结构工程优化设计与结构措施

结构工程优化设计与结构措施

刘震

610502199404093835

摘要：高层建筑投入使用后，需要承担建筑自身重量、外部荷载力、其他竖向荷载力等，再加上地震灾害、大风灾害的侵袭影响，这对建筑物整体的稳定性和安全性提出了更高的要求。而高层建筑混凝土结构是建筑物重要的组成部分，提高混凝土结构强度和耐久性有助于提高高层建筑的使用质量和安全性能。因此，在高层建筑施工中，需要对混凝土结构进行优化设计，采取有效的优化设计方法，提高混凝土结构的设计效果和水平，确保混凝土结构的安全性和稳定性，为高层建筑整体建设质量提供有力保障。

关键词：高层建筑；混凝土结构；优化设计方法；建设质量

引言

混凝土结构是目前各类建筑中最常见的结构，在高层建筑中起着不可替代的作用。高层建筑的混凝土结构主要有组合结构和钢筋混凝土结构两种类型。在混凝土结构设计过程中，需要兼顾使用需求和安全性能，但在结构设计过程中，却存在一些不足之处。因此，需要明确混凝土结构中存在的问题，并提出相关的解决措施来优化设计，促进高层建筑的发展。

1高层混凝土结构优化设计原则

1.1安全性

跟一般的建筑物相比，高层建筑物的建设高度较高，人口居住密度大，如果高层建筑物混凝土结构缺乏良好的稳定性，一旦发生自然灾害，就会带来严重经济损失和人员伤亡，危害程度较高，所带来的社会影响也更加深远。因此，在进行高层建筑混凝土结构优化设计时，首要遵循的设计原则就是安全性，安全第一。以《混凝土结构安全健康标准》作为设计指导，设计过程中应重视结构性能，要提高整体混凝土结构抵御外部风险因素的能力，包括建筑抗震性、抗风性、抗水淹等，降低各种自然灾害对建筑物的毁灭性破坏，这样才能提高建筑安全系数，为人们的生命安全与财产安全提供强有力保障。

1.2适用性

进行高层建筑混凝土结构设计时，不仅要考虑安全性，还需要考虑整体结构的适用性。设计人员需要了解掌握建筑物的使用功能，对高层建筑内部空间进行合理分析和优化设计，提高结构内部设计的科学性和合理性，确保建筑物的适用性，这样能够让高层建筑的优势充分发挥出来，满足人们的使用需求。

1.3可靠性

进行高层建筑混凝土结构设计时，还需要考虑到施工材料、施工工艺等因素，这些因素会对混凝土结构的稳定性和耐久性产生一定的影响。为了提高设计质量和效果，需要严格检查施工材料质量，严格规范施工工艺和施工技术，这样才能确保施工流程高效有序进行，确保混凝土结构质量符合设计要求，延长高层建筑结构的使用年限，提高建筑整体结构的可靠性。

2高层建筑混凝土结构设计中存在的问题

2.1设计选型的问题

由于高层建筑结构相对复杂，在对混凝土结构选型时会出现很多矛盾，比如结构是巨型化还是自重轻型化，又或者是开间扩大化，高层是转换层还是加强层，这些在设计的时候都需要进行仔细考量。因此在设计选型时，要及时掌握新的建筑规范，明确建筑规则，避免设计出的高层建筑不符合现有的规定。在设计过程中要考虑周围的地理情况，避免出现返工，也要避免为了追求效果而出现不可操作的情况，影响施工的进度和质量。

2.2材料选择的问题

不同材质的混凝土应用在高层建筑建设中各有其局限性设计时对材料考虑不周会导致结构强度不可靠或者资源浪费,增加建设成本。运用于建筑的混凝土结构材料可以大致分为素混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土。素混凝土是单纯的混凝土，抗剪强度低，难以充当高层建筑结构的材料，所以高层建筑混凝土结构常用钢筋混凝土和预应力混凝土。钢筋混凝土抗拉强度良好、制作方便，而且成本低，但作为抗拉构件时存在徐变和容易开裂的问题，而且自重较大，不利于抗震和施工时的吊装，此外在天气状况不佳的情况下施工，钢筋混凝土部件的连接也会出现问题。预应力混凝土由于提前添加预应力，可以增强混凝土结构的抗裂性能，适用在可适当变形的建筑中，对于高层建筑而言是一种优良材料，但预应力混凝土结构设计复杂，并且加工工艺难度高，造价也较高。所以，在混凝土结构设计中需要重视材料的合理选择，以兼顾工程质量及造价成本。

