高層鋼筋混凝土建筑結構設計優化探究

宋建勛

（許昌電氣職業學院，河南 許昌 461000）

0 引言

當前高層建筑工社會經濟與科學技術的創新發展中，各個行業領域中的技術手段也獲得了全面革新，尤其是在建筑工程施工技術方面。當前人民生活質量的全面提升，其在居住生活方面的要求也愈加嚴格，要求高層建筑工程施工企業及時對結構進行分析與優化，確保其的施工質量與應用質量。文中對高層建筑工程中鋼混結構的設計原則進行闡釋，并且探析高層建筑工程鋼混結構設計中存在的問題，提出對設計方案進行優化的有效措施，希望能夠為相關工作者提供一些幫助。

1 高層建筑工程鋼混結構的設計原則

1.1 安全性

鋼混結構在現代建筑工程中被廣泛應用，尤其是高層建筑工程當中，為了確保高層建筑工程實際應用中的安全性，一定要嚴格遵照相關規定對高層建筑進行設計、規劃與施工建設，確保高層建筑工程的結構穩定性。無法確保高層建筑工程的未定性，就會對其安全性產生直接影響。安全性屬于是建筑工程的關鍵所在，確保鋼混結構的安全性，要對其使用年限規劃之內產生的諸多突發狀況進行有效應對。強化高層建筑于突發、偶發事件當中的穩定性與安全性，是高層建筑工程規劃設計中要高度重視的問題[1]。

1.2 適用性

高層建筑工程的實際施工中廣泛應用鋼筋混凝土，其質量會直接影響其實際功能，所以，要兼顧其安全性與適用性，遵照用戶訴求對鋼筋混凝土的功能性進行規劃設計，讓其滿足建筑功能的相關要求。鋼筋混凝土適用性和抗震、抗裂、抗變形性能等，能夠給用戶提供良好的舒適性。

1.3 耐久性

高層建筑工程的建設周期較長，其需要投入大量成本資金，鋼筋混凝土屬于是高層建筑工程中的主體部分，會對其使用壽命產生必然影響。為了能夠對資源進行有效節約，確保資源利用率，在設計高層建筑工程的鋼混結構時，要兼顧其的實用性與安全性，并且要強化提升其耐久性，確保高層建筑工程的使用年限，這是設計工作的關鍵內容。實際設計中強化提升高層建筑工程的功能性、連續性與穩定性，達成強化提升高層建筑工程耐久性的目標，延長高層建筑工程的使用壽命。

2 高層建筑工程鋼混結構設計方面存在的問題

2.1 結構體系方面

高層建筑工程的實際設計中，要確保其鋼混結構體系的穩定性，也就是說高層建筑工程地基處在穩定狀態中，可對其外觀進行美化設計，確保其變形限制處在規定范圍以內，優化其的剛度。轉換層方面之前的剛度比公式要轉變成上下層轉角比值。實際設計中如果水平加強層側向剛度進行了強化，那么外柱剪力需要同時進行強化，設計工作者實際設計中一定要對安全因素進行全面考量。如果產生了層間、頂點位移等，要及時進行妥善處理[2]。

2.2 短肢剪力墻設置方面

剪力墻屬于是高層建筑工程的主體荷載單位，其能夠確保建筑物的抗震性與穩定性，基于短肢剪力墻的實際應用，能夠對高層建筑的鋼混結構進行有效保證，可是在實際應用中在數量方面要進行嚴格要求。通常來講，短肢剪力墻的截面厚度不能夠超過300mm，高度與厚度的比值區間為4～8。因為短肢剪力墻后續作業中難以進行有效處理，設計工作者不僅要確保建筑工程滿足抗震性的相關要求，同時要降低結構應用的數量。

2.3 結構超高方面

因為全球范圍內頻繁爆出自然災害相關問題，人們在建筑工程抗震性能方面提出了更為嚴格的要求。新標準內容中，把原來對高度的約束內容設為A級，額外添加了B級高度。所以，在規劃設計高層建筑工程結構的時候，要求嚴格依據相關規定予以劃分，不可以超過其的規定范圍。建筑物如果屬于是B級建筑，實際操控中要嚴格依據B級建筑的范圍來實施，不能夠超過規定范圍，一旦在實際施工中超過了規定范圍，要重新進行設定，否則其會對高層建筑物的抗震性能產生嚴重影響。為了確保高層建筑物的抗震性能，要對高層建筑物的高度進行嚴格管控，如果高層建筑工程的鋼混結構高度設計超標，其會對建筑物抗震性產生嚴重影響。高度不同的鋼混結構，其設計的規范要求也不同，鋼混結構的高度產生變化，特別是超高問題的實際存在，要求相關工作者及時地進行重新設計。

