高層住宅混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化分析

李之佩

【摘要】在社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷變化和發(fā)展的過程中，高層建筑施工項(xiàng)目的數(shù)量也越來越多，在高層建筑建設(shè)的過程中，最常見的就是混凝土結(jié)構(gòu)的施工，該結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性較強(qiáng)，強(qiáng)度比較大，在實(shí)際的建筑施工中具有十分重要的作用。但在混凝土高層設(shè)計(jì)的過程中，仍然存在一系列的問題，因此，對混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化就顯得尤為重要。

【關(guān)鍵詞】高層;住宅;混凝土;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);優(yōu)化

當(dāng)今社會(huì)，高層建筑已經(jīng)成為城市建筑施工的重要組成部分，在實(shí)際的建筑施工中，建筑的高度不斷增加，建筑的結(jié)構(gòu)也變得越來越復(fù)雜。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是中國建筑中的傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)形式，并且具有一定的優(yōu)勢，造價(jià)較低，結(jié)構(gòu)造型眾多，整體性效果也比較好，因此在各類建筑施工中得到廣泛的使用。對于高層建筑來說，要想提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，就必須加強(qiáng)對高層建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和改善，進(jìn)而提高建筑的安全性和舒適性，增強(qiáng)抗震能力，降低企業(yè)成本，從而提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1、結(jié)構(gòu)型式

（1）一般情況下，建筑的功能是建筑施工的基本要求，當(dāng)對該基本要求進(jìn)行設(shè)計(jì)施工的時(shí)候，應(yīng)該盡量減少使用轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)型式。當(dāng)前許多臨街高層住宅，底層大部分用來作為商業(yè)用房，結(jié)構(gòu)型式也大多是框剪結(jié)構(gòu)，為了滿足用戶對建筑空間的要求，一般采用優(yōu)化剪力墻與框架柱的方式來進(jìn)行布置，當(dāng)該方式仍滿足不了相關(guān)要求的時(shí)候，就可以考慮轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)[1]。

（2）對于建筑來說，當(dāng)對空間沒有特殊要求的情況下，一類高層住宅結(jié)構(gòu)型式一般要采用剪力墻結(jié)構(gòu)，這是由于剪力墻結(jié)構(gòu)的剛度比較大，在水平作用的抵抗方面更具優(yōu)勢，此外，對于高度相同的高層住宅來說，剪力墻結(jié)構(gòu)中的剪力墻邊緣構(gòu)件抗震等級與框剪結(jié)構(gòu)中剪力墻抗震等級相比，相對較低，可以大大減少鋼量的使用。在剪力墻結(jié)構(gòu)的施工中，可以選擇在合適的位置設(shè)置少量的框架柱，這樣可以大大降低造價(jià)。當(dāng)建筑進(jìn)行平面轉(zhuǎn)折太多的時(shí)候，其剛度比較大，自重也相對較大，在這樣的情況下，就需要使用少量的框架柱，用于代替剪力墻，這樣有利于降低工程成本，減少造價(jià)。對于二類高層來說，由于其高度不是太高，剪力墻結(jié)構(gòu)和框剪結(jié)構(gòu)都可以進(jìn)一步滿足其受力要求，工作人員需要在充分考慮的基礎(chǔ)上選擇合適的結(jié)構(gòu)。

（3）高層住宅應(yīng)盡量避免選用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，短肢剪力墻抗震性能差，在中大震作用下容易發(fā)生脆性破壞，因此，對短肢剪力墻提出了嚴(yán)格要求，包括提高縱筋配筋率、降低軸壓比、限制使用比例等，這些約束條件不利于降低造價(jià)，也不利于提高結(jié)構(gòu)的安全度。

對于高層建筑來說，應(yīng)該盡量避免使用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，這是因?yàn)樵摻Y(jié)構(gòu)的抗震性比較差，當(dāng)發(fā)生大型地震的時(shí)候，就會(huì)造成脆性破壞，所以，對于短肢剪力墻的使用，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)下對其提出了更高的要求，對比例進(jìn)行嚴(yán)格的限制，有效降低軸壓比等，但這些限制條件對于結(jié)構(gòu)的安全性來說，具有一定的影響，也不利于工程成本的降低。

2、高層住宅混凝土結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)和優(yōu)化建議

2.1設(shè)計(jì)過程優(yōu)化

對高層建筑進(jìn)行施工的過程中，需要在生命周期中擔(dān)負(fù)一定的雙向負(fù)載，但這就會(huì)對高層住宅的建筑質(zhì)量以及功能造成嚴(yán)重的影響，尤其是混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方面，所以，對于高層建筑中混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)施工中最重要的主體內(nèi)容應(yīng)該引起足夠的重視，要根據(jù)工程施工的實(shí)際情況，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，并做好設(shè)計(jì)圖紙和實(shí)際施工之間的協(xié)調(diào)工作，還需要對原設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行專業(yè)性的審核，針對問題提出建議[2]。但該方法也有一定的缺點(diǎn)，優(yōu)化的空間比較小，工作的工作量也會(huì)在無形中增加。

