杜海雷

摘?要： 高層建筑是城市發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物，它不僅為人們擋風(fēng)遮雨，也是人們?nèi)粘Ｉ畹闹匾M成部分。在人類的建筑發(fā)展過程中，建筑造型越來越多元化，建筑的功能也越來越人性化。如何更好地實(shí)現(xiàn)建筑師的高層建筑設(shè)計(jì)意圖，是結(jié)構(gòu)工程師在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化中需解決的關(guān)鍵問題。

關(guān)鍵詞： 高層建筑;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?????【文章編號(hào)】1674-3733（2020）23-0055-02

1?高層建筑結(jié)構(gòu)形式

高層建筑結(jié)構(gòu)主要有以下幾種形式：（1）框架結(jié)構(gòu)形式。這一種結(jié)構(gòu)，在空間布局上十分靈活，建筑內(nèi)部空間比較大，底層空間的實(shí)用性比較強(qiáng)，而且在設(shè)計(jì)上操作較為便捷。但這種結(jié)構(gòu)形式的不足之處在于框架柱的截面面積比較大，而且在柱位置會(huì)突出墻體，會(huì)影響高層建筑戶型的實(shí)際實(shí)用面積，不利于提高高層建筑空間利用率，同時(shí)會(huì)影響住戶的家具布置，降低住戶的使用感受。（2）異形柱框架結(jié)構(gòu)形式。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與框架結(jié)構(gòu)比較類似，異形柱的寬度和墻體的厚度保持一致，能夠有效布置室內(nèi)的空間布局，但其缺點(diǎn)在于其抗震性較差，適用高度低，不適用于高層建筑。（3）框架剪力墻結(jié)構(gòu)形式。這一種結(jié)構(gòu)多適用于高層建筑中，其豎向荷載主要由框架柱承擔(dān)，因此能夠隨建筑功能要求靈活布置，便于實(shí)現(xiàn)大空間、大柱跨的建筑要求;水平荷載荷載主要由剪力墻承擔(dān)，同時(shí)剪力墻也承擔(dān)一部分豎向荷載。通常在一些商業(yè)建筑，或是有商業(yè)空間要求的建筑中使用較好，其缺點(diǎn)在于框架柱截面較大，對(duì)建筑建筑的使用有較大的影響。（4）剪力墻結(jié)構(gòu)形式。這一結(jié)構(gòu)主要是根據(jù)建筑的平面布置，來合理布置鋼筋混凝土剪力墻，由于其不存在外露柱子，能夠提高室內(nèi)空間的利用率，而且也較易滿足建筑建筑的平面使用要求，但其不足之處在于剪力墻結(jié)構(gòu)的剛度較大，對(duì)地震的反應(yīng)比較強(qiáng)烈，而且剪力墻體自身較重，若是在設(shè)計(jì)上存在不合理之處，將會(huì)導(dǎo)致材料使用量的較大增加。（5）短肢剪力墻結(jié)構(gòu)形式。這一結(jié)構(gòu)屬于剪力墻的一種，在布置上較為靈活，與剪力墻結(jié)構(gòu)的功能性差不多，但是其適用范圍有限，只有在非地震區(qū)，或是地震烈度不高的地區(qū)，才會(huì)有更好的經(jīng)濟(jì)性。

2?高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本原則

2.1?從根本上有效滿足高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的功能要求

在針對(duì)高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中，要充分確保相應(yīng)的功能要求得到充分的滿足，這是基本原則。對(duì)功能的要求，主要體現(xiàn)在以下方面：首先，充分確保整體結(jié)構(gòu)的安全性，這在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中是必須著重考慮的首要問題，要確保在全生命周期內(nèi)可以有效抵抗各種外來因素的影響和干擾，與此同時(shí)，在偶然因素出現(xiàn)的時(shí)候以及結(jié)束后，確保整體混凝土結(jié)構(gòu)更安全穩(wěn)定，可以經(jīng)受外力的影響而始終保持應(yīng)有的性能和質(zhì)量。其次，要確保高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的適用性全面增強(qiáng)，使整體結(jié)構(gòu)在既定的全生命周期內(nèi)充分滿足使用性要求，經(jīng)過時(shí)間的積累，整體結(jié)構(gòu)的變形程度、墻體裂縫等相關(guān)性能都可以保持在優(yōu)良的狀態(tài)，具備應(yīng)有的安全性和穩(wěn)定性，不會(huì)超過限定標(biāo)準(zhǔn)。最后，要以充分確保混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性顯著增強(qiáng)為基準(zhǔn)，使整體結(jié)構(gòu)在既定的范圍內(nèi)不會(huì)削弱其耐久性，符合相對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)要求和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，從根本上有效規(guī)避結(jié)構(gòu)因?yàn)橥饨缫蛩氐挠绊懚霈F(xiàn)嚴(yán)重的腐蝕問題等等。

