高层混凝土结构优化设计方法探究

高层混凝土结构优化设计方法探究

姜帅

江苏东南建筑工程结构设计事务所有限公司  江苏省  南京市210000

　　摘要：现阶段，伴随着经济的快速发展，人们对于各类建筑的需求越来越多，高层建筑有效解决了我国土地资源紧张的问题，在城市发展和建设中高层建筑也越来越多。在高层建筑施工中，混凝土框架结构是主要的结构，高层混凝土结构的质量对于高层建筑的整体质量都有着十分关键的影响，对于高层建筑项目的顺利开展和后期高层建筑整体性能的发挥都有着基础性的作用。为此，我们将针对高层混凝土结构优化设计的常用方法展开分析和探讨，希望能够通过科学合理的有效策略来提高高层混凝土结构的质量，从而更好地保障高层建筑的安全性和稳定性。

　　关键词：高层混凝土结构；优化设计；方法探究

　1高层混凝土结构设计中所面临的问题

　　1.1地基基础设计所面临的问题

　　在高层建筑混凝土结构的设计中，地基基础的设计是极为关键的环节，它是整个高层建筑最有效的支撑，对于高层混凝土结构的安全性和稳定性有着决定性的影响。现阶段，在地基基础设计方面还存在很多考虑不全面，相关设计不完善的情况，从而大大影响了地基基础的整体质量。例如，在柱下独立基础带梁板式的地下室底板设计中，一些设计人员往往对地基沉降的问题没有足够的重视，忽略了地基沉降变形所导致的附加应力。这样就会致使地板的安全性大大降低，地下室底板的承载力也会被削弱，从而一旦有外力的作用，就很容易出现开裂的问题。

　　1.2抗震设计所面临的问题

　　在高层混凝土结构设计中，抗震设计是需要设计人员需要重点关注的问题。随着近些年来，地震灾害频发，不仅对高层混凝土结构的稳定性和安全性带来了严重的影响，同时也对人们的生命财产安全造成了很大的威胁。高层混凝土结构的抗震性，其影响因素有很多，例如钢筋的使用数量和分布情况，各部分构件的性能及连接的稳定性等都会影响着高层混凝土的抗震性。在高层混凝土结构实际设计的过程中，有些设计人员往往对抗震性重视程度不够，在该方面没有进行科学的优化设计，同时对于高层建筑的剪力结构和薄弱层结构的设计也不完善，这对于高层混凝土结构抗震性能的发挥也会带来很大的影响。

　　1.3混凝土结构设计中的裂缝问题

　　高层混凝土结构设计中，由于混凝土材料的特殊性，因此混凝土裂缝是比较常见的问题。其中，在大体积的混凝土结构中温度裂缝是比较常见的，究其原因主要是通常混凝土结构表面的散热性是比较快速的，混凝土结构的内部往往会容易发生水化反应，这样混凝土结构内部的热量就很难散发出去，进而在混凝土结构的内部和外部会形成较大的温差。这样混凝土结构的表面很容易产生相应的应力，如果混凝土的最大抗拉强度比应力低，那么就会产生裂缝。此外，在高层建筑现场浇制的施工中，不同构件的刚度有所差异，这样就会很容易出现部分混凝土结构中构件的刚度无法满足施工要求，从而形成一定的薄弱区域。如果相关设计人员没有及时关注和解决相关问题，那么在后期的施工和使用中，混凝土结构就容易产生裂缝，随着时间的推移，裂缝会慢慢变大，从而影响高层建筑整体的结构基础。因此针对混凝土结构设计中的裂缝问题，相关设计人员也要引起高度的重视。

　2高层混凝土结构的优化设计方法

　　2.1提高对地基基础设计的优化

　　对于高层混凝土结构地基基础的设计，首先需要在设计工作开展前对建筑项目周边的实际环境和建筑项目的实际需求展开全面的考察和调研，对建筑项目周边的地质条件、水文条件等进行综合性的分析，然后根据考察的实际情况来合理制定地基基础设计方案。首先，如果建筑项目地质条件相对简单，建筑规模整体不大，建筑的高度也不太高，那么一般会选择独立基础或条形基础等相对简单的浅性基础土层上，这样能够大大减少建筑的沉降问题，从而有效确保高层混凝土结构地基基础的稳定性。

