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摘要：高層建筑投入使用后，需要承擔建筑自身重量、外部荷載力、其他豎向荷載力等，再加上地震災害、大風災害的侵襲影響，這對建筑物整體的穩定性和安全性提出了更高的要求。而高層建筑混凝土結構是建筑物重要的組成部分，提高混凝土結構強度和耐久性有助于提高高層建筑的使用質量和安全性能。因此，在高層建筑施工中，需要對混凝土結構進行優化設計，采取有效的優化設計方法，提高混凝土結構的設計效果和水平，確保混凝土結構的安全性和穩定性，為高層建筑整體建設質量提供有力保障。

關鍵詞：高層建筑；混凝土結構；優化設計方法；建設質量

近年來，進行高層建筑混凝土結構設計時，由于缺乏先進的科學技術手段，導致計算、測量參數缺乏較高精準度，再加上施工過程中沒有注意細節問題，或者施工存在失誤問題，致使高層建筑在投入使用后存在很大的安全隱患。通過優化設計混凝土結構，嚴格按照設計標準進行設計工作，能夠消除傳統設計中的不足，提高混凝土結構的合理性和安全性，為高層建筑結構的安全性能提供有效保障。因此，進行高層建筑混凝土結構設計時，需要遵循安全性、適用性、可靠性設計原則，優化設計地基基礎、建筑平面結構、剪力墻結構、薄弱層結構、轉換層結構，嚴格控制混凝土的配合比，提高混凝土結構的密實度和強度，全面提升高層建筑的整體建設質量，延長高層建筑的使用年限。

1高層混凝土結構優化設計原則

1.1安全性

跟一般的建筑物相比，高層建筑物的建設高度較高，人口居住密度大，如果高層建筑物混凝土結構缺乏良好的穩定性，一旦發生自然災害，就會帶來嚴重經濟損失和人員傷亡，危害程度較高，所帶來的社會影響也更加深遠。因此，在進行高層建筑混凝土結構優化設計時，首要遵循的設計原則就是安全性，安全第一。以《混凝土結構安全健康標準》作為設計指導，設計過程中應重視結構性能，要提高整體混凝土結構抵御外部風險因素的能力，包括建筑抗震性、抗風性、抗水淹等，降低各種自然災害對建筑物的毀滅性破壞，這樣才能提高建筑安全系數，為人們的生命安全與財產安全提供強有力保障[1]。

1.2適用性

進行高層建筑混凝土結構設計時，不僅要考慮安全性，還需要考慮整體結構的適用性。設計人員需要了解掌握建筑物的使用功能，對高層建筑內部空間進行合理分析和優化設計，提高結構內部設計的科學性和合理性，確保建筑物的適用性，這樣能夠讓高層建筑的優勢充分發揮出來，滿足人們的使用需求。

1.3可靠性

進行高層建筑混凝土結構設計時，還需要考慮到施工材料、施工工藝等因素，這些因素會對混凝土結構的穩定性和耐久性產生一定的影響。為了提高設計質量和效果，需要嚴格檢查施工材料質量，嚴格規范施工工藝和施工技術，這樣才能確保施工流程高效有序進行，確保混凝土結構質量符合設計要求，延長高層建筑結構的使用年限，提高建筑整體結構的可靠性。

2高層混凝土結構設計存在的問題

2.1地基基礎設計問題

地基基礎設計也是混凝土結構設計中的重要組成部分，只有合理設計地基基礎，才能為建筑物提供良好的支撐作用，提升高層建筑混凝土結構質量。就目前高層混凝土結構設計來看，很多設計人員沒有重視地基基礎設計部分，基礎設計缺乏安全性和經濟性，最終影響了高層建筑的使用質量。比如，在柱下獨立基礎帶梁板式的地下室底板設計中，很多設計人員都忽略了地基的沉降風險問題，沒有將沉降變形帶來的附加應力納入考慮范疇，最終導致底板處于不安全狀態下，地下室底板缺乏良好的承載能力，在外力作用下很容易出現開裂情況[2]。

