高层建筑混凝土结构方案设计与优化

2019-03-18周益宇

城市建设理论研究（电子版） 2019年32期

周益宇

浙江省工业设计研究院浙江杭州 310000

引言

钢筋砼结构是常见的一种建筑设计方式，经过多年的发展，其技术已经非常成熟，且由于其材料价格相对便宜，在建筑行业中得到了广泛应用。特别是在高层住宅项目当中，为了提升居民居住的舒适性，在设计的时候要尽可能拓展室内的空间，在这种背下，如何对钢筋砼结构进行科学的设计以及优化就成了设计人员需要面对的一个重要课题。

一、钢筋砼结构设计现状

尽管钢筋砼结构已经出现了很长的时间，但是在实际设计过程中还是会遇到一些问题。特别是在高层建筑项目当中，由于高层项目对于室内空间、通风以及防火方面的高标准，提升了结构设计工作的难度。从总体上来看，设计与优化过程中主要存在两个问题。

（一）选型问题

钢筋砼结构的选型是其他设计工作的前提以及基础。想要更高地完成高层项目的设计工作，就必须要认真对待选型问题。但是在实际工作中，结构选型常常会出现错误。

很多设计师在进行框架设计的时候往往会将注意力集中在安全性以及工程造价方面，忽略了建筑项目的实际需求，住宅性、办公型以及商贸型高层建筑对于结构框架的需求存在一定的差异，如果不考虑项目需求，那么就会让结构设计与设计使用之间产生冲突，造成资源浪费的同时也埋下了安全隐患。

（二）结构问题

除在选型环节会出现错误之外，在结构设计方面也存在着一些问题。第一，针对基础层的结构设计，设计人员有时会忽略建筑复发的预应力，这一点在高层项目中会体现得非常明显，由于高层建筑地上结构的体量巨大，地下室的底板在上层建筑的作用下会出现一定程度的下沉，特别是在选用天然地基的项目中，下沉更加明显。而建筑物的下沉会改变其原有的受力结构，导致建筑物内部的钢筋砼结构以及其他部件发生一定程度的形变，影响其安全性与稳定性。第二，针对上层框架结构设计，这当中的核心就是剪力墙设计，一些设计工作者在设计剪力墙结构的过程中，没有对其底部进行强化，同时对于剪力墙的个数以及布置的部位带有一定的随意性，这就导致了剪力墙的受力与设计图纸不符，时间一长容易破坏其与其他部件之间的连接性，增加安全风险。

二、优化注意事项

为了确保钢筋砼结构设计以及优化工作能够顺利进行，工作人员在进行设计之前应该明确一些常见问题的解决方式。

（一）注意新技术的使用

尽管钢筋砼结构属于传统建筑形式，但是与新的建筑技术以及建设理念也能进行高效融合。作为设计人员，需要时刻注意新技术、新材料的使用问题,通过BIM技术在计算机上对工程模型进行模拟，重点关注新技术、新材料与传统施工方式对于钢筋砼结构的承载力以及局部压力是否出现了变化，避免因为新技术的应用而造成钢筋砼框架的某些区域出现应力集中问题。

（二）注意延性部件的转动能力

为了保证延性部件塑性内部分布的具体需求，在对其进行设计时，需要保证该部件具有良好的转动能力。在此基础上才能让塑性铰区的形变处于合理范围当中，当遭遇到突然的冲击（外部撞击或者地震等情况）时，能够高效吸收外来冲击力，提升建筑物的抗震性能。

三、钢筋砼结构设计优化具体方法

（一）剪力墙的布置

针对上层建筑项目在设计与优化过程中所暴露出的问题，设计工作者需要对剪力墙的平面布置工作进行重点关注。具体来说，需要注意以下几点问题。

第一，设计人员需要在满足高层建筑功能性以及可靠性的基础上，对于上层结构的平面进行合理布置。将剪力墙沿着框架的四周以集中的方式均匀排列，让其在各个方向上所承受的荷载力趋于平均。而对于一定平面形状变化较大，荷载力分布不均匀的区域，比如说楼梯间、电梯房等，在布置剪力墙的时候要注意其间距，不宜将剪力墙的间距设置得过大，确保平面的稳定性。

第二，在对剪力墙进行水平布置时，尽量以“双向布置”的方式来进行，以建筑平面的主轴为一个方向，再选择一个其他的方向，使荷载力可以在每个结构上得到均匀分摊。此外，对于那些具有抗震能力的剪力墙，不能以单项方式进行布置，确保框架整体的抗震能力符合相关标准。

第三，针对墙肢截面的设计，如无特殊要求，一般都是按简单、规则为设计原则，针对其侧方向的刚度，设计人员需要对其数值进行精确计算，对于剪力墙侧面刚性数值进行严格把控。

第四，对于短肢剪力墙的使用要十分慎重，尽管这种结构形式可以有效拓展室内空间，减少室内空间中承重梁以及承重柱的数量，但由于其具有异形柱的物理特征，如果大量运用，势必会影响到建筑项目整体稳定性，因此在布置过程中不能全部使用短肢剪力墙。

（二）使用高强度砼材料

对钢筋砼结构设计做优化时，一个比较关键的环节就是高强度砼的使用问题。合理使用高强度砼，不仅可以更好地控制建设成本，而且对于项目的寿命以及性能都有着不错的提升效果。比如说在一些底板荷载大的项目中，为了达到降低自重的目的，就需要合理调整含有高强度砼材料部件的截面尺寸，保证其可靠性的同时也降低了施工难度。