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摘 要:本文即从高层建筑的结构特点入手,研究分析了高层建筑中混凝土结构的相关要求以及优化设计。
关键词：高层建筑；混凝土结构；优化设计
中图分类号：TU97文献标识码： A 文章编号：
随着我国社会主义经济体制的改革和发展，建筑行业已经蓬勃发展起来，并且伴随着人们生产生活水平的不断提高，对生活质量的要求更上升到一个较高的层次。近些年，我国房屋的迅速增加，使人们对住房的选择也有着更大的空间，高层建筑已经成为城市建设的主要内容。然而人们对自己所居住的建筑要求也越来越高，建造的各类高层建筑层出不穷给城市建设带来了新的面貌，日益复杂的使用功能和多样化的建筑特征给高层建筑结构的设计者带来了非常严峻的挑战。在此笔者结合多年的实践经验，对高层建筑混凝土结构设计如何优化进行分析和探讨，现总结如下。
高层建筑中混凝土结构的优化设计的基准
1.1 钢筋混凝土结构是最早的高层建筑结构，该结构主要由钢筋和混凝土构成，以用钢筋混凝土建造的包括薄壳结构大模板现浇结构和使用滑模升板等建造的钢筋混凝土结构作为主要承重要件。而高层建筑的结构在设计施工和使用维护的条件下主要有以下三方面要求：第一，适用性。建筑结构在其设计使用年限内应能满足预定的使用要求，有良好的工作性能，其变形裂缝或振动等性能均不超过规定的限度等。第二，耐久性。高层建筑的结构在设计的使用年限内应该具备移动耐久性如不得出现过宽裂缝导致建筑钢筋锈蚀保护层的厚度也不得太薄等。第三，安全性。建筑结构在其设计使用年限内应能够承受可能出现的各种作用且在设计规定的偶然事件发生时及发生后，结构应能保持必需的整体稳定性，不致倒塌。
1.2 结构可靠度。结构可靠性是指结构在规定的时间内 （即设计基准期），在规定的条件下（结构正常的设计施工使用和维修条件），完成预定功能（如承载力刚度稳定性抗裂性耐久性和动力性能等）的能力需要说明的是，当建筑结构的使用年限到达或超过设计基准使用期后，并不意味该结构立即报废不能使用了，而是说它的可靠性水平从此要逐渐降低了，在做结构鉴定及必要加固后，仍可继续使用。
二、高层建筑混凝土结构优化设计的具体方法
2.1 合理使用高强砼和高强钢筋。在建筑的整个施工过程中，用钢量是影响总造价的一个重要因素。因此，为了合理降低用钢量，降低造价，节约成本，設计中必须合理使用高强钢筋 然而在高层建筑位于深厚软弱地基之上的情况下，强砼和高强钢筋高优化构件截面尺寸的合理使用，对于减轻地基载荷，降低基础施工的难度，缩减造价，将具有非常直观的经济效果。由于地震对于一幢建筑的破坏程度，是与该幢建筑的自重成正比的，自重越大，受损毁的可能性，破坏程度就越大。因此，减轻建筑物自重能够减小其受地震破坏的程度，为建筑物的安全提供保证。所以，高强砼和高强钢筋在设计中的合理使用对于快速有效的减少墙柱梁板等构件的截面尺寸，减少用钢量，减轻建筑自重，最后达到降低造价及安全使用的目的具有十分重要的作用。
2.2 注重剪力墙的平面布置。具体应如何注重剪力墙的平面布置，我们应该从以下几方面做起： (1) 剪力墙的布置原则在于沿周边均匀相对集中布置，同时又不损害建筑原有的使用功能。一般布置在建筑物的楼梯间电梯间处，以及平面形状变化及恒载较大的部位，其间距宜适中，不宜过大。(2) 剪力墙墙肢截面应具有简单规则的特点，剪力墙结构应具有一定侧向刚度，但不宜过大。(3) 较多的短肢剪力墙不会起到联合剪力的良好效果，全部为短肢剪力墙的情况更是应该避免出现。
2.3 抗震设计中，注意混凝土筒体的承载力和延性。对于混合结构体系的高层建筑，出于抗震的需要，不同高度的建筑物，型钢柱的设置位置与设置方法是不一样的，型钢柱设置于筒体四角，建筑物高度一般低于130m，并且抗震设防等级多为7级; 筒体四角和楼面钢梁与型钢混凝土梁的交接处设置型钢柱，建筑物的高度一般高于130m，同时抗震设防等级为7、8、9级。以此增强外围框架的刚度及承载力。
具体可采取如下措施:：第一，设置外伸桁架加强层; 第二，分段拼装外伸桁架与筒体剪力墙的刚接的方法可以被采用；第三，贯通性的刚接桁架与抗侧力墙体应均匀分布。这样就可以很好地避免楼层在水平力作用下的侧移。
