。 </p><p>　　2)設計人員要從建筑建設過程中及投入應用后的各個方面入手，綜合考慮其荷載變化的狀況，盡可能地將建筑結構的荷載標準值與構件承載力設置出較大的彈性裕度，并且為樓面等部位進行額外的增加荷載的設計，以保證

12、建筑在各級的地震與火災等災害中，都可以實現(xiàn)對于自身結構安全的維護。 </p><p><b>　　2、抗震概念 </b></p><p>　　高層建筑的混凝土結構在應用過程中，最容易受到的破壞，便是來自于地震威脅，在結構體系設計方面，設計人員要盡可能地選擇空間結構以及平面布局簡單規(guī)則的形式，作為建筑的整體結構形式。以平面布局為例，可以將矩形、圓形、方形、扇形的結構作為

13、抗震結構的體系形式，并減少對于不對稱的側翼或過長的伸展翼的使用。同時，設計人員還要通過進行合理的布局，使建筑的質量與剛度實現(xiàn)均勻平衡的分布。 </p><p>　　而在平立面設計方面，設計人員可以將墻體設置為均勻對稱的形式，并提升樓梯或電梯的井筒等具備較高剛度的結構布置的集中性，同時，將抗震墻設計為符合建筑結構整體抗震需求的形式，以提升建筑平面結構的抗震性能。在結構構件的延展性方面，可以將梁、柱端的組合剪力加大，

14、或者提高柱體抗彎性能，并配合將梁端的鋼筋實際彎矩提升，以使建筑梁端早于柱端發(fā)揮塑性，使二者在外部荷載下，保持結構變形的穩(wěn)定協(xié)調。 </p><p><b>　　3、耐久性 </b></p><p>　　高層建筑的結構設計人員對混凝土結構進行設計，還要努力提升其耐久性，以延長建筑的有效使用壽命，并且使建筑在遭遇各種災害之后，依舊能夠維持其應用的各項結構性能。下面就從幾個

15、方面談論一下混凝土的結構耐久性設計的策略： </p><p>　　1)選擇良好的混凝土材料。設計人員應當在保證混凝土材料的質量與基本性能的基礎上，重點從結構的穩(wěn)定性能、抗侵入性能、抗裂性能等幾個方面入手，選擇堅固、耐久、潔凈的骨料，含堿量與水化熱反應較低的水泥，減少對于硅酸鹽水泥與用水量的應用，并適當?shù)貙⒌V物摻合料加入到材料中。 </p><p>　　2)優(yōu)化結構使用設計工作。高層建筑中的

16、混凝土結構物普遍包括多個構件，每一個構件所處的環(huán)境存在顯著的差別，這就決定了不同構件具備的耐久性壽命存在差異，因此，設計人員要根據(jù)實際的使用環(huán)境，明確建筑中不同結構構件的使用界限與注意事項。以屋面、陽臺及女兒墻的設計為例，這些部位的梁柱構件，耐久性壽命普遍低于室內，必須合理設定這些部件維修或更換的時間。 </p><p>　　3)合理設計結構構造形式。設計人員根據(jù)建筑的具體侵蝕環(huán)境與設計使用年限，設計厚度在20m

17、m～70mm之間的混凝土保護層，并通過協(xié)調構件的截面積與表面積，避免侵蝕性物質集中停留區(qū)域的形成，同時注意高侵蝕度的環(huán)境中，混凝土墻板的通風效果，并注意配筋間距的合理設計，以減少鋼筋銹蝕、保護層剝離等問題的出現(xiàn)。 </p><p><b>　　四、結語 </b></p><p>　　高層建筑由于其層數(shù)較多、空間結構的變化性較大，對于安全性、耐久性以及抗震性能具有特殊的

18、要求，混凝土的結構設計狀況在更高的程度上，為建筑質量施加直接的影響。因此，高層建筑的建設單位極其注重其中混凝土結構的設計工作。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1]班慧勇，施剛，石永久，王元清.建筑結構用高強度鋼材力學性能研究進展[J].建筑結構，2013，(2) </p><p>　　[2]王麗娜，王