超高层建筑混凝土结构优化方案探讨

摘要：随着我国经济的快速发展，建筑结构设计技术的改进方案也越来越多，并且都向更高水准发展。由于人们对建筑的要求越来越高，追求更加美观、更实用的建筑，因此超高层建筑结构体系日趋多样性，需要更加重视超高层建筑混凝土结构的优化方案选择。文章通过对超高层建筑结构设计考虑因素提出了结构优化设计的方案。

关键词：超高层建筑；混凝土结构；优化设计；高强钢筋；抗震结构；平面刚度 文献标识码：A

中图分类号：TU973 文章编号：1009-2374（2015）25-0088-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.25.043

科技的进步和社会的发展，促使超高层建筑结构不断发生变化，建筑结构优化设计显得尤为重要，又加之国家建立节约型社会理念的不断深入，所以建筑需求者和供应者都对超高层建筑结构的优化设计提出了更高的要求。超高层建筑混凝土结构主要分为钢筋混凝土结构、组合结构、新型结构、智能建筑结构，这四种建筑结构存在递进的关系，钢筋混凝土结构是最早的超高层建筑结构，主要是由钢筋和混凝土构成，具有耐高温、位移小等特点。随着我国混凝土的不断发展，钢筋混凝土结构也是超高层建筑中运用最广泛的建筑结构形式，然而智能建筑结构又是在前几种结构基础上，结合现代建筑技术和高新技术发展起来的新型超高层建筑结构

形式。

1 超高层建筑结构设计考虑因素

对于超高层建筑，不同于高层建筑，但又与高层建筑相似，这两种建筑都是到达一定的高度，安全性就会成为主要的考虑因素，混凝土结构的优化设计作为建筑安全性的重要保证，在对于达到一定高度的超高层建筑进行设计时，混凝土的优化设计就显得尤为重要，所以超高层建筑结构在设计方案上需要充分考虑各方面的因素，从而保证超高层建筑的安全性。需要考虑的因素主要有以下三个方面：

1.1 建筑要求

对超高层建筑进行施工时，需要确定建筑功能要求和建筑体型，因为这两个部分为超高层建筑的主要构架，对建筑的平面布置、层数规划、地下层的层数以及地下室的布置都需要进行实地考察，对每个细节都要严格把关，结构设计必须和建筑设计密切配合。

1.2 楼层平面刚度

楼层平面刚度问题是建筑结构中常见的问题，在设计基本的机构观念或者是结构布置上缺乏必要的措施，虽然对程序采用了楼板变形的计算公式，但是编程在数学力学模型上的成立不代表在实际设计上能够准确无误，这是由于不可抗力等因素的偏差导致计算的误差性，从而导致建筑的不安因素增多，所以设计师需要通过对程序的计算和实际情况的考虑来反映结构的真实受力状况而避免于出现根本性的误差，因此，这就要求设计师对结构概念要求很强，同时也需要对楼层平面刚度的标准进行限制。

1.3 延性良好

超高层的延性其实就是在当超高层受到地震的作用力或者是其他侧向力作用的时候，超高层建筑的一种变形能力。在对结构进行多遇地震弹性时程分析时，建筑物高度的增加会使得结构自重增加、重心位置也会提高，地震作用产生的水平力也会增大，所以在对建筑进行结构设计时应该充分考虑地震对建筑的影响。然而，抗震结构一方面是超高层建筑结构设计中最重要的环节，另一方面也是超高层建筑结构设计中较复杂的一个环节，它需要综合考虑到建筑结构、建筑材料选择以及墙体承重等抗震规范设计要求，在当今的设计技术条件下，通过优良的概念技术和合理的构造措施可以使得超高层建筑有更好的延性，可以避免在地震作用下超高层建筑倒塌情况出现，保障人们的生命财产安全。

