高層建筑混凝土結構優化設計分析研究

郭亮 華東建筑設計研究院有限公司安徽分公司

隨著我國城市化進程的逐步加快，為滿足城市空間的利用效率，高層建筑成為新時期建筑工程建設的主流趨勢。然而受建筑自身規模及質量等方面的影響，高層建筑對于混凝土結構的安全穩定性有著嚴格的技術標準和要求，由此強化混凝土結構的優化設計受到了專業人士的高度重視與關注。筆者結合自身工作經驗，就高層建筑混凝土結構優化設計提出個人見解和建議，以期能夠為相關領域從業者提供必要的參考和幫助。

一、高層建筑混凝土結構設計優化的重要性

眾所周知，高層建筑是一項大型工程項目，因此對于工程設計工作有著十分嚴格的標準和要求。混凝土結構是高層建筑的基礎和支撐，其設計工作的科學性與合理性對于建筑工程建設質量有著決定性影響。從專業角度來看，對高層建筑混凝土結構進行優化設計具有以下幾方面價值和作業：（1）提高混凝土結構穩定性。近年來，受客觀環境因素的影響，我國建筑高度越來越高，因此對混凝土結構穩定性提出了更高的要求，而通過對其進行優化設計則能夠最大程度上提高工程主體結構的安全穩定性，進而滿足高層建筑建設需求。（2）提高建筑經濟效益。高層建筑建設需要投入大量的人力物力，而對混凝土結構的優化設計工作能夠在提高設計科學合理性的基礎上降低人力物力等方面的投入，從而在強化工程質量的基礎上提高其經濟效益。

二、高層混凝土結構優化設計的原則

（一）安全性原則

對于建筑工程而言，安全性永遠是相關設計工作的首要原則，混凝土結構優化設計更是如此。在對高層建筑混凝土結構進行優化設計時，首先要對混凝土結構的安全穩定性給予充分考慮，其根源在于建筑層數越多，混凝土結構安全性要求也隨之提升。這里要求技術人員就高層建筑建設規模對于混凝土結構安全性進行科學分析與計算，并按照相關標準和要求進行優化設計，從而全面提高混凝土結構設計的安全性與穩定性。

（二）適用性原則

近年來，隨著我國社會經濟發展水平的不斷提升，高層建筑已廣泛運用于商業樓、辦公樓及居民樓等不同類型建筑項目中。然而從專業角度來看，不同類型的建筑項目對于混凝土結構有著各自的需求和特征，因此在進行高層建筑混凝土結構優化設計時還要遵循適用性原則。這里要求設計人員能夠根據高層建筑具體的功能和用戶需求進行針對性的優化設計，從而使其在空間布局、服務功能等方面符合建筑自身的建設需求。

（三）可靠性原則

所謂可靠性原則，主要是指建筑混凝土結構設計的科學性與合理性。由于高層建筑建設難度大、資金投入高，因此在使用壽命方面有著相對較高的建設要求。而作為覺得高層建筑建設質量的重要影響因素，混凝土結構設計水平又受到材料、技術以及施工工藝水平等方面的制約。為此，在進行高層建筑混凝土結構優化設計時，還要遵循可靠性原則對于上述各方面要素進行科學合理的優化設計，從而全面提高建筑工程的建設水平與質量。

三、高層建筑混凝土結構的優化設計途徑

（一）建筑平面結構的優化布置

建筑平面結構是混凝土結構設計的重要內容之一，并且對于建筑工程整體的抗震性有著深遠影響，因此對高層建筑平面結構的優化布置應受到充分重視和關注。在進行優化設計時，應該立足于高層建筑相關抗震設計的原則、要求及標準等內容加以開展，特別是建筑平面結構設計必須符合工程抗震等級要求。一般情況下，對稱、規則和簡單的平面結構抗震性能更加理想，但當遇到多塔結構或頂部塔樓結構時，則應當對平面結構進行精密計算，以確保混凝土結構的整體抗震性符合工程建設要求。

（二）合理選擇抗側力結構形式

在高層建筑混凝土結構優化設計中，抗側力結構選擇同樣是一個值得高度關注的設計內容。目前，我國高層建筑中常見的抗側力結構形式有框架結構、剪力墻結構及框筒結構等，而做好其科學合理應用則有助于提高高層建筑結構的安全性與穩定性。一般情況下，建筑高度相對較低（小于50m）且內部空間標準要求較高時，多采用框架結構。而當建筑高度達到100m 左右時，則需要采用剪力墻結構來提高建筑結構的安全穩定性。

（三）建筑基礎類型的優化設計

從工程學角度來看，建筑工程高度越高，對于基礎質量要求也隨之提升。現階段，高層建筑無論在樓層數量還是工程規模上，均實現了大幅增長，因此對于基礎工程建設有了更高的質量要求。在此背景下，在進行高層建筑混凝土結構設計時，還要給予工程項目的具體情形選擇科學合理的工程基礎類型。首先，當高層建筑層數較少，且地質條件相對良好的情況下，可選擇獨立基礎或條形基礎進行設計和建設，如此既能夠保障混凝土機構穩定性，同時還能夠有效降低建設成本。其次，當建筑工程層數較多，且地質條件較差時，則需要采用樁基礎。最后，筏板類型的混凝土基礎主要應用于地質條件良好的超高層建筑中，此基礎類型能確保混凝土結構與下部持力層之間有著理想的承載關系。

（四）轉換層結構方面的優化設計

在高層建筑中，處于底部的數層樓層對于空間方面往往有著多種的標準和要求，為此要想提高混凝土結構的安全性與穩定性還需要做好轉換層方面的優化設計。首先，設計人員在進行優化設計時需要對轉換層上下豎向結構設置的科學性給予高度重視，并控制落地剪力墻百分比及豎向結構構件剛度突變等方面內容。其次，當涉及到轉換層上下兩部分結構剛度時，則需要對其進行嚴格把控，從而確保高層建筑混凝土結構的位移比、剛度比等達到相關技術標準。