高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析研究

王利美

【摘要】高層建筑結(jié)構(gòu)日常使用過程中，不僅要承受外部載荷，還要承擔(dān)自身質(zhì)量及其他豎向載荷。而且，高層建筑會(huì)受到地震、風(fēng)等因素的影響，在進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要綜合考慮各種因素，結(jié)合建筑用途、結(jié)構(gòu)類型、抗震條件等要素開展結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)工作。

【關(guān)鍵詞】高層建筑工程;混凝土結(jié)構(gòu);優(yōu)化設(shè)計(jì)

【中圖分類號(hào)】TU973

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

高層建筑、超高層建筑是現(xiàn)代建筑體系的主要發(fā)展方向，建筑功能趨于多樣化，建筑結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，明顯提升了混凝土施工難度。相較于多層建筑，高層建筑對安全性、穩(wěn)定性的要求更加嚴(yán)格，混凝土施工過程中，除正確選擇施工工藝和方法，強(qiáng)化施工過程控制也是關(guān)鍵。高層建筑混凝土工程施工工藝和環(huán)節(jié)相對復(fù)雜，有必要對其工藝實(shí)施情況做總結(jié)性分析。

1、建筑工程施工中混凝土設(shè)計(jì)前提

在對高層建筑進(jìn)行混凝土設(shè)計(jì)前，需要進(jìn)行如下設(shè)計(jì)前提的改善，包括充分了解建筑混凝土結(jié)構(gòu)的構(gòu)造類型、了解混凝土設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)。

構(gòu)造類型：高層建筑的混凝土構(gòu)造類型，包括四種，分別包括混合結(jié)構(gòu)、墻體結(jié)構(gòu)、承重結(jié)構(gòu)、空間結(jié)構(gòu)。上述四種結(jié)構(gòu)，組成了完整的建筑，這四種結(jié)構(gòu)的連接效果，也直接影響了高層建筑的使用質(zhì)量、使用體驗(yàn)。尤其高層建筑之間差距較大，兩種建筑結(jié)構(gòu)的差異性也需要在設(shè)計(jì)階段即有較高的了解。

注意事項(xiàng)：高層建筑的混凝土結(jié)構(gòu)，存在一定的差異，因此在設(shè)計(jì)期間，需要注意不同的注意事項(xiàng)。高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)差異性差，在設(shè)計(jì)時(shí)，需要進(jìn)行有效的區(qū)分。此外，還需要保障混凝土的結(jié)構(gòu)中，高層建筑的混凝土結(jié)構(gòu)，對空間結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性。還要保障建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)合理性，并與實(shí)際施工環(huán)境相結(jié)合，促進(jìn)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)范與合理性。

2、高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)措施

2.1合理布置建筑平面結(jié)構(gòu)

高層建筑平面布局結(jié)構(gòu)會(huì)對建筑抗震性能產(chǎn)生較大影響，而抗震性能是所有建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須重點(diǎn)關(guān)注的基礎(chǔ)性工作。具體設(shè)計(jì)工作中，要按照高層建筑抗震設(shè)計(jì)原則、要求、標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行設(shè)計(jì)，關(guān)注混凝土結(jié)構(gòu)材料對建筑抗震性能的影響，根據(jù)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(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)、頂部塔樓結(jié)構(gòu)等要掌握其振型數(shù)，合理控制其大小，做好設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)核算，嚴(yán)格遵循標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范設(shè)計(jì)要求，遵循抗震設(shè)計(jì)理念開展工作，在滿足建筑建設(shè)要求的基礎(chǔ)上，盡量選擇規(guī)則性較強(qiáng)的平面結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提升高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的抗震性能。

2.2 關(guān)注薄弱層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作

高層建筑薄弱層的設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵。這主要是由于薄弱層會(huì)在外部強(qiáng)烈的地震作用下，出現(xiàn)屈服形變問題，給混凝土結(jié)構(gòu)帶來較為嚴(yán)重的安全影響。因此，在高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間需要對結(jié)構(gòu)薄弱層進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注，選擇有效的設(shè)計(jì)方法提升整體結(jié)構(gòu)安全性。若高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)豎向結(jié)構(gòu)剛度不連續(xù)，而樓層剛度比低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，就出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)薄弱層。此時(shí)，在設(shè)計(jì)過程中，需要借助放大調(diào)整系數(shù)調(diào)整結(jié)構(gòu)薄弱層的構(gòu)件設(shè)計(jì)，確保薄弱層安全標(biāo)準(zhǔn)滿足規(guī)范要求，提升整個(gè)高層建筑抗震能力。

2.3轉(zhuǎn)換層施工

高層建筑轉(zhuǎn)換層的混凝土澆筑體量較大，對強(qiáng)度要求嚴(yán)格，該施工過程的重點(diǎn)在于混凝土溫度裂縫的防控。（1）轉(zhuǎn)換梁、柱的交接處鋼筋排布密度大，給混凝土振搗作業(yè)帶來較大影響，在交接位置混凝土振搗時(shí)，需對振搗點(diǎn)及振搗范圍做合理調(diào)整，確保混凝土內(nèi)部振搗均勻，又要避免振搗棒與鋼筋發(fā)生碰撞。（2）轉(zhuǎn)換層混凝土施工采取分層下料、分層振搗的方式，要求嚴(yán)格把控澆筑層厚、振搗方式及速度，保證上下層混凝土緊密結(jié)合，避免因結(jié)合不良出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。（3）轉(zhuǎn)換層的混凝土結(jié)構(gòu)體積大、強(qiáng)度高，工程投入使用后易出現(xiàn)表面開裂問題，該問題可通過混凝土拌制過程中添加適量膨脹劑的方式解決。