2.4 在高层建筑的结构设计中，对于一个独立结构单元，平面形状、各部分的刚度和承载力是三个需要考虑的重要因素。首先，平面结构形状应该最大限度的做到简单而且规则，长度不应过长，凸出部分不应过大，竖向体型宜规则、均匀，避免有过大的外挑和内收。其次，刚度和承载力在各部分应该分布均匀，竖向布置严重不规则的结构应该禁止采用，下大上小，逐渐均匀变化的侧向刚度结构才是最合理的。在结构设计的过程中，也许会出现这样的状况，结构足够合理，正如以上所述的标准一样，但却缺乏美观和实用性。这时，就需要结构设计人员要特别重视结构概念设计，并且将概念设计贯穿于建设过程的始终。使建筑结构在满足美观、适用的前提下，平面的布局和竖向布置既简洁又规则均匀，从而具有合理的刚度和承载力分布。
2.5房屋柱箍筋、框架梁等的加密区最大箍筋和最小箍筋的直径间距要符合国家规定。依据这些规定，房屋工程上习惯取柱箍筋和梁的加密区的最大间距100mm左右，而非加密区的箍筋的最大间距约为200mm左右计算程序的总信息通常也在柱箍筋、内定梁加密区间距100mm左右，以此为计算的依据算出加密区的箍筋面积，设计人员要依据规范最终确定肢数和箍筋的直径。但在程序内定条件下，当房屋框架梁跨中部有较大其他荷载或者有次梁存在而又仅有两肢箍筋的情况下，其非加密区的箍筋间距应该采取200mm左右，以使房屋梁非加密区配箍充足，所以建议内定的梁箍筋改为梁的非加密区取200mm。其既可保证梁箍筋加密区 （箍筋间距100mm） 的抗剪切能力，同时又适当增加了梁非加密区抗剪承载能力，使梁的强抗剪性能更充分的体现出来。
三、小结
由于高层建筑有着自己独特的特点，同时随着我国人民生活水平的逐步提高，对高层建筑等也提出了更高的要求，这就需要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。在高层建筑混凝土结构设计时，应充分考虑各方面因素，从整体上把握结构整体的设计，了解总体系和主要体系间所存在的最佳受力标准，从而找到最优结构方案，满足各方设计使用要求。
参考文献：
沈蒲生 高层建筑结构设计[ M ].北京：中国建筑工业出版社，2006 .
刘国光 关于我国经济管理体制改革的探讨[ J ] .中国历史研究，1998
马斌论经济管理体制改革目标模式[ M ].北京：中国展望出版社，
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
关键词：高层建筑；混凝土结构；优化设计
中图分类号：TU97文献标识码： A 文章编号：
随着我国社会主义经济体制的改革和发展，建筑行业已经蓬勃发展起来，并且伴随着人们生产生活水平的不断提高，对生活质量的要求更上升到一个较高的层次。近些年，我国房屋的迅速增加，使人们对住房的选择也有着更大的空间，高层建筑已经成为城市建设的主要内容。然而人们对自己所居住的建筑要求也越来越高，建造的各类高层建筑层出不穷给城市建设带来了新的面貌，日益复杂的使用功能和多样化的建筑特征给高层建筑结构的设计者带来了非常严峻的挑战。在此笔者结合多年的实践经验，对高层建筑混凝土结构设计如何优化进行分析和探讨，现总结如下。
高层建筑中混凝土结构的优化设计的基准
1.1 钢筋混凝土结构是最早的高层建筑结构，该结构主要由钢筋和混凝土构成，以用钢筋混凝土建造的包括薄壳结构大模板现浇结构和使用滑模升板等建造的钢筋混凝土结构作为主要承重要件。而高层建筑的结构在设计施工和使用维护的条件下主要有以下三方面要求：第一，适用性。建筑结构在其设计使用年限内应能满足预定的使用要求，有良好的工作性能，其变形裂缝或振动等性能均不超过规定的限度等。第二，耐久性。高层建筑的结构在设计的使用年限内应该具备移动耐久性如不得出现过宽裂缝导致建筑钢筋锈蚀保护层的厚度也不得太薄等。第三，安全性。建筑结构在其设计使用年限内应能够承受可能出现的各种作用且在设计规定的偶然事件发生时及发生后，结构应能保持必需的整体稳定性，不致倒塌。
1.2 结构可靠度。结构可靠性是指结构在规定的时间内 （即设计基准期），在规定的条件下（结构正常的设计施工使用和维修条件），完成预定功能（如承载力刚度稳定性抗裂性耐久性和动力性能等）的能力需要说明的是，当建筑结构的使用年限到达或超过设计基准使用期后，并不意味该结构立即报废不能使用了，而是说它的可靠性水平从此要逐渐降低了，在做结构鉴定及必要加固后，仍可继续使用。
二、高层建筑混凝土结构优化设计的具体方法