2.2建筑結構選型設計問題

新的建筑結構設計規范對結構的可靠度、設計計算等內容進行了更新和補充，尤其是對結構規則性增加了很多限制，對抗震及結構的整體性提出了更高的要求，同時也深化了建筑設計中的超高問題。比如，新的建筑結構設計規范明文規定，建筑物的建筑設計方案不能采用嚴重不規則的建筑平面結構。因此，在進行高層建筑結構設計時，設計人員需要嚴格按照建筑設計規范開展設計工作，合理設計建筑平面結構，盡可能選擇簡單、規則的建筑結構。如果設計方案中存在不符合設計規范的情況，設計人員需要根據實際條件進行適當調整，避免設計工作中存在隱患[3]。

2.3抗震設計問題

近年來，很多地區頻繁發生地質災害，最為常見的就是地震，一旦出現地震災害就會發生建筑物倒塌事故，帶來嚴重的經濟損失和人員傷亡，鑒于此，人們開始對建筑結構的抗震性能投以高度關注的目光，這就要求在高層混凝土結構設計中，注重抗震設計。影響高層建筑混凝土結構抗震性能的因素有很多，鋼筋的使用數量、鋼筋分布情況、結構構件連接的穩定性等都會對其產生影響，一旦設計人員沒有對這些進行優化設計，那么混凝土結構的抗震性能就無法得到強有力保障。此外，高層建筑的平面結構、剪力墻結構以及薄弱層結構部分的設計效果也會影響建筑物的抗震性能，此部分內容也需設計人員重點關注。

2.4混凝土結構裂縫問題

在高層建筑鋼筋混凝土結構設計中，混凝土裂縫問題普遍存在，混凝土裂縫類型分為溫度裂縫、膨脹裂縫、收縮裂縫、結構裂縫等。進行高層建筑施工時，經常會在施工現場現澆制作鋼筋混凝土結構構件，構件不同，它們的剛度也存在很大的差別，這就導致整體鋼筋混凝土結構中部分區域的剛度無法達到規定要求，在后續施工中或者投入使用后這些薄弱區域就會逐漸產生裂縫，如果不采取有效的措施進行處理，裂縫會逐漸蔓延擴大。而溫度裂縫經常出現在大體積混凝土結構中以及溫差較大的區域，這是因為混凝土結構表面散熱比較快，而混凝土結構內部由于發生水化反應導致內部熱量不容易散發出去，混凝土結構內外溫差就比較大，混凝土表面就會產生一定的應力，一旦應力高于混凝土的最大抗拉強度，裂縫就產生了[4]。

2.5混凝土材料配比不合理

作為高層建筑施工中的重要建筑材料，混凝土的屬性并不是單一的，而是多樣性的，混凝土的原材料有水泥、石頭、砂子、添加劑、水等，將這些原材料拌和在一起最終凝結形成混凝土材料。在施工過程中，由于高層建筑的建設要求不一樣，對混凝土的強度和耐久性標準也存在很大差異，這就要求進行混凝土材料拌和時，需要提前進行試驗，嚴格按照試驗比例進行配比，這樣才能確保混凝土質量達到規定要求。就實際情況來看，還是存在混凝土材料配比不合理的情況，大大降低了混凝土的標號等級，這樣在混凝土結構施工環節，混凝土表面很容易出現氣泡、凹坑、蜂窩麻面等缺陷，嚴重影響了混凝土結構質量，降低了高層建筑的穩定性和安全性。比如，制作混凝土時，如果砂石材料的投入比例超出了規定配比，那么在攪拌過程中由于骨料過度集中導致拌和物出現分崩離析狀態，嚴重情況下混凝土材料會發生硬化，使得混凝土的牢固性大大降低。

3高層混凝土結構的優化設計方法

3.1強化地基基礎設計

地基基礎設計在混凝土結構設計中占據著重要地位，地基基礎承載著整體的建筑物結構，良好穩定的地基有助于高層建筑混凝土結構質量的提升。因此，在進行混凝土結構優化設計時，需要注重地基與基礎設計，根據建筑施工的相關要求選擇合適的基礎類型，制定多種基礎設計方案，對比分析各方案的經濟性和安全性，從中選取出最佳方案，以此降低造價成本，提高建筑物的穩定性、抗震性和安全性。設計前需要實地考察施工現場，掌握了解建筑的地理位置、地質條件、水文條件、周圍的環境因素等，在此基礎上綜合分析，制定合適的建筑方案。如果建筑的地理位置優越，地質條件不復雜，建筑的建設高度不是很高，就需要選擇一些簡單方便的淺性基礎，比如獨立基礎或者條形基礎。如果建筑的地理位置條件復雜程度高，建設高度很高，地基基礎需要承擔較大的負荷，就可以選擇樁基礎，通過樁基礎將建筑物整體的荷載傳遞到土質穩定良好的土層上，有效避免建筑物的沉降問題。如果建筑物水文地質條件好，而且要求的層數高，筏板基礎是較為合適的選擇，筏板基礎不僅能夠提高下部持力層，還能使高層混凝土結構的基礎面積得到明顯提升，這樣能夠使土層單位面積的受力值大大降低，確保地基基礎具有良好的穩定性，對建筑物的不均勻沉降進行合理控制。

