高层建筑混凝土结构优化设计探讨

高层建筑混凝土结构优化设计探讨
摘要：混凝土结构在高层建筑中是比较常见的材料，其安全性、稳定性关系到
人民群的生命和财产，从而受到多方关注。

因此，本文从高层建筑中混凝土结构
现状入手，并基于高层建筑，对混凝土结构的优化设计进行深入探讨，以供参考。

关键词：高层建筑；混凝土结构；抗侧力结构
引言：高层建筑结构因其高度，在日常使用中不仅需要承受外部因素影响，
还需承担自身质量以及竖向载荷。

因此，在进行混凝土结构设计时，需要结合建
筑实际用途以及各项条件进行优化，提高高层建筑的建设水平。

1.高层建筑中混凝土结构现状
现阶段，高层建筑混凝土结构主要可以分为以下类型，分别是：钢筋混凝土
结构、组合结构、新型结构以及智能建筑结构[1]。

钢筋混凝土结构其组成材料是
钢筋和混凝土。

其主要是通过大模板现浇结构、薄壳结构以及升板等相关材料构
造的钢筋混凝土结构，是主要的承重构建。

此类型整体构造良好，且耐高温。

组
合结构是由钢筋混凝土组合与组合砌体结构组成，该结构能够通过将混凝土填充
于结构之中后从而达到提升承载能力的目的，能够有效地节省钢材。

新型结构中
剪力墙体系和框架体系是较常使用的类型，该体系可分为筒中筒体系、框筒体系
以及束筒体系。

相较于传统单片平面结构，其具有更高的抗侧刚度。

智能建筑结
构是融合了先进技术产品的建筑结构，在现阶段的高层建筑中应用范围较小。

随
着社会经济的发展，人们的生活水平、需求也日益增加，现存的建筑结构正不断
优化、完善，为建筑结构设计提供了技术支持。

但在我国高层建筑混凝土结构中仍存在局限性，主要是高层设计内容和建筑
结构尺寸方面。

第一点，设计内容较为复杂。

与国外高层建筑相比，我国高层建
筑发展时间较短，致使高层建筑混凝土结构的设计缺乏相关理论、实践、技术支撑。

另外该结构比较复杂且建筑过程中变量多，难以实现因变量和主变量的区别，从而阻碍高层建筑混凝土结构的设计优化。

第二点，结构尺寸优化过度。

相关设计人员根据高层建筑结构所需材料的性
价比以及负载能力能够将与设计条件的最优化结构截面计算出来，但在一定程度
上也忽略了对建筑结构的整体优化。

现阶段，高层建筑混凝土结构中最主要的优
化内容就是形状优化。

但部分设计人员认为只要有设计方案的加持，运用计算机
软件就能够计算出准确数据，实际上并不能对建筑结构尺寸起到优化作用，反而
难以确保建筑结构的最终质量。

2.混凝土结构在高层建筑中的优化设计
2.1合理布置建筑平面结构及材料
高层建筑混凝土结构的平面布局直接影响该建筑的抗震性，抗震性是相关人
员设计建筑结构时所靠考虑的基础性问题。

在实际的设计工作时，需要严格按照
我国高层建筑抗震的设计原则、标准等方面进行，并把握混凝土结构材料对实际
建筑抗震性的影响，主要是根据高层建筑的楼层高度进行合理调整。

多数情况下，提升建筑整体抗震性的建筑结构多为简单、对称、规则的构造，若是发生地震，
能够有效地消耗地震振波，并弱化地震的延伸性，降低地震带来的对高层建筑的
损害[2]。

而在设计多塔结构或是顶部塔楼结构时，相关设计人员需要合理控制其
大小，对其振型数进行把握，在达到建筑要求的基础上，尽量进行平面结构的设计，从而提升高层建筑混凝土结构的抗震性能。

与此同时，在高层建筑混凝土结构中，所用原材料直接关系到整体建筑质量。

一般来说，高层建筑混凝土结构多使用钢筋和混凝土，两者用量以及质量对于整
体的工程造价以及建筑质量具有及其现实的意义。

有时，为减少工程造价，会减
少钢筋的使用数量，这对钢筋强度提出了相当高的要求，因此这时需要选用高强
度的钢筋。

在实际高层建筑施工过程中，因建筑选择地点或土地资源问题，需要
施工团队在软土地基上进行作业，在该情况下，为减少多余工程造价，不仅需要
选用高强度钢筋，还要在最大程度上选择高强度混凝土。