2.4高層建筑防水隔熱施工要點(diǎn)

施工人員在進(jìn)行澆筑泡沫混凝土工作，混凝土澆筑前，應(yīng)做好濕水基層處理工作，確保混凝土和屋面基層黏結(jié)質(zhì)量。在完成澆筑混凝土工作以后，專業(yè)施工人員應(yīng)針對混凝土整體結(jié)構(gòu)坡度，做好處理找平工作，保證混凝土一次成型，避免對建筑屋面整體結(jié)構(gòu)質(zhì)量造成影響。

在進(jìn)行高層建筑細(xì)石澆筑混凝土工作時(shí)，需要工作人員在進(jìn)行混凝土澆筑之前，將水泥砂漿涂刷在泡沫混凝土結(jié)構(gòu)上，并且應(yīng)做好建筑屋面結(jié)構(gòu)預(yù)留部位，進(jìn)行安裝排水管理工作。在完成上述施工作業(yè)以后，工作人員應(yīng)進(jìn)行收光以及壓實(shí)工作，并且針對試塊采取、取樣工作，可以明確混凝土澆筑配比。在進(jìn)行高層建筑防水隔熱施工項(xiàng)目時(shí)，需要做好養(yǎng)護(hù)以及密封膠漿施工工作內(nèi)容。在進(jìn)行建筑工程防水屋面工程施工過程中，應(yīng)選擇LWJ密封膠漿為主的膠漿施工材料，完成注漿施工項(xiàng)目以后，可以逐漸完善收光工作以及密封膠漿工作內(nèi)容。

同時(shí)，需要充分注重濕水養(yǎng)護(hù)工作內(nèi)容，在進(jìn)行養(yǎng)護(hù)工作時(shí)，應(yīng)持續(xù)做好養(yǎng)護(hù)工作在七天以上。工作人員在開展LWJ油膏填充嵌縫工作時(shí)，工作人員應(yīng)注重施工清潔工作，做好這一個(gè)步驟，可以有效地提升工作質(zhì)量[6]。工作人員在進(jìn)行保護(hù)層纖維砂漿工作時(shí)，在開展制作纖維砂漿保護(hù)層工作時(shí)，應(yīng)做好配置工作內(nèi)容，保持在5～10mm厚度。在結(jié)束施工項(xiàng)目以后，施工人員應(yīng)做好養(yǎng)護(hù)濕水工作，工作人員應(yīng)嚴(yán)格的處理細(xì)節(jié)部位工作，有利于順利開展接下來的施工項(xiàng)目工作。

2.5高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

在高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員往往需要首先關(guān)注結(jié)構(gòu)體系的恰當(dāng)選擇，不同結(jié)構(gòu)體系表現(xiàn)出了不同的抗震性能機(jī)制，在后續(xù)具體抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)過程也需要針對性地處理。總的來看，為了較好地確保高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)具備較強(qiáng)抗震性能，需要確保建筑結(jié)構(gòu)平面布置相對規(guī)則，體現(xiàn)較強(qiáng)對稱性特點(diǎn)，豎向受力構(gòu)件能夠在整體結(jié)構(gòu)應(yīng)用上具備較為理想的傳力效果，避免存在較為嚴(yán)重的傳力間斷問題，如此也就可以較好提升其整體結(jié)構(gòu)抗震性能。

在高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中選擇結(jié)構(gòu)體系還需要考慮到抗側(cè)力構(gòu)件的有效連續(xù)布置。抗側(cè)力構(gòu)件往往在高層建筑結(jié)構(gòu)體系中發(fā)揮著重要抗震性能，應(yīng)該結(jié)合不同結(jié)構(gòu)區(qū)域的抗震需求，予以合理布置和運(yùn)用。比如在框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系應(yīng)用中，剪力墻構(gòu)件是主要的抗側(cè)力構(gòu)件，屬于第一道抗震防線，應(yīng)該從高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)的各個(gè)不同組成部分入手進(jìn)行深入分析，確保樓梯間、主體結(jié)構(gòu)、電梯間等都能夠得到有效兼顧，且剪力墻之間的間距應(yīng)該適宜合理，避免間距過大帶來嚴(yán)重威脅。此外，在剪力墻結(jié)構(gòu)的具體布置中，往往需要優(yōu)先設(shè)置為 L 型、T 型或者是 [ 型，進(jìn)而促使其具備更強(qiáng)的整體作用效果，抗震性能得到提高。針對不同結(jié)構(gòu)體系中的樓蓋也需要滿足構(gòu)造要求，確保樓蓋結(jié)構(gòu)整體性與豎向構(gòu)件協(xié)調(diào)有序，能夠作為水平隔板傳遞水平力，更好地提升高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震效果。

結(jié)語：

高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)體系較為復(fù)雜，其設(shè)計(jì)工作的經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)都有了較大發(fā)展。在此背景下，開展高層建筑混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要注重其布局，采取有效措施優(yōu)化其結(jié)構(gòu)平面狀況，選擇安全、合理的結(jié)構(gòu)類型，滿足高層建筑建設(shè)整體需求。

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