高层建筑混凝土结构优化设计分析

2018-02-16唐学红

建筑与装饰 2018年12期

关键词：剪力墙结构设计钢筋

唐学红

辽宁屹立设计有限公司辽宁沈阳 110000

前言

随着我国城市化进程的不断加快，需要高层建筑工程来缓解地域对其发展的限制。高层建筑的质量和安全是建筑工程最关注的问题，优化混凝土的结构设计，有利于保证整体建筑工程质量和工程施工安全，所以如何优化混凝土结构设计成为建筑行业需要解决的问题。

1 高层建筑混凝土结构设计要点

1.1 优化结构形式

高层建筑较一般建筑工程具有施工难度大、施工安全风险高等特点，这就要求施工方根据工程的具体情况采取最合理的混凝土结构形式，混凝土结构形式多样，其用在高程建筑工程中主要有4种结构形式，首先是框架结构，顾名思义就是高层建筑的大体框架结构，一般包括建筑物的梁、柱、板设计，其主要适用于高度低于60米的建筑施工；其次，框剪结构，其实就是框架结构与剪力墙结构的组合，主要是为了加强高层建筑工程的承载力，其主要适用于高度低于120米的建筑工程中；最后，筒体结构则是现阶段高层建筑中设计标准最高的一种形式，其承载性能和抗震性能均优于其他几种高层结构形式，尤其适用于超高层（＞150m）或者摩天大楼中。

1.2 优化结构整体布局和造型

结构设计人员要充分注重概念设计，充分运用自己的建筑设计专业知识，在满足高层建筑结构适用性和美观性的基础上，保证高层建筑工程结构的整体布局和造型，比如模型控制：结构平面宜简单、规则，质量、刚度和承载力分布宜均匀；剪力墙布置时尽量减少暗柱数量；模型计算时考虑混凝土矩形梁转化为T型；模型计算考虑梁柱重叠部分转化为刚域；在截面尺寸的设计上，要保证其合理性、科学性，严格按照国家规定的建筑结构设计规范进行设计。此外，还要根据建筑工程的实际情况进行截面设计，这就需要设计人员在对混凝土结构设计时确保结构的整体布局和造型，避免设计失误影响整个高层建筑的实用性。优化结构整体布局和造型，不仅有利于降低高层建筑整体造价还可以促进高层建筑工程社会职能的实现。

1.3 优化构件截面

选用合理的构建截面是保证混凝土结构设计安全性的重要保证。楼板厚控制原则：楼板厚度的取值大于等于楼板净跨的1/40，且居住空间现浇楼板设计厚度≥100mm，厨房、卫生间、阳台板≥90mm。局部楼板厚度：坡屋顶采用120厚，平屋顶采用120厚；多、高层地下室顶板厚度取160mm，当为嵌固部位时顶板厚度取180mm。梁配筋控制原则：主梁面筋贯通筋尽量选用小直径钢筋，支座附加，连续梁各跨底筋尽量采用相同直径和不同根数配置，但要满足拉通钢筋的截面面积等构造要求和支座锚固宽度限制。（例：225替换为320，其中220拉通），底筋亦应尽量减少钢筋排数。剪力墙配筋控制原则：剪力墙约束边缘构件的设置应对底部加强部位范围内的各层各部位核对轴压比，判定是否需要设置约束边缘构件。剪力墙约束边缘构件箍筋体积配箍率可计入符合构造要求的水平分布钢筋，计入的水平分布钢筋的体积配箍率不应大于总体积配箍率的30%[1]。

2 高层建筑混凝土结构设计优化对策

2.1 采用高强施工材料

施工材料的选择对整体工程的顺利实施起着关键性作用，混凝土、钢筋是高层建筑工程中经常用到的建筑材料，也是其主要建筑材料。高强施工材料的应用可以降低企业施工成本，提高企业效益，同时又可以提升高层建筑工程的抗震能力。首先，要保证高层建筑工程的质量就必须保证建筑材料的用量，高层建筑其质量要求更高，一旦某个环节出现问题，将会对整个工程项目造成严重的影响，所以，在建筑材料的用量上一定要按照国家标准执行。高强施工材料可以有效地缩减构件的尺寸，降低钢筋和混凝土等的用量，缩减施工成本；其次，合理运用钢筋和混凝土等高强原材料，有利于优化建筑构件，减轻建筑结构的整体重量，减轻自重可以减轻相应的地震荷载，从而可以达到提升高层建筑结构安全度的目的。

2.2 合理确定结构形式和基础选型

在具体施工过程中，施工单位要根据施工工程的建筑高度以及经济承受能力来选择最佳的混凝土结构设计，以保证工程的顺利进行。合理确定结构形式和基础选型，有利于保证工程质量和工程进度，一旦出现决策失误，半路更改方案会给企业带来巨大的困难，所以施工方一定要根据实际情况做出正确的选择。此外，在方案的选择上可以多方进行讨论，参考不同建议，最后进行方案模拟整合，这样有利于决策的合理性，避免失误。

2.3 减少施工缝优化结构平面

较少施工裂缝，优化平面结构可以有效保证高层建筑结构设计的安全性和合理性。这就需要设计人员根据实际的建筑需求来对建筑结构平面进行合理设计。此外，结构设计人员需要充分注重概念设计，从建筑工程方案阶段入手，尽量少设置施工缝，充分运用专业的设计知识，在充分满足建筑美观性和耐久性等使用功能的基础上，确保建筑结构平面和竖向布置的均匀性、和规则性，以达到优化高层建筑混凝土结构的目的。

2.4 优化转换层

高层建筑混凝土剪力墙结构设计是转化层优化的前提，做好混凝土剪力墙结构设计需要做到以下几点：首先，在建筑结构比较平整的基础上，做好横向与竖向的平面垂直就可以了，如果遇到平面形状发生改变的情况则需要对剪力墙结构进行合理设置，以便加强这些部位的承载力。其次，在剪力墙结构当中，要尽量沿着主轴方向双向布置剪力墙结构，并且针对有抗震要求的剪力墙结构，避免采用单向有墙的结构布置形式[2]。