高層建筑混凝土結構優化設計分析研究

摘要：高層建筑混凝土結構體系較為復雜，其設計工作的經驗、技術都有了較大發展。在此背景下，開展高層建筑混凝土建筑結構設計要注重其布局，采取有效措施優化其結構平面狀況，選擇安全、合理的結構類型，滿足高層建筑建設整體需求。

關鍵詞：高層建筑;混凝土結構;基本原則;優化設計

一、高層建筑混凝土結構優化設計的意義

傳統的高層建筑混凝土結構設計工作中，受到一些因素的影響，經常會出現穩定性與強度問題，不能確保各方面工作效果。而在結構優化設計的工作中，可以按照具體的穩定性標準、強度標準、規范性標準等執行工作任務，改善當前的工作現狀，提升結構的抗震性能、承載能力，具有重要意義。

二、高層建筑混凝土結構優化設計的基本原則

（一）從根本上有效滿足高層建筑混凝土結構的功能要求

在針對高層建筑混凝土結構進行優化設計的過程中，要充分確保相應的功能要求得到充分的滿足，這是基本原則。對功能的要求，主要體現在以下幾個方面：首先，充分確保整體結構的安全性，這在結構優化設計過程中是必須著重考慮的首要問題，要確保在全生命周期內可以有效抵抗各種外來因素的影響和干擾，確保整體混凝土結構更安全穩定，可以經受外力的影響而始終保持應有的性能和質量。其次，要確保高層建筑混凝土結構的適用性全面增強，使整體結構在既定的全生命周期內充分滿足使用性要求。經過時間的積累，整體結構的變形程度、墻體裂縫等相關性能都可以保持在優良的狀態，具備應有的安全性和穩定性，不會超過限定標準。最后，要以充分確保混凝土結構的耐久性顯著增強為基準，使整體結構在既定的范圍內不會削弱其耐久性，符合相對應的設計要求和技術標準，從根本上有效規避結構因為外界因素的影響而出現嚴重的腐蝕問題等。

（二）從根本上有效提升高層建筑混凝土結構的可靠性

高層建筑混凝土結構的可靠性主要指的是，高層建筑混凝土結構能夠在標準的條件和規定的時間內，充分呈現出應該具備的預定功能和相關性能。該可靠性體現在高層建筑在具體年限范圍內滿足相對應的使用需求，通過相對應的技術手段進行加固處理和翻新，仍然可以使此類高層建筑有效應用并呈現出應有的價值。

三、高層建筑混凝土結構優化設計分析

（一）合理布置建筑平面結構

高層建筑平面布局結構會對建筑抗震性能產生較大影響，而抗震性能是所有建筑進行結構設計時必須重點關注的基礎性工作。在具體設計工作中，要按照高層建筑抗震設計原則、要求、標準等進行設計，關注混凝土結構材料對建筑抗震性能的影響，根據建筑樓層高度選擇合理的抗震等級。一般情況下，簡單、對稱、規則的建筑結構能夠提升建筑整體的抗震能力，并且消耗地震釋放的部分能量，能夠很好地弱化地震的延伸作用，降低地震對高層建筑的破壞。而對于多塔結構、頂部塔樓結構等要掌握其振型數，合理控制其大小，做好設計數據核算，嚴格遵循標準規范設計要求，遵循抗震設計理念開展工作，在滿足建筑建設要求的基礎上，盡量選擇規則性較強的平面結構，進而提升高層建筑混凝土結構的抗震性能。

（二）選擇有效的抗側力結構形式

高層建筑抗側力結構系統能夠提升建筑水平抗震性能。日常混凝土結構設計，要綜合建筑功能性、高度、結構等要素進行考慮，選擇有效的抗側力結構形式。若建筑高度小于50米，且內部空間要求標準高，可以選擇框架結構作為混凝土結構抗震體系，以便充分利用框架結構的靈活空間;若建筑高度在100米左右，可以選擇剪力墻結構，確保高層建筑混凝土結構剛度滿足標準要求，且結構水平位移較小;對于建筑空間、結構類型都要求較高的建筑，可以選擇框剪結構、框筒結構等進行設計，在滿足高層建筑功能性要求的同時保障結構抗側力剛度達標。

（三）關注薄弱層結構的設計工作

高層建筑薄弱層的設計非常關鍵。這主要是由于薄弱層會在外部強烈的地震作用下，出現屈服形變問題，給混凝土結構帶來較為嚴重的安全影響。因此，在高層建筑混凝土結構設計期間需要對結構薄弱層進行重點關注，選擇有效的設計方法提升整體結構安全性。若高層建筑混凝土結構豎向結構剛度不連續，而樓層剛度比低于標準規范要求，就出現了結構薄弱層。此時，在設計過程中，需要借助放大調整系數調整結構薄弱層的構件設計，確保薄弱層安全標準滿足規范要求，提升整個高層建筑抗震能力。

（四）優化轉換層結構設計工作

高層建筑底部各層對建筑空間要求存在多種標準，這就需要在高層建筑當中設計轉換層來完成整體的結構轉換。高層建筑混凝土結構轉換層設計需要關注轉換層上下豎向結構設置是否合理，是否能夠將落地剪力墻百分比控制在合理范圍，并解決建筑豎向結構構件剛度突變問題。若無法合理設置建筑轉換層內部結構形式，很容易造成高層建筑豎向剛度突變性轉變，進而出現抗震不利的薄弱點，影響高層建筑整體結構安全。對高層建筑混凝土結構轉換層上下兩部分的剛度來說，需要嚴格控制其剛度比，確保能夠提升建筑豎向構件的抗側力，來降低建筑整體豎向構件剛度突變造成的問題，使整個高層建筑混凝土結構位移比、整體性、剛度比都能滿足標準規范要求。另外，還要通過設計控制高層建筑上部的豎向構件數量，以便降低轉換層結構的剛度差值，避免混凝土結構轉換層發生突變性的剛度轉換，保證高層建筑整體結構能夠滿足工程建設要求。

四、結語

在高層建筑混凝土結構設計過程中，對其進行不斷的優化和完善有著至關重要的作用。在實踐的過程中，相關設計人員要充分把握客戶的具體需求，從實際出發，通過不斷的實踐和積累，提升自身的專業技術水平，從根本上有效做好高層建筑混凝土結構優化設計工作，使設計效果得到充分的優化，進一步提升整體結構的安全性、牢固性，以此使高層建筑呈現出應有的效益。

參考文獻：

[1]董良鳳.淺談高層建筑混凝土結構的優化設計[J].福建建筑，2018（1）：63-53.

[2]徐民彥.高層建筑轉換層結構的優化設計[J].安徽建筑，2018（3）：120-121.

作者簡介： 李洪亮，天津天咨拓維建筑設計有限公司。