　　2.2合理设计建筑平面结构，提高混凝土结构的抗震性

　　高层混凝土结构的抗震性主要受高层建筑平面结构布局的影响，因此需要对高层建筑平面结构进行合理的设计，在对高层建筑项目的特点及需求进行综合分析的基础上，来科学确定高层建筑的抗震等级。在高层建筑平面结构设计中，一般尽可能的要确保其平面结构的简单、对称和规则性。这样不仅能够有效提高高层建筑的抗震能力，同时一旦地震发生时，能够对地震所带来的的破坏力有效削弱。如果基于满足高层建筑建设的需求，建筑平面结构是多塔结构或顶塔结构等形式，那么则需要对相应结构的振型数合理掌握，并合理控制相应的数据。根据抗震设计的需求，在满足高层建筑功能性的基础上，对建筑平面结构进行合理设计，以此来提高混凝土结构的抗震能力。

　　2.3对高层建筑剪力墙结构进行优化设计

　　在对高层建筑剪力墙结构优化设计的过程中，需要重点关注剪力墙结构的刚度水平和延性水平。对于剪力墙结构的延性水平的优化，需要在确保剪力墙结构承载能力的基础上，对建筑主体结构的抗变形效果进行优化。在进行剪力墙结构刚度水平优化时，则需要按照建筑主体结构的侧向位移和自身的自振周期来标定相应结构。对于剪力墙结构优化的过程中，需要对相应的结构、构件的延性、刚度以及极限承载能力进行科学的分析。从而更好的提高剪力墙构件结构的稳定性和承载力。这对于提高高层混凝土结构的可靠性具有十分积极的意义。

　　2.4加强对转换层结构的设计

　　在高层混凝土结构设计中需要在建筑中的相应位置合理设置转换层，这样能够有效提高高层建筑上下结构的过渡性。在对高层建筑混凝土结构优化过程中，对于转换层结构的设计需要相关设计人员重点关注三个方面。第一，需要确保转换层上下垂直方向的设计符合建筑工程的需求和相关设计标准。第二，需要合理控制转换层上下结构的刚度比。这样，通过对剪力墙施工比例的合理控制，一旦混凝土结构的刚度发生突然性的变化，能够有效降低其所带来的影响。第三，相关设计人员需要合理控制高层建筑转换层以上竖向构件的数量，有效降低转换层结构刚度的差异性，避免混凝土结构转换层刚度发生变化时，对高层建筑的牢固性带来较大的影响。

　　2.5合理控制混凝土的配比

　　在高层混凝土结构的建设中，混凝土材料是最为基本的材料，混凝土的配比会严重影响混凝土结构的质量，因此需要重点关注高层混凝土的合理配比，为保证混凝土结构的质量打下坚实的基础。首先要合理控制混凝土结构中各种原材料的配比和质量，根据建筑工程项目整体的需求合理计算混凝土结构中的用水量、水泥量和砂石量等，同时要确保各项原材料的性能符合施工要求。例如，一般在选择水泥时，会优先选择硅酸盐水泥，该类水泥水化热反应比较适中，能够有效避免混凝土内外温差过大所带来的影响。此外，在进行混凝土材料的搅拌作业中，需要合理安排各类原材料的添加顺序，并合理控制搅拌的时间，在混凝土拌和过程中很容易出现水化热的情况，相关人员可以在混凝土原材料中适当添加膨胀剂，以达到对混凝土内外温差合理控制的目的。从而有效提高混凝土结构的密实度和强度。

　　3结束语

　　综上所述，高层混凝土的结构优化设计是保障高层建筑稳定性和安全性的重要基础，作为相关设计人员需要从多角度出发，通过不同有效手段来提高高层混凝土结构的性能。并在把握相关设计要点的基础上，不断完善和优化相应的设计策略，从而在保障高层建筑整体质量的前提下，更好地实现高层建筑各项功能的发挥，促进建筑企业的可持续发展。

　　参考文献

　　[1]郭中元.高层建筑混凝土结构优化设计分析研究[J].建筑工程技术与设计，2019,33(36):905.

　　[2]赵鑫.高层建筑混凝土结构优化设计分析研究[J].工程建设与设计，2020(5):18-19,43.

　　[3]郑鹏.高层混凝土结构优化设计方法探究[J].城市建筑，2020,17(29):92-93.