高層建筑混凝土結構方案設計與優化

周益宇

浙江省工業設計研究院 浙江 杭州 310000

引言

鋼筋砼結構是常見的一種建筑設計方式，經過多年的發展，其技術已經非常成熟，且由于其材料價格相對便宜，在建筑行業中得到了廣泛應用。特別是在高層住宅項目當中，為了提升居民居住的舒適性，在設計的時候要盡可能拓展室內的空間，在這種背下，如何對鋼筋砼結構進行科學的設計以及優化就成了設計人員需要面對的一個重要課題。

一、鋼筋砼結構設計現狀

盡管鋼筋砼結構已經出現了很長的時間，但是在實際設計過程中還是會遇到一些問題。特別是在高層建筑項目當中，由于高層項目對于室內空間、通風以及防火方面的高標準，提升了結構設計工作的難度。從總體上來看，設計與優化過程中主要存在兩個問題。

（一）選型問題

鋼筋砼結構的選型是其他設計工作的前提以及基礎。想要更高地完成高層項目的設計工作，就必須要認真對待選型問題。但是在實際工作中，結構選型常常會出現錯誤。

很多設計師在進行框架設計的時候往往會將注意力集中在安全性以及工程造價方面，忽略了建筑項目的實際需求，住宅性、辦公型以及商貿型高層建筑對于結構框架的需求存在一定的差異，如果不考慮項目需求，那么就會讓結構設計與設計使用之間產生沖突，造成資源浪費的同時也埋下了安全隱患。

（二）結構問題

除在選型環節會出現錯誤之外，在結構設計方面也存在著一些問題。第一，針對基礎層的結構設計，設計人員有時會忽略建筑復發的預應力，這一點在高層項目中會體現得非常明顯，由于高層建筑地上結構的體量巨大，地下室的底板在上層建筑的作用下會出現一定程度的下沉，特別是在選用天然地基的項目中，下沉更加明顯。而建筑物的下沉會改變其原有的受力結構，導致建筑物內部的鋼筋砼結構以及其他部件發生一定程度的形變，影響其安全性與穩定性。第二，針對上層框架結構設計，這當中的核心就是剪力墻設計，一些設計工作者在設計剪力墻結構的過程中，沒有對其底部進行強化，同時對于剪力墻的個數以及布置的部位帶有一定的隨意性，這就導致了剪力墻的受力與設計圖紙不符，時間一長容易破壞其與其他部件之間的連接性，增加安全風險。

二、優化注意事項

為了確保鋼筋砼結構設計以及優化工作能夠順利進行，工作人員在進行設計之前應該明確一些常見問題的解決方式。

（一）注意新技術的使用

盡管鋼筋砼結構屬于傳統建筑形式，但是與新的建筑技術以及建設理念也能進行高效融合。作為設計人員，需要時刻注意新技術、新材料的使用問題,通過BIM技術在計算機上對工程模型進行模擬，重點關注新技術、新材料與傳統施工方式對于鋼筋砼結構的承載力以及局部壓力是否出現了變化，避免因為新技術的應用而造成鋼筋砼框架的某些區域出現應力集中問題。

（二）注意延性部件的轉動能力

為了保證延性部件塑性內部分布的具體需求，在對其進行設計時，需要保證該部件具有良好的轉動能力。在此基礎上才能讓塑性鉸區的形變處于合理范圍當中，當遭遇到突然的沖擊（外部撞擊或者地震等情況）時，能夠高效吸收外來沖擊力，提升建筑物的抗震性能。

三、鋼筋砼結構設計優化具體方法

（一）剪力墻的布置

針對上層建筑項目在設計與優化過程中所暴露出的問題，設計工作者需要對剪力墻的平面布置工作進行重點關注。具體來說，需要注意以下幾點問題。

第一，設計人員需要在滿足高層建筑功能性以及可靠性的基礎上，對于上層結構的平面進行合理布置。將剪力墻沿著框架的四周以集中的方式均勻排列，讓其在各個方向上所承受的荷載力趨于平均。而對于一定平面形狀變化較大，荷載力分布不均勻的區域，比如說樓梯間、電梯房等，在布置剪力墻的時候要注意其間距，不宜將剪力墻的間距設置得過大，確保平面的穩定性。

第二，在對剪力墻進行水平布置時，盡量以“雙向布置”的方式來進行，以建筑平面的主軸為一個方向，再選擇一個其他的方向，使荷載力可以在每個結構上得到均勻分攤。此外，對于那些具有抗震能力的剪力墻，不能以單項方式進行布置，確保框架整體的抗震能力符合相關標準。

第三，針對墻肢截面的設計，如無特殊要求，一般都是按簡單、規則為設計原則，針對其側方向的剛度，設計人員需要對其數值進行精確計算，對于剪力墻側面剛性數值進行嚴格把控。

第四，對于短肢剪力墻的使用要十分慎重，盡管這種結構形式可以有效拓展室內空間，減少室內空間中承重梁以及承重柱的數量，但由于其具有異形柱的物理特征，如果大量運用，勢必會影響到建筑項目整體穩定性，因此在布置過程中不能全部使用短肢剪力墻。

（二）使用高強度砼材料

對鋼筋砼結構設計做優化時，一個比較關鍵的環節就是高強度砼的使用問題。合理使用高強度砼，不僅可以更好地控制建設成本，而且對于項目的壽命以及性能都有著不錯的提升效果。比如說在一些底板荷載大的項目中，為了達到降低自重的目的，就需要合理調整含有高強度砼材料部件的截面尺寸，保證其可靠性的同時也降低了施工難度。

（三）使用高強度鋼筋材料

除高強度砼原料之外，高強度鋼筋也是對鋼筋砼部件進行優化的一個重要方式。使用這種新材料的主要目的在于減少鋼筋砼部件自身的重量，在不影響安全的前提下提高施工效率。此外，建筑項目自身重量與地震沖擊對建筑的影響成正比，減少自身重量就可以提升建筑本身的抗震能力。

四、結束語

對于鋼筋砼結構的優化工作具有非常重要的現實意義，從施工單位角度出發來看待這項工作，可以在確保質量的前提下有效控制工程造價，對于縮短工期、壓縮建設成本也有一定的幫助作用，因此要給予高度重視。