摘要：本文闡述了高層建筑中混凝土結構的優化設計的原則，探討了高層建筑混凝土的結構設計。

　　關鍵詞：高層建筑；混凝土；結構設計；原則

　　Abstract: this article expounds the concrete in the high-rise building structure optimization design principle, and probes into the concrete structure design of high-rise building.

　　Keywords: high building; Concrete; Structure design; principle

　　隨著我國人民生活水平的逐步提高，在日常生活中由于振動致使的人體的舒適問題逐漸體現出來。 所以，在建筑結構設計時，可以充分發揮建筑材料的力學特性，以獲得理想的降低造價設計。但是，現代房屋居民對房屋的要求較高，常常抱怨振動等引起的舒適性問題。 這就要求設計者還要通過動力結構的設計優化達到有效控制房屋的共振，降低震動對人們日常生活的影響，增強人們對建筑物結構設計的信任度和穩定性。

　　一、高層建筑中混凝土結構的優化設計的原則

　　高層建筑的結構在設計、 施工和使用維護的條件下主要有以下三方面要求：第一，安全性。 高層建筑的結構在設計和合理使用的年限內應該能夠承受各種可能出現的突發情況。 而且在遭受偶然事件后，建筑物的結構應該能夠保持必要的穩定性。 第二，耐久性 。高層建筑的結構在設計的使用年限內應該具備移動耐久性。 如不得出現過寬裂縫導致建筑鋼筋銹蝕、 保護層的厚度也不得太薄等。 第三，適用性。 高層建筑的結構設計在其合理使用的年限內應該能夠滿足使用要求，具備良好的抗變形 、抗裂縫或者抗振性能。

　　二、高層建筑混凝土結構設計

　　1、超長結構的溫度變形和混凝土干縮變形

　　鋼筋混凝土結構是建筑工程的關鍵部位， 設計標準中對此提出的規定涉及到室內條件下現澆結構的伸縮縫間距需嚴格控制，框架結構間距最大不超過55m， 而現澆剪力墻結構伸縮縫的最大間距45m。 若處于露天環境時， 混凝土結構伸縮縫的間距更要嚴格控制， 運用這樣的工程結構主要能處理好兩方面的問題。

　　（1）干縮裂縫

　　當現澆混凝土在凝固硬化過程中常會出現收縮應力， 整個結構則會出現干縮裂縫， 該結構形式越長， 則造成的干縮裂縫越大。

　　(2)結構控制

　　超長結構的運用應當符合工程當地的季節變化, 大氣溫度的變化將造成結構出現熱脹冷縮， 這樣很容易導致結構出現溫度裂縫。另外， 結構越長， 則溫度產生的作用越大， 這在許多建筑工程里是很難避免的問題。 若參照工程規定的要求布置伸縮縫， 常會造成雙墻、 雙柱、 雙梁， 對高層建筑的立面處理防水構造會造成很大的不便。 考慮到有效處理超長結構混凝土干縮裂縫的問題， 當前工程單位主要采取的措施為分布混凝土后澆帶， 把大的樓板面積劃分成小的區格， 第一步結合混凝土澆筑小的區格 ，在小區格混凝土干縮變形結束后對區格之間的預留帶進行澆筑。 此方法能有效防范干縮裂縫的出現 ，維持了建筑結構的正常性 。需要注意的是， 后澆帶不得取代結構的溫度伸縮縫， 這是由于后澆帶混凝土硬化后， 樓板會變成較長的整體 ，后澆帶則發揮不了應有的作用。建筑資料提到，受到溫差因素的影響 ，結構的應力變化具有一定的規律， 具體為：（a） 高層建筑屋面或屋面下1 層--2 層應力大；（b）往下逐漸降低， 同一層樓板處中間的應力大， 兩邊則相對較小；（c） 對剪力墻兩端的應力大， 中間的相對較小；（d）山墻來講頂部的幾層的拉應力大；（e） 結構剛度變化多的一層應力大， 例： 結構轉換層上面的那一層 。

　　鑒于這些實際的規律狀況， 超長結構需配合下列處理方法， （a）對屋面 、外墻面的保溫隔熱進行處理， 防止陽光給結構帶來的輻射；（b） 溫度應力大的位置需做好配筋， 溫度鋼筋的布置需合理；（3） 屋頂外露挑檐板、 女兒墻等構件需在適當位置分布一道縫， 一般每隔15m，縫寬20mm， 縫內縱向鋼筋無需斷開。

　　2、結構計算與分析

　　（1）結構整體計算的軟件選擇。 由于各軟件在采用的計算模型上存在著一定的差異，因此導致了各軟件的計算結果有或大或小的不同 。所以，在進行工程整體結構計算和分析時，必須依據結構類型和計算軟件模型的特點選擇合理的計算軟件。 對計算結果的合理性、 可靠性進行判斷是十分必要的，是結構工程師最主要的任務之一，這項工作要以結構工程師的力學概念和豐富的工程經驗為基礎。