對設(shè)計(jì)過程進(jìn)行優(yōu)化，需要在項(xiàng)目方案的設(shè)計(jì)階段進(jìn)行，在方案設(shè)計(jì)的過程中，采用專業(yè)化和規(guī)模化的形式開展設(shè)計(jì)優(yōu)化工作。對于設(shè)計(jì)優(yōu)化成本也要進(jìn)行良好的控制和管理，要與設(shè)計(jì)人員進(jìn)行良好的溝通，提高技術(shù)論證的可靠性。設(shè)計(jì)過程優(yōu)化主要包括以下三個(gè)階段。

（1）對建筑方案進(jìn)行設(shè)計(jì)：對建筑方案要進(jìn)行結(jié)構(gòu)性的可行性分析，已經(jīng)確定好的建筑方案也要進(jìn)行方案分析，進(jìn)而對方案進(jìn)行有效的對比。

（2）對設(shè)計(jì)進(jìn)行初創(chuàng)：在對項(xiàng)目各個(gè)部分的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，做好相應(yīng)的技術(shù)分析報(bào)告，并經(jīng)由相關(guān)部門審核。但發(fā)現(xiàn)報(bào)告問題的情況下，部門要及時(shí)提出優(yōu)化意見，并要協(xié)助設(shè)計(jì)單位進(jìn)行完善[3]。

（3）對施工圖紙進(jìn)行設(shè)計(jì)：在對施工圖結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，需要向設(shè)計(jì)單位提供相應(yīng)的材料，例如，結(jié)構(gòu)的參數(shù)、計(jì)算的荷載等，在開始配筋的時(shí)候，也需要對結(jié)構(gòu)各部位的配筋原則進(jìn)行確定，各個(gè)部門之間要加強(qiáng)溝通和交流。

2.2優(yōu)化高層住宅混凝土結(jié)構(gòu)方案的建議

在對高層鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)施工的時(shí)候，為了進(jìn)一步使得結(jié)構(gòu)受力性能得到改善，增強(qiáng)建筑的穩(wěn)定性和可靠性：第一，要對施工材料進(jìn)行合理的選擇，盡量選擇強(qiáng)度較高的材料，由于高層住宅工程的質(zhì)量會(huì)受到混凝土和鋼筋等施工原材料的影響，一旦材料不合格，就會(huì)造成施工質(zhì)量受到威脅[4]。當(dāng)使用合理的高強(qiáng)度的材料時(shí)，可以進(jìn)一步改進(jìn)建筑構(gòu)件，還可以有效減輕建筑的整體質(zhì)量，提高材料的使用效率，避免資源的浪費(fèi)。另外，在一些地震易發(fā)區(qū)，使用強(qiáng)度高的混凝土和鋼筋，可以強(qiáng)化建筑的安全性， 提高建筑施工的有效性。第二，要進(jìn)一步擴(kuò)寬抗彎結(jié)構(gòu)體系，在對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)計(jì)算和分析的基礎(chǔ)上，保證其他因素保持不變，通過采取措施縮小側(cè)移比例。設(shè)計(jì)人員需要對抗彎結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行及時(shí)有效的擴(kuò)寬，進(jìn)而提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)強(qiáng)度。第三，要加強(qiáng)對住宅結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。住宅結(jié)構(gòu)平面的施工質(zhì)量會(huì)直接影響到高層住宅的整體性。一般情況下，住宅的結(jié)構(gòu)是呈規(guī)則的平面形狀，并且具有簡單性和對稱性的特點(diǎn)，這樣就可以有效簡化指標(biāo)的校核和檢驗(yàn)，還可以提高住宅各項(xiàng)功能的良好發(fā)揮。另外，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者也需要加強(qiáng)對建筑的檢查，避免不必要問題的出現(xiàn)[5]。

結(jié)語：

綜上所述，在對高層建筑進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)者要遵守相應(yīng)的設(shè)計(jì)原則，結(jié)合專業(yè)知識和實(shí)際情況，采用多元方式，提高建筑混凝土結(jié)構(gòu)的剛度，進(jìn)而為用戶提供更加優(yōu)良的居住環(huán)境。

參考文獻(xiàn)：

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[2]毛維帥.BIM技術(shù)下的預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法[J].綠色環(huán)保建材，2020（05）：88-89.

[3]何永強(qiáng).高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2020（14）：93-94.

[4]焦柯，吳桂廣，賈蘇，賴鴻立.高層混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法探討[J].建筑結(jié)構(gòu)，2016，46（21）：51-58+36.

[5]丁曉婷，陳宙穎，田軍倉.綠色建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2015，42（02）：33-37.