高層建筑中混凝土結構的優(yōu)化設計要點淺談

1、<p>　　高層建筑中混凝土結構的優(yōu)化設計要點淺談</p><p>　　摘要：本文主要從高層建筑的特點入手，探討了高層建筑混凝土結構優(yōu)化設計的具體方法，進而提出了合理使用高強砼和高強鋼筋，注重剪力墻的平面布置，多使用結構簡單的獨立單元等優(yōu)化設計等具體方法。 </p><p>　　關鍵詞：高層建筑；混凝土結構；優(yōu)化設計 </p><p>　　隨著高層建筑的迅

2、速發(fā)展，對其要求也越來越高，而混凝土施工是高層建筑施工中的一個關鍵環(huán)節(jié)，這就需要從混凝土結構方面對高層建筑進行優(yōu)化設計以達到理想效果。 </p><p>　　一、高層建筑結構設計的要求 </p><p>　?。ㄒ唬┙Y構設計要考慮側向力 </p><p>　　側向力（風或水平地震作用）成為影響結構內力、結構變形及建筑物土建造價的主要因素。高層建筑和低層建筑一樣，承受自

3、重、活載、雪載等垂直荷載和風、地震等水平力。在低層結構中，水平荷載產生的內力和位移很小，可以忽略不計；在多層結構中，水平荷載的效應（內力和位移）逐漸增大；在高層建筑中，水平荷載和地震力將成為主要的控制因素。 </p><p>　　（二）結構應具有適宜剛度 </p><p>　　隨著高度的增加，高層建筑的側向位移迅速增大。因此設計高層建筑時不經要求結構有足夠的強度，而且要求結構有適宜的剛度，

4、使結構有合理的自振頻率等動力特性，并使水平力作用下的層位移控制在一定范圍之內。 </p><p>　?。ㄈ┙Y構應具有良好的延性 </p><p>　　相對于較低樓房而言，高樓結構更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。建筑結構的耐震主要取決于結構的承載力和變形能力兩個因素。為了使結構在進入塑性變形階段后仍具有較強的變形能力，避免高層建筑在大震下倒塌，必須在滿足必要強度的前提下，通過優(yōu)良的概

5、念設計和合理的構造措施，來提高整個結構、特別是薄弱層（部位）的變形能力，來保證結構具有足夠的延性。 </p><p>　　因此，在結構設計中應綜合考慮這些因素，合理設計，使結構具有足夠的強度、適宜的剛度、良好的延性。 </p><p>　　二、高層建筑混凝土結構的優(yōu)化設計的具體方法 </p><p>　　高層建筑混凝土結構的優(yōu)化設計首先得適應于高層建筑結構設計，而且

6、要追求接近最優(yōu)解。優(yōu)化設計，關鍵是要有整體和局部的概念，要從整體入手，落實到局部，整體和局部都要兼顧。 </p><p>　?。ㄒ唬┖侠硎褂酶邚婍藕透邚婁摻?</p><p>　　建筑的總造價包括上部結構的材料、基礎及施工等費用，構件的截面尺寸和用鋼量對造價的影響很大，設計中合理使用高強鋼筋（如梁、板筋采用三級鋼）可有效降低用鋼量，節(jié)約成本。如果高層建筑位于深厚軟弱地基上，由于作用于地基上

7、的荷載很大，合理使用高強砼和高強鋼筋優(yōu)化構件截面尺寸，減輕結構自重，將會降低基礎施工的難度和造價，取得顯著的經濟效果。同時，對于地震區(qū)的高樓，地震作用的大小幾乎與建筑自重成正比，減輕自重能夠減小結構的地震荷載，有利于提高結構的安全度。在設計中合理的使用高強砼和高強鋼筋，能快速、有效的減少墻、柱、梁、板等構件的截面尺寸，降低用鋼量減輕建筑自重，最終達到降低造價的目的。 </p><p>　　（二）單元結構布置要合理

8、 </p><p>　　在高層建筑的一個獨立結構單元內，宜使結構平面形狀簡單、規(guī)則，剛度和承載力分布均勻，平面長度不宜過長。突出部分長度不宜過大；高層建筑的豎向體型宜規(guī)則、均勻，避免有過大的外挑和內收。結構的側向剛度宜下大上小，逐漸均勻變化，不應采用豎向布置嚴重不規(guī)則的結構。當一幢高層建筑的結構平面布置和豎向布置簡單、規(guī)則、均勻，那么其各項指標的校核驗算會很容易滿足規(guī)范的要求，反之，則需花一番苦功才能令各項指標勉

