高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析研究

郭亮 華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司安徽分公司

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的逐步加快，為滿足城市空間的利用效率，高層建筑成為新時(shí)期建筑工程建設(shè)的主流趨勢(shì)。然而受建筑自身規(guī)模及質(zhì)量等方面的影響，高層建筑對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性有著嚴(yán)格的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和要求，由此強(qiáng)化混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)受到了專業(yè)人士的高度重視與關(guān)注。筆者結(jié)合自身工作經(jīng)驗(yàn)，就高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提出個(gè)人見(jiàn)解和建議，以期能夠?yàn)橄嚓P(guān)領(lǐng)域從業(yè)者提供必要的參考和幫助。

一、高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的重要性

眾所周知，高層建筑是一項(xiàng)大型工程項(xiàng)目，因此對(duì)于工程設(shè)計(jì)工作有著十分嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)和要求。混凝土結(jié)構(gòu)是高層建筑的基礎(chǔ)和支撐，其設(shè)計(jì)工作的科學(xué)性與合理性對(duì)于建筑工程建設(shè)質(zhì)量有著決定性影響。從專業(yè)角度來(lái)看，對(duì)高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)具有以下幾方面價(jià)值和作業(yè)：（1）提高混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。近年來(lái)，受客觀環(huán)境因素的影響，我國(guó)建筑高度越來(lái)越高，因此對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性提出了更高的要求，而通過(guò)對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)則能夠最大程度上提高工程主體結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性，進(jìn)而滿足高層建筑建設(shè)需求。（2）提高建筑經(jīng)濟(jì)效益。高層建筑建設(shè)需要投入大量的人力物力，而對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作能夠在提高設(shè)計(jì)科學(xué)合理性的基礎(chǔ)上降低人力物力等方面的投入，從而在強(qiáng)化工程質(zhì)量的基礎(chǔ)上提高其經(jīng)濟(jì)效益。

二、高層混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的原則

（一）安全性原則

對(duì)于建筑工程而言，安全性永遠(yuǎn)是相關(guān)設(shè)計(jì)工作的首要原則，混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)更是如此。在對(duì)高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，首先要對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性給予充分考慮，其根源在于建筑層數(shù)越多，混凝土結(jié)構(gòu)安全性要求也隨之提升。這里要求技術(shù)人員就高層建筑建設(shè)規(guī)模對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)安全性進(jìn)行科學(xué)分析與計(jì)算，并按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而全面提高混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性與穩(wěn)定性。

（二）適用性原則

近年來(lái)，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的不斷提升，高層建筑已廣泛運(yùn)用于商業(yè)樓、辦公樓及居民樓等不同類型建筑項(xiàng)目中。然而從專業(yè)角度來(lái)看，不同類型的建筑項(xiàng)目對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)有著各自的需求和特征，因此在進(jìn)行高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)還要遵循適用性原則。這里要求設(shè)計(jì)人員能夠根據(jù)高層建筑具體的功能和用戶需求進(jìn)行針對(duì)性的優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而使其在空間布局、服務(wù)功能等方面符合建筑自身的建設(shè)需求。

（三）可靠性原則

所謂可靠性原則，主要是指建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性與合理性。由于高層建筑建設(shè)難度大、資金投入高，因此在使用壽命方面有著相對(duì)較高的建設(shè)要求。而作為覺(jué)得高層建筑建設(shè)質(zhì)量的重要影響因素，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平又受到材料、技術(shù)以及施工工藝水平等方面的制約。為此，在進(jìn)行高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，還要遵循可靠性原則對(duì)于上述各方面要素進(jìn)行科學(xué)合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而全面提高建筑工程的建設(shè)水平與質(zhì)量。