2.2?從根本上有效提升高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的可靠性

高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的可靠性主要指的是，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)能夠在標(biāo)準(zhǔn)的條件和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，充分呈現(xiàn)出應(yīng)該具備的預(yù)定功能和相關(guān)性能，該可靠性體現(xiàn)在高層建筑在具體年限范圍內(nèi)滿足相對(duì)應(yīng)的使用需求，通過相對(duì)應(yīng)的技術(shù)手段進(jìn)行加固處理和翻新，仍然可以使此類高層建筑有效應(yīng)用并呈現(xiàn)出應(yīng)有的價(jià)值。

3?高層混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

3.1?合理布置平面結(jié)構(gòu)

對(duì)于高層建筑來說，其平面布局結(jié)構(gòu)的設(shè)置將會(huì)影響建筑的穩(wěn)定性，進(jìn)而影響建筑的抗震性能，而建筑的抗震性能是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最為重要的一點(diǎn)。技術(shù)人員在開展具體的設(shè)計(jì)工作時(shí)，應(yīng)該嚴(yán)格遵守高層建筑抗震設(shè)計(jì)的規(guī)范與原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)注意使用材料對(duì)建筑抗震性的影響，最后很久建筑的樓層和高度要求合理選擇抗震等級(jí)。通常情況下，使用簡單對(duì)稱的建筑結(jié)構(gòu)能夠有效提升建筑整體的抗震性能，同時(shí)還能夠消耗地震釋放的部分能量，緩解地震對(duì)建筑物的影響和破壞效應(yīng)。次，對(duì)于不規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)、多塔結(jié)構(gòu)以及頂部塔樓結(jié)構(gòu)等，技術(shù)人員還應(yīng)該注意掌握建筑的振型數(shù)，進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算，在滿足建筑設(shè)計(jì)需求的同時(shí)提升高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的抗震性和穩(wěn)定性。

3.2?充分考慮建設(shè)要求

由于高層建筑需要承受的自重壓力較大，因此在進(jìn)行結(jié)構(gòu)類型選擇的時(shí)候技術(shù)人員還應(yīng)該充分考慮施工區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境、水文情況，進(jìn)而形成科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。除此之外，高層建筑結(jié)構(gòu)的類型還會(huì)對(duì)建筑的安全施工以及成本產(chǎn)生直接的影響，因此技術(shù)人員應(yīng)該重視建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度對(duì)待自己的工作。如果建筑工程的層高較低，并且其建設(shè)區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境條件比較穩(wěn)定，就可以考慮選擇獨(dú)立基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)與條形基礎(chǔ)結(jié)構(gòu);如果建筑的層數(shù)較多，且施工區(qū)域存在較大的地質(zhì)問題，那么最好選擇樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu);如果建筑的層數(shù)較多，且施工區(qū)域內(nèi)地質(zhì)條件較為優(yōu)越的話，可以使用混凝土基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，提升建筑整體的穩(wěn)定性和承載能力。

3.3?重視薄弱層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

對(duì)于高層建筑來說，其薄弱層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是非常關(guān)鍵。因?yàn)楸∪鯇雍苋菀资艿酵饨缫蛩氐挠绊懀绕涫鞘艿綇?qiáng)烈的地震作用后很容易出現(xiàn)形變的問題，從而給高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)帶來嚴(yán)重的影響。因此，技術(shù)人員在進(jìn)行高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注建筑的薄弱層結(jié)構(gòu)，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化提高整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。如果高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)豎向結(jié)構(gòu)剛度不連續(xù)的現(xiàn)象，且樓層剛度數(shù)值低于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，就形成了結(jié)構(gòu)薄弱層。為了提高薄弱層的功能性，技術(shù)人員需要在設(shè)計(jì)的過程中調(diào)整其構(gòu)件設(shè)計(jì)，滿足安全標(biāo)準(zhǔn)的要求，提高高層建筑物的抗震性。