9、強滿足規(guī)范要求。結果可能是墻柱截面尺寸大得驚人，單位面積重量嚴重超標。不僅造價上去了，而且還影響部分建筑功能的使用。結構設計人員一定要注重概念設計，在建筑方案階段就應積極介入，運用自己的專業(yè)知識提出建議，在滿足美觀、適用的前提下，盡量使建筑結構的平面布置和豎向布置簡單、規(guī)則和均勻。這樣一來，結構體系就會具有合理的剛度和承載力分布，避免因局部削弱或突變形成薄弱部位，產生過大的應力集中或塑性變形集中。只有這樣，到擴初設計和施工圖設計階段的截

10、面尺寸優(yōu)化才會有實質性的意義。 </p><p>　　（三）注重剪力墻的平面布置 </p><p>　　a、結構平面布置時，必須在滿足建筑功能的基礎上，剪力墻宜沿周邊均勻、相對集中布置。在建筑物的樓梯間、電梯間、平面形狀變化及恒載較大的部位宜布置剪力墻，其間距不宜過大。 </p><p>　　b、剪力墻結構中，剪力墻宜沿主軸方向或其他方向雙向布置，抗震設計的剪力墻結

11、構，應避免僅單向有墻的結構布置形式。 </p><p>　　c、剪力墻墻肢截面宜簡單、規(guī)則，剪力墻結構的側向剛度不宜過大。 </p><p>　　d、設計中應注意盡量減少短肢剪力墻的數(shù)量，不應采用全部為短肢剪力墻的剪力墻結構。 </p><p>　?。ㄋ模┡畠簤Φ膬?yōu)化設計 </p><p>　　在設計上，女兒墻無法直接參與主體結構的分析，所以

12、在計算時往往僅考慮女兒墻的自重，當女兒墻較低時，這種方法是符合精度要求的，不會影響結構的安全；但是，隨著女兒墻高度的增加，其地震荷載和風荷載效應也在增加，對主體結構的影響越來越大。因此，當女兒墻較高時，要仔細計算女兒墻所受水平荷載的情況。由于其側向剛度較小，女兒墻一般采用鋼筋混凝土材料，配筋計算可按支承于屋頂?shù)膽冶郯鍋砜紤]，且應配雙層鋼筋。為保證屋面女兒墻與主體結構的可靠連接，屋面女兒墻所在的框架梁或墻必須具有足夠的抗彎、抗扭剛度，即對

13、框架梁要根據(jù)女兒墻的底部計算彎矩配置受扭鋼筋。對女兒墻的計算，主要應該驗算在正常使用情況下由風荷載引起的內力并進行截面配筋。有人認為應進行地震作用計算，并將其地震作用乘以放大系數(shù)3來進行內力、配筋計算，認為一般情況此法沒有必要；因為女兒墻在結構中畢竟是次要構件，只要通過合理的構造措施，來保證發(fā)生強烈地震時，女兒墻不致于倒塌掉下來傷人即可。 </p><p>　?。ㄎ澹┑叵率彝鈮Φ脑O計方法 </p>

14、<p>　　在一般情況下，地下室外墻所承受的主要荷載為結構自重、地面活載、側向土壓力等。在我國已建成的高層建筑中，地下室外墻的墻厚和配筋相差很大，墻厚在200mm～700mm之間，配筋在565mm2一4909mm2之間，可見在結構可靠與經濟之間選擇一個合理的平衡，始終是一個值得探討的課題。地下室外墻的受力狀況與上部結構類型及平面布置有很大關系。當上部結構為框架結構時，上部填充砌體及±0.00樓板對地下室外墻頂端的約束

15、程度很小，此時可假定墻體頂端為鉸接。當上部結構為鋼筋混凝土剪力墻結構時，剪力墻及±0.00樓板對地下室外墻頂部的約束程度很大，此時可假定墻壁頂端為固接。基礎的剛度一般遠大于墻體剛度，所以墻的下端一般視為固定端。在實際情況中，考慮到邊界條件不十分明確，為安全起見，可對同一邊界采用兩種不同的假設，如按端部固定計算墻端彎矩，按端部鉸接計算墻跨中彎矩。一般來講，當上部結構為框架時，地下室外墻的墻厚和配筋要大些；當上部結構為剪力墻時，由

16、于正壓應力的存在，墻體厚度和配筋相對要小些。計算表明，外墻壁配筋滿足裂縫寬度要求后，一般能同時滿足承載力計算和構造要求；而當外墻配筋滿足承載力計算時，卻不一定滿足</p><p>　　總之，高層建筑混凝土結構的優(yōu)化設計可以從諸多方面人手，更加合理，有效地節(jié)約成本。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1]馮