　　（2）結構整體計算需控制的幾個參數。（一） 剪重比：控制各樓層最小地震剪力，確保結構安全性。 若過小，說明底部剪力過小，這時應注意結構位移和結構穩定是否滿足要求 。若過大，應檢查輸入信息是否有誤或剪力墻過多結構太剛。（二） 剛度比：控制結構豎向規則性，避免產生剛度突變 。（三）位移比：控制結構平面規則性,以免產生扭轉 它反映的是質心與剛心的偏離程度 平面布置宜規則，對稱，使質心和剛心盡量重合。（四） 周期比：控制結構扭轉效應. 結構扭轉為主的第一自振周期與平動為主的第一自振周期之比， A 級高度高層建筑不應大于0.9， B 級高度高層建筑不應大于0.85。 反映的是抗扭剛度與抗側剛度之間的關系。（五） 層間受剪承載力比：控制豎向不規則。

　　（3）是否需要地震力放大，考慮建筑隔墻等對自振周期的影響，規范中根據大量工程的實測周期，明確提出了各種結構體系下高層建筑結構計算自振周期折減系數，已列為強制性條文，需特別注意。

　　（4）多塔結構和分縫結構的計算分析。 一段時間以來,大底盤、多塔樓的高層建筑類型大量涌現，而在計算分析該類型高層建筑時，是將結構作為一個整體并按多塔類型進行計算，還是將結構人為地分開進行計算，是結構工程師必須注意的問題。 如果分開計算，下部裙房及基礎計算誤差較大，且各塔之間相互影響無法考慮。 應先進行整體計算，但計算周期比時應將各塔分開。

　　（5）非結構構件的計算與設計。 在高層建筑中，往往存在一些由于建筑美觀或功能要求，且非主體承重骨架體系以內的非結構構件。對這部分內容，尤其是高層建筑屋頂處的裝飾構件進行設計時，由于高層建筑的地震作用和風荷載均較大。 因此，必須嚴格按照規范中的非結構構件的計算處理措施進行設計。

　　3、抗震等級的設計

　　高層結構的抗震等級的設計要結合當地的地震發生狀況，按照百年一遇、兩百年一遇的標準來設計，在可能的情況下，還要提高抗震等級。當本區域的抗震防烈度為6到8度時，抗震等級還要在這個基礎上再提高一度。在進行高層建筑的抗震設計時，其鋼筋混凝土結構構件所采用的抗震等級，主要考慮到設防烈度、結構類型和房屋高度，因這三個因素不多而采用不同的抗震等級。一般來說，高層建筑都是有地下室的，當高層建筑把地下室頂層作為其嵌固端時，這時地下室的抗震強度就應該與整體結構完全相同，否則仍然會對整體建筑有著較大的影響。如果不是這樣，那么地下室的抗震等級可以稍微降低一下需求，根據每個地區的具體情況采用三級或四級。總而言之，高層建筑鋼混結構設計要從豎向和平面的結構設計、抗震等級多方面的角度來分析，嚴格執行國家的相關規定。如果僅從混凝土的構造要求來說，例如鋼混立柱，對房屋高度大而柱中軸力較大時，宜采用型鋼混凝土柱或者鋼管混凝土柱，也就是說要采用高強度混凝土柱。抗震等級為特一級的高層建筑結構中，其鋼筋混凝土框架柱宜采用型鋼混凝土柱或鋼管混凝土柱，底部加強部位及其上一層的彎矩設計值，應按墻底截面組合彎矩計算值的1.1倍采用。另外，對于高層建筑物混凝土的質量也要有較高的要求，我們要增加一定的添加劑到水泥和石灰中，用來增強混凝土的配筋率。同時還要高濕度的養護，以保障混凝土部件的不變形。概言之，只有科學的結構設計、嚴格的操作規范和高質量的標準要求，才能有合格的高層建筑。

　　4、 合理地使用高強鋼筋和高強砼

　　高層建筑總造價一般包括框架結構的材料、 施工及基礎物料費用等，其中用鋼量和構筑件截面積對房屋造價的影響較大，所以，在建筑設計時合理地使用高強砼和高強度鋼筋，可以有效地降低建筑用鋼量，大幅度節約建筑成本。 如果高層的建筑設計是位于厚軟的地基之上，那么由于矗立于地基上的荷載較大，高效合理地使用高強鋼筋及高強砼來優化構件截面積，以減輕結構重量，這將會顯著地降低工程造價和基礎設施的施工難度，以取得較好的經濟效果。 對于我國震區的高層樓房來說，地震力的作用的大小是與建筑物的自重成正相關的，有目的地減輕建筑物自重，進而降低建筑物結構在地震中的荷載，可以大幅度提高建筑物安全性 。在建筑設計中合理高效地使用高強鋼筋和高強砼，能有效快速縮小梁、 墻 、板、 柱等的構件截面積，達到降低用鋼量，降低建筑造價的目的。