淺議高層建筑混凝土結構方案設計與優化

趙子清

摘要：隨著建筑高度的增加，以及建筑內部空間的擴大，結構設計的安全性及穩定性越來越凸顯，越來越引起人們廣泛關注和重視。而鋼筋混凝土結構作為我國傳統的結構形式，因其具有造價低、耐久性好、結構造型靈活、整體性好等優點，而被廣泛應用于各種工程結構中。因此，對于高層建筑混凝土結構的優化設計進行研究非常重要。

關鍵詞：高層建筑;混凝土;結構方案;設計;優化

一、地基穩定性不足

在進行建筑的混凝土結構設計過程中，很容易受到地基穩定性的影響，導致結構出現缺陷，無法滿足建筑結構設計的標準要求。其主要表現在以下兩個方面：（1）地基承載力不足，導致建筑物的地基無法承受混凝土的重量，出現地基沉降或者偏移等問題，嚴重時甚至導致建筑物產生倒塌。（2）地基受力不均衡，導致建筑物本身的混凝土結構內部受力存在較大的不平衡問題，給混凝土結構帶來巨大的損壞。

（一）結構超高問題

由于全球自然災害問題頻繁發生，人們對建筑抗震性能方面要求提出了更多要求，對高層建筑抗震性能方面的要求更加嚴格。在新標準中，在將原來的約束高度設定為A級建筑的基礎上，額外加入了B級高度的建筑。因此，在對高層建筑結構進行規劃設計時，需要嚴格按照相關規定進行劃分，不能逾越其范圍。如果建筑物屬于B級建筑，則對其操控應嚴格按照B級范圍進行，不能超過其范圍，如果超過，即使建筑已經進入施工階段，也要從頭進行設定。而對高層建筑抗震性能產生直接影響的便是鋼筋混凝土的結構設計。為了使得高層建筑抗震性能進一步得到保障，需要控制好高層建筑的高度。若高層建筑混凝土設計高度過高，就會影響高層建筑的抗震性能。不同高度的鋼筋混凝土設計規范的要求不同，如果鋼筋混凝土結構高度出現變化，尤其是出現超高問題時，需要相關人員對混凝土結構的設計工作進行重新組織。

（二）框架結構不全面

框架結構作為整個建筑物的核心支撐，其發揮著極其重要的作用。如果建筑物在框架結構設計過程中，存在角度、橫梁控制不合理等問題，可能導致其框架結構與混凝土結構無法實現配合，一方面房屋的結構設計無法滿足相關規范和標準要求，另外一方面需要對框架結構進行重新設計，消耗了大量的人力和物力，增大了建筑的成本投入。

二、高層建筑混凝土結構方案的設計要點及優化建議

（一）加固方案的優先選擇

首先，就要針對現場的施工情況選擇加固方案，在進行實地考察之后，工程師要根據施工過程中出現的問題，選擇出最適合的施工方案，同時方案必須具有可行性，防止出現選擇錯的方案之后，導致工期延長，施工人員的安全得不到有效保障以及其他情況的發生。其次，混凝土結構的加固工程的優劣在工法上也有所體現。隨著我國經濟的快速發展，國家投入了大量資金用于科研工作，因此，各種新型的建筑材料也不斷地涌現，而在加固工程中運用新技術、新材料以及新工藝可以在施工過程中達到事半功倍的效果，比如在最近幾年內出現的新材料粘碳纖維就是其中的代表，與以前的加固工藝相比較而言，這種新材料的防濕防潮效果更好，而且這種新型材料的自重輕、強度高、抗腐蝕性比較強、質量好，施工也比較方便，因此成為了很多建筑工程師推薦的加固材料。

（二）設置合理的沉降縫和轉換層等

相鄰高層建筑物之間高度差異過大會引發地基承載變形問題，在此種情況下設計人員應根據具體情況設置沉降縫。設計人員應根據具體情況，在框剪結構中上部框架結構和下層剪力墻的交接部位設置轉換層，同時采用其他加固措施，防范承載力突然改變的問題，以確保整體建筑的質量。

（三）裂縫防治

1、合理優化設計配合比。為滿足混凝土早期強度要求，可選擇中水化熱的普通硅酸鹽水泥。同時做好混凝土水化熱的控制，在混凝土材料中適當的添加II級的粉煤灰或礦渣粉，并且添加一定的膨脹劑，直接替代后澆帶的作用。為了防范冬季出現凍害，還可以適當添加防凍劑。2、在大體積混凝土澆筑過程中，應嚴格控制混凝土的塌落度和水灰比，以確保混凝土性能的一致性，同時應該防范附加應力的出現，避免混凝土自身出現開裂的情況。3、在完成大體積混凝土澆筑之后，可及時利用棉布進行覆蓋處理，同時做好相應的保溫養護和保濕養護，對混凝土表面的溫度進行嚴格控制，并及時測溫。

（四）混凝土強度較低或波動較大問題的應對措施

第一，混凝土的原材料需要送檢試驗，保證測試結果合格;第二，結合施工工程現場測得的各類砂石骨料的含水量、直徑等計算出實際使用砂石料的施工配合比。相關的計算參數：骨料理論配合比質量=試驗配合比質量×（100%-飽和面干吸水率），含水量=理論質量/（100%-含水率）×含水率，施工配合比量=調節質量1+調節質量2+理論質量。同時要按照砂子—水泥—石子—水的順序進行上料;第三，確保混凝土攪拌的均勻性，要按照混凝土塌落度以及攪拌機容量來確定出攪拌的時間。

（五）提升鋼筋加工與原材料的質量控制

1、在加工鋼筋時，要確保其質量滿足施工要求，同時做好鋼筋焊接、下料以及鍛造等階段的質量控制，最大限度的提升鋼筋工程的整體質量。施工單位要對原材料的采購工作予以不斷強化，同時采購人員在采購前要對工程整體要求有所了解，并按照相關要求來完成主要原材料的采購工作。2、對于到現場的原材料，施工單位要有專人來進行復驗，避免不合格的材料進入施工場地。3、鋼筋原材料的合理保存。儲存鋼筋時，要避免在儲存鋼筋的過程中受到外界某種因素的影響出現而質量問題，相關工作人員要嚴格按照儲存的相關標準進行存儲，避免造成不必要的經濟損失。

三、結語：

高層建筑具有其自身復雜性及特殊性，現階段高層建筑結構設計的相關經驗和技術措施都有了很大的發展。在此基礎上，新技術、新材料的不斷出現，使人們可以向更高、更復雜的建筑方面進行探索，高層建筑結構未來的發展空間還很大，需要設計師們進一步的發展和完善，爭取獲得更好的社會效益。

參考文獻：

[1]廖海龍.淺議高層建筑混凝土結構設計中應注意的幾個問題[J].建材與裝飾，2016（39）：99～100.

[2]李潤林.某超高層混凝土框架—核心筒結構的設計與優化[D].華南理工大學，2015.