3 優化高層建筑鋼混結構設計方案的有效措施

3.1 優化高層建筑結構的周期性折減系數

高層建筑工程的框架結構當中，如果選擇應用了輕質墻板，其折減系數為0.9，如果選擇了少量墻體與砌體，核算周期的折減系數區間為0.7～0.8，如果墻體是砌體，那么核算周期的折減系數處于0.6～0.7之間，在對頂蓋、框架進行規劃設計的時候，因為填充墻實際應用中的剛度低于結構實際剛度，會產生核算周期小于實際周期的情況，致使建筑結構不安全的因素出現，所以設計相關工作者在核算建筑物結構的時候，要合理折減其的核算周期，對高層建筑工程的功能進行有效改善[3]。

3.2 優化高層建筑工程鋼混結構的抗震性能

高層建筑工程鋼混結構的抗震性能屬于是設計工作中的關鍵性因素，要求予以高度重視，在規劃高層建筑工程的時候，房屋類別劃分依據就是抗震性能，抗震性能遵照建筑工程高度、結構進行類別劃分，高層建筑工程的結構剛度周邊系數較大、樓層較多，則要對振型數進行合理提取。建筑頂部存在小塔樓或者是變換層，建筑振型數參數數值大于12，振型總數需要管控在樓層數量的三倍以內，持續強化高層建筑工程的抗震性能，才能夠確保建筑工程的安全性與穩定性。

3.3 優化提升高層建筑工程的耐久性

高層建筑工程的設計規劃工作中，工作者重視對其結構的優化，使用最為合理的方案進行規劃設計，建筑工程本身的耐久性卻容易被忽視，規劃設計工作者通常并未意識到建筑物結構的耐久性問題，所以，規劃年限中要確保用戶所有訴求都能夠獲得滿足。所以，實際設計中，要注重耐久性相關問題。實操過程當中，因為建筑物外在條件較為復雜，比如天氣、溫度、濕度的動態變化等，其都會對高層建筑工程的可靠性產生影響，所以規劃設計工作者在面對建筑物使用要求、經濟要求與技術要求矛盾問題時，一定要強化提升高層建筑物本身的耐久性，以此確保建筑物的整體質量與經濟效益。

3.4 優化對高強鋼筋、混凝土方面的規劃設計

在高層建筑工程的實際施工中，對高強混凝土、鋼筋進行合理應用，減少建筑工程的造價以及設備運行成本等。高層建筑工程的總造價中包含施工費、框架結構物料費以及資料費等，而鋼筋使用量會對建筑工程造價產生影響，所以為了能夠減少建筑工程的總體造價，可在合理范圍之內適當減少建筑工程的鋼筋使用量，在條件允許的前提下使用高強鋼筋、混凝土（混凝土耐久性要求的強度等級如表1所示），以此來減少施工建設成本資金投入。如果高層建筑工程項目的地基是厚軟類型，因為建筑和地基的荷載比較大，可對高強鋼筋、混凝土進行合理應用，實現對構建橫截面進行優化的目標，不僅能夠減少設備的施工難度，更能節省一定數量的造價[4]。

表1 混凝土耐久性要求的強度等級表

3.5 優化高層建筑工程框架梁方面的設計

在設計高層建筑工程的鋼混結構時，要對剪力墻與框架柱之間的框架梁進行合理處理。高層建筑工程的截面設計方案中，如果豎向的變形差較大，其會致使剪力墻與框架柱連接框架梁之間產生超筋問題，其會對框架梁的截面設計方面產生影響。對于此類問題，實際上有兩種進行解決的對策，即對鋼混結構軸壓比進行合理優化，或者基于其他計算方式進行合理計算。

4 結語

由于鋼混結構的剛度更強，其位移小且整體性能優異，讓其變成建筑工程施工建設中極為關鍵的一項材料。現代建筑工程規劃設計的重難點就是要讓其具備經濟性與合理性。高層建筑工程的鋼混結構設計較為復雜，如果產生了差錯，會產生很多質量問題，所以在設計高層建筑工程鋼混結構的時候，一定要基于認真、全面的分析與計算，確保高層建筑工程的整體施工質量。