3.4?做好性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作

一般情況下，高層建筑領(lǐng)域中，混凝土結(jié)構(gòu)的性能非常重要，應(yīng)該結(jié)合整體建筑工程的特點(diǎn)，全面考慮相關(guān)的性能特點(diǎn)，保證可以有效完成各方面優(yōu)化設(shè)計(jì)工作任務(wù)。在優(yōu)化

設(shè)計(jì)相關(guān)結(jié)構(gòu)性能的工作中，首先應(yīng)該注重概念的分析和研究，用來規(guī)范相關(guān)的設(shè)計(jì)工作，提升結(jié)構(gòu)剛性水平、承載能力，確保設(shè)計(jì)工作的高效性實(shí)施。其次，應(yīng)該預(yù)防有不規(guī)則設(shè)計(jì)的問題，尤其在剛性設(shè)計(jì)的工作中，應(yīng)該保證整體結(jié)構(gòu)的實(shí)用性，這樣才可以保證混凝土結(jié)構(gòu)的運(yùn)行效果。具體的設(shè)計(jì)工作中應(yīng)該總結(jié)豐富經(jīng)驗(yàn)，樹立正確觀念，有效開展相關(guān)的設(shè)計(jì)工作和指導(dǎo)工作，提升整體的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)質(zhì)量。最后，在設(shè)計(jì)工作中必須要按照簡化性的工作要求，規(guī)范相關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式，根據(jù)具體的規(guī)則、要求等執(zhí)行任務(wù)，以免有設(shè)計(jì)過度的問題發(fā)生。

3.5?剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

通常情況下，剪力墻結(jié)構(gòu)是混凝土中的主要部分，也屬于高層建筑工程中重要的項(xiàng)目，在實(shí)際工作中應(yīng)該遵循優(yōu)化設(shè)計(jì)的原則，不斷提升各方面設(shè)計(jì)工作效果。首先，在平面設(shè)計(jì)的工作中，為保證整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和強(qiáng)度，形成基礎(chǔ)性的結(jié)構(gòu)形式，應(yīng)該保證布置點(diǎn)的均勻性，集中設(shè)計(jì)樓體和電梯受力復(fù)雜的部分，保證相關(guān)結(jié)構(gòu)的安全性，在設(shè)計(jì)期間應(yīng)該注意，必須要個(gè)預(yù)防剪力墻出現(xiàn)間隔的問題，以免有恒載過高的現(xiàn)象。其次，應(yīng)該做好簡化設(shè)計(jì)的工作，遵循具體的工作要點(diǎn)，利用墻肢結(jié)構(gòu)嚴(yán)格控制相關(guān)的剪力墻剛度，不可以比規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)低，滿足剛度的相關(guān)設(shè)計(jì)要求。最后，在實(shí)際工作中為有效預(yù)防短肢剪力墻受到干擾性影響，不可以使用全短肢的設(shè)計(jì)方案，應(yīng)該保證各方面工作質(zhì)量，滿足當(dāng)前的時(shí)代發(fā)展需求。

3.6?抗震方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)

具體的工作中應(yīng)該注重抗震性能，按照混凝土結(jié)構(gòu)性能特點(diǎn)，合理設(shè)計(jì)抗震級(jí)別，滿足當(dāng)前的優(yōu)化處理要求。要求設(shè)計(jì)工作人員在高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)過程中，優(yōu)化筒體部分的設(shè)計(jì)模式，尤其注重改善延性與承載能力，提升各方面的優(yōu)化處理效果，滿足對(duì)抗震性能方面的要求。首先，設(shè)計(jì)人員在實(shí)際工作中，應(yīng)該注重衍架的處理，提升外部結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，保證外延性能可以滿足標(biāo)準(zhǔn)，從根本上提升結(jié)構(gòu)的承載力，滿足具體的穩(wěn)定性工作要求。其次，在剪力墻結(jié)構(gòu)方面，應(yīng)該合理使用剛接的措施，在分階段拼接的情況下，提升整體的抗震性能。

4?結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展人民生活水平的提高，對(duì)高層建筑的品質(zhì)、功能要求越來越高，高層建筑的發(fā)展趨勢越來越國際化，設(shè)計(jì)樣式越來越多，這對(duì)高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化提出了更高的要求和挑戰(zhàn)，高層住的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度也越來越大，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)受重視的程度日趨提高，在一定程度上將確保各類建設(shè)項(xiàng)目的順利運(yùn)行。

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