高层建筑混凝土结构优化设计分析研究

郭亮 华东建筑设计研究院有限公司安徽分公司

随着我国城市化进程的逐步加快，为满足城市空间的利用效率，高层建筑成为新时期建筑工程建设的主流趋势。然而受建筑自身规模及质量等方面的影响，高层建筑对于混凝土结构的安全稳定性有着严格的技术标准和要求，由此强化混凝土结构的优化设计受到了专业人士的高度重视与关注。笔者结合自身工作经验，就高层建筑混凝土结构优化设计提出个人见解和建议，以期能够为相关领域从业者提供必要的参考和帮助。

一、高层建筑混凝土结构设计优化的重要性

众所周知，高层建筑是一项大型工程项目，因此对于工程设计工作有着十分严格的标准和要求。混凝土结构是高层建筑的基础和支撑，其设计工作的科学性与合理性对于建筑工程建设质量有着决定性影响。从专业角度来看，对高层建筑混凝土结构进行优化设计具有以下几方面价值和作业：（1）提高混凝土结构稳定性。近年来，受客观环境因素的影响，我国建筑高度越来越高，因此对混凝土结构稳定性提出了更高的要求，而通过对其进行优化设计则能够最大程度上提高工程主体结构的安全稳定性，进而满足高层建筑建设需求。（2）提高建筑经济效益。高层建筑建设需要投入大量的人力物力，而对混凝土结构的优化设计工作能够在提高设计科学合理性的基础上降低人力物力等方面的投入，从而在强化工程质量的基础上提高其经济效益。

二、高层混凝土结构优化设计的原则

（一）安全性原则

对于建筑工程而言，安全性永远是相关设计工作的首要原则，混凝土结构优化设计更是如此。在对高层建筑混凝土结构进行优化设计时，首先要对混凝土结构的安全稳定性给予充分考虑，其根源在于建筑层数越多，混凝土结构安全性要求也随之提升。这里要求技术人员就高层建筑建设规模对于混凝土结构安全性进行科学分析与计算，并按照相关标准和要求进行优化设计，从而全面提高混凝土结构设计的安全性与稳定性。

（二）适用性原则

近年来，随着我国社会经济发展水平的不断提升，高层建筑已广泛运用于商业楼、办公楼及居民楼等不同类型建筑项目中。然而从专业角度来看，不同类型的建筑项目对于混凝土结构有着各自的需求和特征，因此在进行高层建筑混凝土结构优化设计时还要遵循适用性原则。这里要求设计人员能够根据高层建筑具体的功能和用户需求进行针对性的优化设计，从而使其在空间布局、服务功能等方面符合建筑自身的建设需求。

（三）可靠性原则

所谓可靠性原则，主要是指建筑混凝土结构设计的科学性与合理性。由于高层建筑建设难度大、资金投入高，因此在使用寿命方面有着相对较高的建设要求。而作为觉得高层建筑建设质量的重要影响因素，混凝土结构设计水平又受到材料、技术以及施工工艺水平等方面的制约。为此，在进行高层建筑混凝土结构优化设计时，还要遵循可靠性原则对于上述各方面要素进行科学合理的优化设计，从而全面提高建筑工程的建设水平与质量。

三、高层建筑混凝土结构的优化设计途径

（一）建筑平面结构的优化布置

建筑平面结构是混凝土结构设计的重要内容之一，并且对于建筑工程整体的抗震性有着深远影响，因此对高层建筑平面结构的优化布置应受到充分重视和关注。在进行优化设计时，应该立足于高层建筑相关抗震设计的原则、要求及标准等内容加以开展，特别是建筑平面结构设计必须符合工程抗震等级要求。一般情况下，对称、规则和简单的平面结构抗震性能更加理想，但当遇到多塔结构或顶部塔楼结构时，则应当对平面结构进行精密计算，以确保混凝土结构的整体抗震性符合工程建设要求。

（二）合理选择抗侧力结构形式

在高层建筑混凝土结构优化设计中，抗侧力结构选择同样是一个值得高度关注的设计内容。目前，我国高层建筑中常见的抗侧力结构形式有框架结构、剪力墙结构及框筒结构等，而做好其科学合理应用则有助于提高高层建筑结构的安全性与稳定性。一般情况下，建筑高度相对较低（小于50m）且内部空间标准要求较高时，多采用框架结构。而当建筑高度达到100m 左右时，则需要采用剪力墙结构来提高建筑结构的安全稳定性。

（三）建筑基础类型的优化设计

从工程学角度来看，建筑工程高度越高，对于基础质量要求也随之提升。现阶段，高层建筑无论在楼层数量还是工程规模上，均实现了大幅增长，因此对于基础工程建设有了更高的质量要求。在此背景下，在进行高层建筑混凝土结构设计时，还要给予工程项目的具体情形选择科学合理的工程基础类型。首先，当高层建筑层数较少，且地质条件相对良好的情况下，可选择独立基础或条形基础进行设计和建设，如此既能够保障混凝土机构稳定性，同时还能够有效降低建设成本。其次，当建筑工程层数较多，且地质条件较差时，则需要采用桩基础。最后，筏板类型的混凝土基础主要应用于地质条件良好的超高层建筑中，此基础类型能确保混凝土结构与下部持力层之间有着理想的承载关系。

（四）转换层结构方面的优化设计

在高层建筑中，处于底部的数层楼层对于空间方面往往有着多种的标准和要求，为此要想提高混凝土结构的安全性与稳定性还需要做好转换层方面的优化设计。首先，设计人员在进行优化设计时需要对转换层上下竖向结构设置的科学性给予高度重视，并控制落地剪力墙百分比及竖向结构构件刚度突变等方面内容。其次，当涉及到转换层上下两部分结构刚度时，则需要对其进行严格把控，从而确保高层建筑混凝土结构的位移比、刚度比等达到相关技术标准。