高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探究

摘要：在進(jìn)行高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的過程中，相關(guān)設(shè)計(jì)工作人員應(yīng)該在通過準(zhǔn)確的計(jì)算以及合理的分析論證，在保證滿足建筑耐久性能以及安全性能相關(guān)要求的基礎(chǔ)上，盡可能的降低建筑的成本投資，有效提高建筑單位的經(jīng)濟(jì)效益。為此，本文在結(jié)合實(shí)際案例的基礎(chǔ)上，對高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作進(jìn)行了相關(guān)探究，希望能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)人員提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：高層建筑;混凝土結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì)

1 引言

在我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展進(jìn)步的時(shí)代背景下，我國高層建筑事業(yè)也獲得了大幅度的發(fā)展。與普通的建筑類型相比較而言，高層建筑的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性更高，因而其設(shè)計(jì)工作也具有比較大的難度，對于高層建筑所具有的側(cè)向位移比較快的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)工作的時(shí)候必須在綜合考慮建筑結(jié)構(gòu)以及周圍環(huán)境等實(shí)際情況的基礎(chǔ)上不斷完善設(shè)計(jì)的方案，既要保證高層建筑的強(qiáng)度，還要確保其剛度滿足相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)要求，為高層建筑的整體性能提供可靠的保障，有效延長高層建筑的使用時(shí)間。為此，本文在結(jié)合高層建筑實(shí)際案例的基礎(chǔ)上對高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作進(jìn)行了相關(guān)探討，以期能夠?yàn)楹罄m(xù)相關(guān)工作的開展提供一定的參考。

2 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中的關(guān)鍵點(diǎn)分析

對于高層建筑來說，其在生命周期之內(nèi)不僅需要承受水平方向上的荷載，還需要承受豎向上的荷載，也就是說，混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量會(huì)對高層建筑的整體建設(shè)質(zhì)量產(chǎn)生直接的影響，為此，我們必須加強(qiáng)對高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)中容易出現(xiàn)問題重點(diǎn)內(nèi)容的重視程度。

結(jié)合某32層高的商務(wù)辦公樓設(shè)計(jì)工作，經(jīng)過分析統(tǒng)計(jì)可以發(fā)現(xiàn)高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中的關(guān)鍵點(diǎn)主要包括以下幾方面：首先，要在設(shè)計(jì)工作中選擇最優(yōu)化的混凝土結(jié)構(gòu)形式;其次，要加強(qiáng)對混凝土結(jié)構(gòu)整體布局和造型的關(guān)注;接下來，要進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對構(gòu)建截面的優(yōu)化目的;最后，合理設(shè)置建筑的沉降縫以及轉(zhuǎn)換層。

2.1 在設(shè)計(jì)工作中選擇最優(yōu)化的混凝土結(jié)構(gòu)形式

設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的時(shí)候，必須以高層建筑的實(shí)際情況作為主要依據(jù)選擇恰當(dāng)?shù)幕炷两Y(jié)構(gòu)，當(dāng)前我國混凝土結(jié)構(gòu)類型主要有以下幾種：第一種是框架結(jié)構(gòu)，適用于高度在60米以內(nèi)的建筑;第二種是框剪結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)適用于高度在120米以內(nèi)的建筑;第三種是剪力墻結(jié)構(gòu);第四種是筒體結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于高度在150米以上的超高層建筑中。本建筑的建筑高度為112.40米，因此所采用的結(jié)構(gòu)形式為框剪結(jié)構(gòu)，塔樓的豎向構(gòu)件布置如圖一所示。

2.2 要加強(qiáng)對混凝土結(jié)構(gòu)整體布局和造型的關(guān)注

這就需要相關(guān)設(shè)計(jì)工作人員能夠充分發(fā)揮自己的專業(yè)技能，保證建筑結(jié)構(gòu)在滿足使用性、安全穩(wěn)定性以及外觀美觀的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對建筑結(jié)構(gòu)布局的有效優(yōu)化，避免建筑結(jié)構(gòu)存在薄弱環(huán)節(jié)，保證建筑結(jié)構(gòu)具有良好的規(guī)則性，符合相關(guān)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.3 要進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對構(gòu)建截面的優(yōu)化目的

設(shè)計(jì)工作人員應(yīng)該在保證建筑結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)安全性能的同時(shí)，盡可能的選擇性價(jià)比比較高的構(gòu)件截面，在保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全性能符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，有效降低建筑工程的成本，保障建筑施工單位的經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)建筑工程的長遠(yuǎn)發(fā)展。

2.4 合理設(shè)置建筑的沉降縫

設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行高層建筑設(shè)計(jì)工作的時(shí)候，應(yīng)該根據(jù)建筑當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況合理設(shè)置建筑的沉降縫，主要是因?yàn)槿绻噜彽膬蓚€(gè)建筑之間存在比較明顯的高度差異，那么將會(huì)導(dǎo)致地基承載變形的問題。本項(xiàng)目在塔樓與商業(yè)之間設(shè)置了沉降縫，避免因沉降不均勻?qū)е碌慕Y(jié)構(gòu)問題。除此之外，如果建筑的結(jié)構(gòu)是轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的話，相關(guān)設(shè)計(jì)工作人員就需要在下述兩個(gè)部位之間的交接部位合理設(shè)置轉(zhuǎn)換層：其一是下部框架結(jié)構(gòu);其二是上部剪力墻，并且為預(yù)防出現(xiàn)承載力突然改變的問題該可以采取其他類型的加固措施，有效保障建筑的整體質(zhì)量。