2 超高层建筑混凝土结构优化设计的方案

2.1 合理使用高强钢筋

在对超高层建筑进行施工的过程中，对建筑使用的钢筋量是影响整个建筑造价的一个重要因素。所以为了降低用钢量，降低造价，节约建筑成本，在对超高层建筑结构设计时需要合理使用高强钢筋，在超高层建筑位于深厚软弱地基之上的情况下，高强钢筋高优化构建截面尺寸的合理使用，通过减轻地基的承载量来降低基础施工的难度，同时还可以缩减造价，减低施工单位的成本，从而达到更大的经济效益。而且，在对超高层建筑自重减少的情况下，可以减小超高层受地震破坏的程度，因为建筑的破坏程度与建筑的自重呈现正相关关系，自重越大，受损毁的可能性增大，破坏程度就越大，通过减少建筑的自重，也为建筑物的安全提供了

保证。

2.2 抗震结构的优化

在对超高层建筑抗震结构进行设计的过程中，需要通过专业的抗震结构设计人员针对建筑特点以及地方的地震发生状况进行分析，以满足建筑物抗震结构设计规范为基础对建筑物的抗震结构进行严格设计。所以在进行超高层建筑物抗震结构优化设计的时候，首先需要合理严谨地选用结构优化设计中的材料，众所周知，钢筋混凝土材料的结构设计中，梁柱是主要的受力载体，在工程建设中，采用高标号的钢筋混凝土可以减少梁柱等构件的横截面，减轻结构本体的重量，促进建筑结构的抗震能力的提升，比如在对剪力墙的抗震结构设计过程中，应该充分考虑到剪力墙的抗震要求，设置单独的承重墙和承重柱，合理地匹配钢筋混凝土与混凝土的投放比例，最大限度地发挥钢筋混凝土的材料特性，保证剪力墙的抗震能力。同时还需要结合建筑材料的品种、质量、价格以及对周围环境的适应程度来保证建筑结构的抗震能力、安全性最大化；其次在处理一道截面较长的抗震墙方面，设计师应该充分利用其洞口设置成弱连梁，使每个墙段的高宽比不宜小于2，尽量将墙体分成单肢墙、多肢墙或者是小开口墙，从而提高抗震墙的变形能力，保证建筑的安全可靠；最后要加强我国建筑构造规定的安全度以及抗震计算方法，通过对梁柱承载力匹配程度、轴压比以及配筋率等抗震延性方面进行严格规定，从制度上进行改变和规制。

2.3 平面刚度的优化

对于超高层建筑的机构设计，平面结构、建筑各部分的刚度和承载力是需要着重考虑的因素，首先在设计结构时，为了避免造成施工过程中的麻烦，设计师应该尽力将结构的刚度、结构中心和几何设计到一点上，如果不能达到这个要求，将会造成施工队伍的麻烦。而且最重要的便是扭转问题，设计师需要充分考虑水平荷载力所受的各种因素；其次，通过对平面以及立面的选择，来解决超高层建筑设计的问题。对于平面上的选择，设计师应该尽量保证刚度中心和质量中心重合，这样能缩小位移比，也可以增加规范规定的表格，对于立面上的选择，设计师应该将竖向抗侧力构件保持上下连续贯通；最后，对于建筑的美观性的优化，在结构设计的过程中，结构足够合理，与前两点所说的一样，都符合条件，但是建筑却无法满足人们的审美观，实用性也不高，这就需要设计师在重视结构概念设计的同时，还需要建筑结构更加美观和实用。

3 结语

综上所述，在对超高层建筑混凝土结构设计时，应该充分考虑各方面因素，通过考虑超高层建筑的建筑要求、刚度要求以及建筑对延性的要求，总结出对超高层建筑混凝土结构的优化方案。

参考文献

[1] 李源新.高层建筑结构概念设计与高层剪力墙结构的优化[J].科技创新导报，2012，45（15）.

[2] 姜海菊.江浙地区高层建筑基础的选型与优化设计——以某高层住宅楼工程为例[J].建筑，2011，87（8）.

[3] 杨克家，梁兴文，张茂雨.带加强层超高层建筑结构基于能力谱法的抗震设计[J].地震工程与工程振动，2010，48（1）.

作者简介：石鑫锋（1986-），男，浙江绍兴人，宁波新星商品混凝土有限公司助理工程师，研究方向：混凝土品质

管理。

（责任编辑：黄银芳）