2.2根据建设要求选择建筑基础类型
高层建筑结构对建筑地基的要求极高，因其承载上部结构的全部重量。

在进
行类型选择时，相关人员应依据施工区域周围环境、地质勘察资料以及载荷要素
等方面进行综合分析。

同时，地基基础类型直接影响高层建筑的安全性能、成本
以及功能，因此要以严肃的态度对其进行科学的选择。

对于建筑层数较少且施工
区域水文、地质条件较好的高层建筑，可选择条形基础或独立基础，这两类属于
经济型，便利性较高；对于建筑层数较多且当地水文、地质条件一般的的高层建筑，需要通过进行桩基础施工加大端承力，提高建筑整体的载荷力；对于建筑层
数多但区域内的水文以及地质条件优越的高层建筑或是建筑层数少但区域内各项
条件差的高层建筑，均可选用筏板类型的混凝土基础，加大持力层的基础面积，
从而提成基础的整体承载能力。

2.3有效的抗侧力结构
高层建筑混凝土结构中，有效的抗侧力结构系统能够提高建筑物的整体抗震
能力。

在进行日常的混凝土设计时，设计人员需要对建筑功能、高度等方面进行
综合考虑，从而选择有效、适当的抗侧力结构系统。

当建筑建构小于50m时，但对内部结构要求更高时，可采用框架结构，使得可以充分利用构架空间的灵活性；当建筑高度在100m左右时，可采取剪力墙结构，保证高层建筑混凝土结构的整
体强度；当建筑对空间、结构要求皆高时，可采取框剪结构或是框筒结构系统，
既保障空间结构又具有高强度。

2.4嵌固端位置设计
普遍情况下，高层建筑较普通建筑一般会加设人防结构和地下室结构，因此
需要设置嵌固端于人防顶板以及地下室顶板[3]。

嵌固端的设置位置会影响到高层
建筑结构，若是在设计时未对嵌固端的位置进行准确设计则会导致高层建筑结构
出现问题。

以嵌固端的上下强度为例，在设计过程中，相关人员需要根据嵌固端
楼板设计情况或是结构缝位置问题进行综合分析，主要分析上下层的抗震等级。

同时加强细节设计，对高层建筑结构的安全性能进行科学分析，再进行设计作业。

2.5薄弱层结构设计
对于高层建筑来说，其关键设计之一就是薄弱层设计。

主要由于，一旦发生
地震，若是建筑薄弱层设计不当，会造成其在强烈震动下出现形变情况，为高层
建筑和混凝土结构带来严重的安全方面影响。

因此，相关设计人员应提高对薄弱
层的重视程度，进行切实有效的薄弱层结构设计。

在高层建筑混凝土结构竖向结
构的刚度是不连续状况下，且刚度较标准低，这是需要借助放大调整系数的构件
设计，保证薄弱层结构符合安全标准，从而确保高层建筑的抗震性能。

2.6优化转换层结构设计
高层建筑底部各层对空间的要求标准较多，因此需要设计转换层去完成结构
转换。

对于高层建筑混凝土结构的转换层设计，尤其需要注意转换层上部与下部
的竖向结构设置，若是设计不合理则会造成竖向刚度的突变型转变，影响高层建
筑的整体安全性能。

因此，通过严格控制高层建筑混凝土结构转换层上、下刚度，从而避免此种情况的发生。

另外，还需设计高层建筑上层的竖向构件数量，从而
降低转换层结构的刚度差，确保该建筑整体结构满足工程建设标准。

结论：综上所述，高层建筑和混凝土结构体系较为繁杂，因此在进行该建筑结构
的优化设计时，应着重考量建筑平面布局、涉及材料选择以及抗地震性能设计等
方面，从而建设安全、达标的高层建筑。

参考文献：
[1]赵鑫.高层建筑混凝土结构优化设计分析研究[J].工程建设与设计,2020(05):18-
19+43.
[2]张瑾.浅议高层建筑混凝土结构方案设计与优化[J].山西建筑,2018,44(17):51-53.
[3]于涛.高层建筑钢筋混凝土剪力墙结构设计分析[J].城市住宅,2020,27(04):193-194.。