2.1 合理使用高强砼和高强钢筋。在建筑的整个施工过程中，用钢量是影响总造价的一个重要因素。因此，为了合理降低用钢量，降低造价，节约成本，設计中必须合理使用高强钢筋 然而在高层建筑位于深厚软弱地基之上的情况下，强砼和高强钢筋高优化构件截面尺寸的合理使用，对于减轻地基载荷，降低基础施工的难度，缩减造价，将具有非常直观的经济效果。由于地震对于一幢建筑的破坏程度，是与该幢建筑的自重成正比的，自重越大，受损毁的可能性，破坏程度就越大。因此，减轻建筑物自重能够减小其受地震破坏的程度，为建筑物的安全提供保证。所以，高强砼和高强钢筋在设计中的合理使用对于快速有效的减少墙柱梁板等构件的截面尺寸，减少用钢量，减轻建筑自重，最后达到降低造价及安全使用的目的具有十分重要的作用。
2.2 注重剪力墙的平面布置。具体应如何注重剪力墙的平面布置，我们应该从以下几方面做起： (1) 剪力墙的布置原则在于沿周边均匀相对集中布置，同时又不损害建筑原有的使用功能。一般布置在建筑物的楼梯间电梯间处，以及平面形状变化及恒载较大的部位，其间距宜适中，不宜过大。(2) 剪力墙墙肢截面应具有简单规则的特点，剪力墙结构应具有一定侧向刚度，但不宜过大。(3) 较多的短肢剪力墙不会起到联合剪力的良好效果，全部为短肢剪力墙的情况更是应该避免出现。
2.3 抗震设计中，注意混凝土筒体的承载力和延性。对于混合结构体系的高层建筑，出于抗震的需要，不同高度的建筑物，型钢柱的设置位置与设置方法是不一样的，型钢柱设置于筒体四角，建筑物高度一般低于130m，并且抗震设防等级多为7级; 筒体四角和楼面钢梁与型钢混凝土梁的交接处设置型钢柱，建筑物的高度一般高于130m，同时抗震设防等级为7、8、9级。以此增强外围框架的刚度及承载力。
具体可采取如下措施:：第一，设置外伸桁架加强层; 第二，分段拼装外伸桁架与筒体剪力墙的刚接的方法可以被采用；第三，贯通性的刚接桁架与抗侧力墙体应均匀分布。这样就可以很好地避免楼层在水平力作用下的侧移。
2.4 在高层建筑的结构设计中，对于一个独立结构单元，平面形状、各部分的刚度和承载力是三个需要考虑的重要因素。首先，平面结构形状应该最大限度的做到简单而且规则，长度不应过长，凸出部分不应过大，竖向体型宜规则、均匀，避免有过大的外挑和内收。其次，刚度和承载力在各部分应该分布均匀，竖向布置严重不规则的结构应该禁止采用，下大上小，逐渐均匀变化的侧向刚度结构才是最合理的。在结构设计的过程中，也许会出现这样的状况，结构足够合理，正如以上所述的标准一样，但却缺乏美观和实用性。这时，就需要结构设计人员要特别重视结构概念设计，并且将概念设计贯穿于建设过程的始终。使建筑结构在满足美观、适用的前提下，平面的布局和竖向布置既简洁又规则均匀，从而具有合理的刚度和承载力分布。
2.5房屋柱箍筋、框架梁等的加密区最大箍筋和最小箍筋的直径间距要符合国家规定。依据这些规定，房屋工程上习惯取柱箍筋和梁的加密区的最大间距100mm左右，而非加密区的箍筋的最大间距约为200mm左右计算程序的总信息通常也在柱箍筋、内定梁加密区间距100mm左右，以此为计算的依据算出加密区的箍筋面积，设计人员要依据规范最终确定肢数和箍筋的直径。但在程序内定条件下，当房屋框架梁跨中部有较大其他荷载或者有次梁存在而又仅有两肢箍筋的情况下，其非加密区的箍筋间距应该采取200mm左右，以使房屋梁非加密区配箍充足，所以建议内定的梁箍筋改为梁的非加密区取200mm。其既可保证梁箍筋加密区 （箍筋间距100mm） 的抗剪切能力，同时又适当增加了梁非加密区抗剪承载能力，使梁的强抗剪性能更充分的体现出来。
三、小结
由于高层建筑有着自己独特的特点，同时随着我国人民生活水平的逐步提高，对高层建筑等也提出了更高的要求，这就需要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。在高层建筑混凝土结构设计时，应充分考虑各方面因素，从整体上把握结构整体的设计，了解总体系和主要体系间所存在的最佳受力标准，从而找到最优结构方案，满足各方设计使用要求。
参考文献：
沈蒲生 高层建筑结构设计[ M ].北京：中国建筑工业出版社，2006 .
刘国光 关于我国经济管理体制改革的探讨[ J ] .中国历史研究，1998
马斌论经济管理体制改革目标模式[ M ].北京：中国展望出版社，
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