3 進(jìn)一步優(yōu)化高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的相關(guān)措施

結(jié)合本位所引用的高層建筑設(shè)計(jì)方案，可以知道在實(shí)際設(shè)計(jì)高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的時(shí)候，相關(guān)設(shè)計(jì)工作人員可以在結(jié)合建筑實(shí)際情況的基礎(chǔ)上，通過采取下述措施實(shí)現(xiàn)對建筑結(jié)構(gòu)受力性能的合理改善，保證建筑結(jié)構(gòu)在使用過程中的穩(wěn)定性和安全性：首先，要在設(shè)計(jì)高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的工作過程中選擇具有比較高強(qiáng)度性能的施工材料;其次，合理增加抗彎結(jié)構(gòu)體系的有效寬度;最后，進(jìn)一步優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的平面質(zhì)量。

3.1 在高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中選擇具有比較高強(qiáng)度性能的施工材料

對于高層建筑而言，其所使用的建筑原材料主要包括混凝土以及鋼筋等，這些建筑原材料的質(zhì)量將會(huì)對高層建筑的整體建設(shè)質(zhì)量產(chǎn)生直接影響，并且建筑原材料的價(jià)格也會(huì)對施工單位的經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生一定的影響，因此必須在保證建筑材料具有建筑建設(shè)所需要性能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對建筑材料成本的有效控制。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中選用具有比較高強(qiáng)度性能的原材料，不僅能夠在很大程度上降低建筑的重量，還能夠在一定程度哈?？s減使用構(gòu)件的尺寸大小，實(shí)現(xiàn)對材料成本的有效管控，此外，還能夠有效保證人們在使用建筑過程中的安全性。

3.2 合理增加抗彎結(jié)構(gòu)體系的有效寬度

根據(jù)相關(guān)計(jì)算結(jié)果可以知道，如果其他條件都不發(fā)生變化，只有抗彎結(jié)構(gòu)體系的有效寬度發(fā)生增加，那么建筑的側(cè)移將會(huì)發(fā)生一定比例減小，比例大小是寬度增加的三次方。也就是說，合理增加抗彎結(jié)構(gòu)體系的有效寬度能夠有效增大抵抗力臂，進(jìn)而在一定程度上減小抗傾覆力，進(jìn)而達(dá)到提高建筑結(jié)構(gòu)所具有的抗側(cè)剛度目的。因此，設(shè)計(jì)工作人員可以根據(jù)實(shí)際情況，合理增加抗彎結(jié)構(gòu)體系的有效寬度。

3.3 進(jìn)一步優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的平面質(zhì)量

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中，對于建筑結(jié)構(gòu)平面的設(shè)計(jì)是其中十分重要的工作內(nèi)容之一，其設(shè)計(jì)質(zhì)量與建筑的整體性能有著直接的聯(lián)系。通常情況下，建筑結(jié)構(gòu)平面不僅具有規(guī)則性，而且還同時(shí)具有簡單性以及對稱性你的歌特點(diǎn)，這戲特點(diǎn)使得其各項(xiàng)指標(biāo)的校核和檢驗(yàn)工作都比較簡單，并且還能夠平均分布建筑結(jié)構(gòu)所承受的承載力以及剛度等，保證建筑結(jié)構(gòu)各項(xiàng)功能的正常發(fā)揮。與此同時(shí)，為避免建筑出現(xiàn)局部突變的情況，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)該盡量減少施工縫的設(shè)置數(shù)量。

3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中選擇合理的倒塌機(jī)制

如果在高層建筑中出現(xiàn)了塑性鉸，那么在這種情況下整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)就相當(dāng)于成為了一個(gè)機(jī)構(gòu)，通常情況下機(jī)構(gòu)是不能夠穩(wěn)定承受外部荷載作用的，因而高層建筑就會(huì)失去其原有的承載能力，進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)生建筑的變形問題，嚴(yán)重的時(shí)候還會(huì)發(fā)生建筑的倒塌問題。為有效避免此類問題的發(fā)生，保證建筑結(jié)構(gòu)承載能力的穩(wěn)定，其在發(fā)生變形的時(shí)候不至于出現(xiàn)倒塌事故，相關(guān)設(shè)計(jì)工作人員就需要根據(jù)高層建筑的具體結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對塑性鉸等倒塌機(jī)制的科學(xué)安排和設(shè)置。

4 結(jié)語

綜上可知，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作質(zhì)量與建筑整體質(zhì)量有著十分密切的聯(lián)系，因此，相關(guān)設(shè)計(jì)工作人員必須加強(qiáng)對高層混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的重視程度，并通過選擇具有比較高強(qiáng)度性能的施工材料、合理增加抗彎結(jié)構(gòu)體系的有效寬度、進(jìn)一步優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)的平面質(zhì)量以及選擇合理的倒塌機(jī)制等措施有效提高建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工作質(zhì)量，推動(dòng)建筑事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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作者簡介：歐曄（1989-），本科，女，工程師，主要在從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。