三、高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)途徑

（一）建筑平面結(jié)構(gòu)的優(yōu)化布置

建筑平面結(jié)構(gòu)是混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一，并且對(duì)于建筑工程整體的抗震性有著深遠(yuǎn)影響，因此對(duì)高層建筑平面結(jié)構(gòu)的優(yōu)化布置應(yīng)受到充分重視和關(guān)注。在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該立足于高層建筑相關(guān)抗震設(shè)計(jì)的原則、要求及標(biāo)準(zhǔn)等內(nèi)容加以開(kāi)展，特別是建筑平面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須符合工程抗震等級(jí)要求。一般情況下，對(duì)稱、規(guī)則和簡(jiǎn)單的平面結(jié)構(gòu)抗震性能更加理想，但當(dāng)遇到多塔結(jié)構(gòu)或頂部塔樓結(jié)構(gòu)時(shí)，則應(yīng)當(dāng)對(duì)平面結(jié)構(gòu)進(jìn)行精密計(jì)算，以確保混凝土結(jié)構(gòu)的整體抗震性符合工程建設(shè)要求。

（二）合理選擇抗側(cè)力結(jié)構(gòu)形式

在高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，抗側(cè)力結(jié)構(gòu)選擇同樣是一個(gè)值得高度關(guān)注的設(shè)計(jì)內(nèi)容。目前，我國(guó)高層建筑中常見(jiàn)的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)形式有框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)及框筒結(jié)構(gòu)等，而做好其科學(xué)合理應(yīng)用則有助于提高高層建筑結(jié)構(gòu)的安全性與穩(wěn)定性。一般情況下，建筑高度相對(duì)較低（小于50m）且內(nèi)部空間標(biāo)準(zhǔn)要求較高時(shí)，多采用框架結(jié)構(gòu)。而當(dāng)建筑高度達(dá)到100m 左右時(shí)，則需要采用剪力墻結(jié)構(gòu)來(lái)提高建筑結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性。

（三）建筑基礎(chǔ)類型的優(yōu)化設(shè)計(jì)

從工程學(xué)角度來(lái)看，建筑工程高度越高，對(duì)于基礎(chǔ)質(zhì)量要求也隨之提升?，F(xiàn)階段，高層建筑無(wú)論在樓層數(shù)量還是工程規(guī)模上，均實(shí)現(xiàn)了大幅增長(zhǎng)，因此對(duì)于基礎(chǔ)工程建設(shè)有了更高的質(zhì)量要求。在此背景下，在進(jìn)行高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，還要給予工程項(xiàng)目的具體情形選擇科學(xué)合理的工程基礎(chǔ)類型。首先，當(dāng)高層建筑層數(shù)較少，且地質(zhì)條件相對(duì)良好的情況下，可選擇獨(dú)立基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)和建設(shè)，如此既能夠保障混凝土機(jī)構(gòu)穩(wěn)定性，同時(shí)還能夠有效降低建設(shè)成本。其次，當(dāng)建筑工程層數(shù)較多，且地質(zhì)條件較差時(shí)，則需要采用樁基礎(chǔ)。最后，筏板類型的混凝土基礎(chǔ)主要應(yīng)用于地質(zhì)條件良好的超高層建筑中，此基礎(chǔ)類型能確保混凝土結(jié)構(gòu)與下部持力層之間有著理想的承載關(guān)系。

（四）轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)

在高層建筑中，處于底部的數(shù)層樓層對(duì)于空間方面往往有著多種的標(biāo)準(zhǔn)和要求，為此要想提高混凝土結(jié)構(gòu)的安全性與穩(wěn)定性還需要做好轉(zhuǎn)換層方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)。首先，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)轉(zhuǎn)換層上下豎向結(jié)構(gòu)設(shè)置的科學(xué)性給予高度重視，并控制落地剪力墻百分比及豎向結(jié)構(gòu)構(gòu)件剛度突變等方面內(nèi)容。其次，當(dāng)涉及到轉(zhuǎn)換層上下兩部分結(jié)構(gòu)剛度時(shí)，則需要對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格把控，從而確保高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的位移比、剛度比等達(dá)到相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。