高层建筑中混凝土结构的优化设计要点浅谈

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1、高层建筑中混凝土结构的优化设计要点浅谈摘要：本文主要从高层建筑的特点入手，探讨了高层建筑混凝土结构优化设计的具体方法，进而提出了合理使用高强秘和高强钢筋，注重剪力墙的平面布置，多使用结构简单的独立单元等优化设计等具体方法。关键词：高层建筑；混凝土结构；优化设计随着高层建筑的迅速发展，对其要求也越来越高，而混凝土施工是高层建筑施工中的一个关键环节，这就需耍从混凝土结构方面对高层建筑进行优化设计以达到理想效果。一、高层建筑结构设计的要求（-）结构设计要考虑侧向力侧向力（风或水平地震作用）成为影响结构内力、结构变形及建

2、筑物土建造价的主耍因素。高层建筑和低层建筑一样，承受自重、活载、雪载等垂直荷载和风、地震等水平力。在低层结构中，水平荷载产生的内力和位移很小，可以忽略不计；在多层结构中，水平荷载的效应（内力和位移）逐渐增大；在高层建筑中，水平荷载和地震力将成为主要的控制因素。（二）结构应具冇适宜刚度随着高度的增加，高层建筑的侧向位移迅速增大。因此设计高层建筑时不经要求结构有足够的强度，而且要求结构有适宜的刚度，使结构有合理的自振频率等动力特性，并使水平力作用下的层位移控制在一定范围之内。（三）结构应具有良好的延性相对于较低楼房而

3、言，高楼结构更柔一些，在地震作用下的变形更大一些。建筑结构的耐震主要取决于结构的承载力和变形能力两个因素。为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，避免高层建筑在大震下倒塌，必须在满足必要强度的前提下，通过优良的概念设计和合理的构造措施，来提高整个结构、特别是薄弱层（部位）的变形能力，來保证结构具有足够的延性。因此，在结构设计屮应综合考虑这些因素，合理设计，使结构具有足够的强度、适宜的刚度、良好的延性。二、高层建筑混凝土结构的优化设计的具体方法高层建筑混凝土结构的优化设计首先得适应于高层建筑结构设计，而

4、且要追求接近最优解。优化设计，关键是要有整体和局部的概念，要从整体入手，落实到局部，整体和局部都要兼顾。（-）合理使用高强栓和高强钢筋建筑的总造价包括上部结构的材料、基础及施工等费用，构件的截面尺寸和用钢量对造价的影响很大，设计中合理使用高强钢筋（如梁、板筋采用三级钢）可有效降低用钢量，节约成本。如果高层建筑位于深厚软弱地基上，由于作用于地基上的荷载很大，合理使用高强栓和高强钢筋优化构件截面尺寸，减轻结构自重，将会降低基础施工的难度和造价，取得显著的经济效果。同时，对于地震区的高楼，地震作用的大小几乎与建筑自重成

5、止比，减轻自重能够减小结构的地震荷载,有利于提高结构的安全度。在设计中合理的使用高强轮和高强钢筋，能快速、有效的减少墙、柱、梁、板等构件的截面尺寸，降低用钢量减轻建筑自重，最终达到降低造价的目的。(-)单元结构布置要合理在高层建筑的一个独立结构单元内，宜使结构平面形状简单、规则，刚度和承载力分布均匀，平面长度不宜过长。突出部分长度不宜过大；高层建筑的竖向体型宜规则、均匀，避免有过大的外挑和内收。结构的侧向刚度宜下大上小，逐渐均匀变化，不应采用竖向布置严重不规则的结构。当一幢高层建筑的结构平面布置和竖向布置简单、规

6、则、均匀，那么其各项指标的校核验算会很容易满足规范的要求，反之，则需花一番苫功才能令各项指标勉强满足规范要求。结果可能是墙柱截面尺寸大得惊人，单位面积重量严重超标。不仅造价上去了，而且还影响部分建筑功能的使用。结构设计人员一定要注重概念设计，在建筑方案阶段就应积极介入，运用自己的专业知识提出建议，在满足美观、适用的前提下，尽量使建筑结构的平面布置和竖向布置简单、规则和均匀。这样一来，结构体系就会具有合理的刚度和承载力分布，避免因局部削弱或突变形成薄弱部位，产生过大的应力集中或塑性变形集中。只有这样，到扩初设计和施

7、工图设计阶段的截面尺寸优化才会有实质性的意义。(三)注重剪力墙的平面布置a、结构平面布置时，必须在满足建筑功能的基础上，剪力墙宜沿周边均匀、相对集中布置。在建筑物的楼梯间、电梯间、平面形状变化及恒载较大的部位宜布置剪力墙，其间距不宜过大。b、剪力墙结构中，剪力墙宜沿主轴方向或其他方向双向布置，抗震设计的剪力墙结构，应避免仅单向有墙的结构布置形式。C、剪力墙墙肢截面宜简单、规则，剪力墙结构的侧向刚度不宜过大。d、设计屮应注意尽量减少短肢剪力墙的数量，不应采用全部为短肢剪力墙的剪力墙结构。（四）女儿墙的优化设计在设计

8、上，女儿墙无法直接参与主体结构的分析，所以在计算时往往仅考虑女儿墙的自重，当女儿墙较低时，这种方法是符合精度要求的，不会影响结构的安全；但是，随着女儿墙高度的增加，其地震荷载和风荷载效应也在增加，对主体结构的影响越来越大。因此，当女儿墙较高时，要仔细计算女儿墙所受水平荷载的情况。山于其侧向刚度较小，女儿墙一般釆用钢筋混凝土材料，配筋计算可按支承于屋顶的悬臂板來考虑，口应配