3高层建筑混凝土结构设计的优化措施

3.1合理应用BIM信息技术

在混凝土结构设计中，可以借助BIM技术，通过构建建筑模型进行模拟实验，让设计者更加直观地看到设计模型，修改设计中的不足，不仅可以加强设计者和需求者之间的交流，满足用户的实际需求，同时也能够有效避免施工过程中的不足，发现问题在短时间内进行解决，保障工程的施工进度。在设计过程中还可以利用信息技术来对大量的施工数据进行分析和计算，避免出现人为计算的错误，提高数据的准确率，减少因施工数据偏差影响后续施工的稳步推进。

3.2耐久性方面设计对策

耐久性设计是高层建筑混凝土结构优化设计重要内容之一。许多设计单位在对高层建筑混凝土结构进行设计过程中，未能对建筑周边环境影响进行充分考虑，导致了混凝土结构性能可靠性不足问题。可见，高层建筑混凝土结构设计优化，必须实现对材料及造价的集中控制，确保混凝土结构设计与材料配比设计充分符合标准要求，进而确保混凝土结构设计的耐久性充分满足相关规定要求。随着人们生活质量与生活要求不断提高，人们在高层建筑方面的居住要求也越来越高，也越加凸显了混凝土结构耐久性设计的重要性，设计单位应基于建筑使用要求，提升高层混凝土耐久性设计水平，为人们营造更好、更优质的居住条件。

3.3优化原材料选用设计

对于高层建筑，材料的选用直接决定了混凝土结构的整体质量。优化混凝土结构设计，在选材上就是要在保证质量的前提下尽可能地减少钢筋用量，降低工程造价，因此，在设计时要优先考虑选择高强钢筋。由于建设需求和土地资源缺乏相冲突，有时不可避免地需要在软土地基上进行工程建设，增大建设成本。为了减少工程造价，降低施工难度，一方面对建筑有强度要求，另一方面还要想办法减轻建筑对地基产生的荷载，最大程度上减轻混凝土的总重，在设计时对钢筋混凝土构件的界面尺寸进行优化。从地震等自然灾害对于高层建筑所造成的危害分析可知，地震危害程度有一部分就取决于建筑物的自重，因此，在设计高强度混凝土和高强度钢筋时，根据现有的技术标准综合考量，最大程度上减少各构件截面尺寸，进一步减少钢筋总量，降低建筑物的重量，在减少工程造价的同时，使建筑物的安全性得到显著提升。

3.4优化设计高层建筑剪力墙结构

进行高层建筑剪力墙结构设计工作时，需要根据相关建筑结构，认真考虑刚度角和延性角2个问题。为了优化设计相关结构的延性水平，需要保证结构的承载力保持不变，再根据建筑主体结构的抗变形效果对其进行优化设计；为了优化设计相关结构的刚度水平，设计人员需要根据建筑物主体结构的侧向位移和自身的自振周期对相关结构进行标定。设计人员需要深入研究剪力墙的构件结构，对构件结构的延性、刚度、极限承载力进行合理分析，在此基础上采取有效的措施提高剪力墙构件结构的支撑强度和稳定性。同时，在进行相关剪力墙结构的优化设计时，需要同步进行减震隔离设计工作，确保两者工作的步调协调一致。通过优化设计高层建筑剪力墙结构，确保高层建筑支座间的弹塑性位移角持续保持在合理范围内，而且通过提高弹性层间位移角限值，能够让钢筋混凝土结构得到进一步优化，显著提升混凝土结构的刚度参数和延伸特性参数。

结语

综上所述，优化设计高层建筑混凝土结构具有至关重要的作用，能够提高混凝土结构强度和稳定性，为高层建筑施工奠定坚实的基础。因此，在高层建筑施工中，需要提高混凝土结构优化设计的重视度，优化设计高层建筑的各个单元结构，提高各结构的建设质量，确保混凝土结构符合施工要求，提高高层建筑的使用质量和使用安全性，有效保障人们的生命安全和财产安全。

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（5）：18-19，43.

［2］郑鹏.高层混凝土结构优化设计方法探究［J］.城市建筑，2020，17（29）：92-93.