3.2合理設計建筑平面結構

只有具備良好的抗震性能，高層建筑才能抵御地震災害的侵襲，而高層建筑的平面結構布局是影響建筑物抗震性能的主要因素。因此，需要重點關注建筑平面結構設計。在進行建筑平面結構設計時，需要嚴格遵循高層建筑抗震設計原則，掌握了解混凝土結構材料對建筑抗震性能的影響，參考建筑物的建設高度，確定好建筑物所要達到的抗震等級。通常情況下，如果建筑平面結構具備簡單、規則、對稱特點，那么它不僅符合抗震規定要求，顯著提高了整體的抗震能力，還能使地震釋放的能量盡快消耗掉，大大降低地震延伸所帶來的破壞力。如果建筑平面結構屬于多塔結構、頂塔結構，就需要對它們的振型數進行合理掌握，將其大小控制在合理范圍內，認真核算設計數據，根據抗震設計理念和標準規范設計要求，在確保建筑物建設要求得到滿足的前提條件下，對建筑平面結構的設計內容進行優化完善，確保高層建筑混凝土結構具有較強的抗震性能[5]。

3.3優化設計高層建筑剪力墻結構

進行高層建筑剪力墻結構設計工作時，需要根據相關建筑結構，認真考慮剛度角和延性角2個問題。為了優化設計相關結構的延性水平，需要保證結構的承載力保持不變，再根據建筑主體結構的抗變形效果對其進行優化設計；為了優化設計相關結構的剛度水平，設計人員需要根據建筑物主體結構的側向位移和自身的自振周期對相關結構進行標定。設計人員需要深入研究剪力墻的構件結構，對構件結構的延性、剛度、極限承載力進行合理分析，在此基礎上采取有效的措施提高剪力墻構件結構的支撐強度和穩定性。同時，在進行相關剪力墻結構的優化設計時，需要同步進行減震隔離設計工作，確保兩者工作的步調協調一致。通過優化設計高層建筑剪力墻結構，確保高層建筑支座間的彈塑性位移角持續保持在合理范圍內，而且通過提高彈性層間位移角限值，能夠讓鋼筋混凝土結構得到進一步優化，顯著提升混凝土結構的剛度參數和延伸特性參數。

3.4提高對薄弱層結構設計的重視度

在高層建筑混凝土結構設計中，需要高度重視薄弱層結構的設計工作。在地震等自然災害影響下，高層建筑的薄弱層會出現下沉、變形情況，從而嚴重破壞了建筑內部的混凝土結構，降低了混凝土結構的穩固性，帶來了安全隱患。因此，設計人員需要優化設計建筑中的薄弱層，確保高層建筑具有良好的安全性能。如果高層建筑混凝土結構的豎向結構剛度無法保持連續性，再加上建筑物沒有按照標準規定要求的樓層剛度進行施工作業，那么就會很容易出現建筑結構薄弱層，建筑物的安全隱患也會大大增加。這種情況下，設計人員進行薄弱層結構優化設計時，就需要通過對薄弱樓層的安全標準進行適當調整，確保薄弱層的設計能夠符合設計規范和安全標準要求。如果制定的安全標準缺乏合理性，那么薄弱樓層的施工質量必將達不到相關規定要求。此外，進行混凝土結構設計時，還需要加強對薄弱層周邊區域和周邊構架的設計，這樣能夠提高高層建筑薄弱層的設計效果，讓建筑物整體具備較強的抗震性能，確保建筑物的使用安全。

3.5做好轉換層結構設計工作

高層建筑底部各層的建造不僅要滿足建筑空間的各項建設要求，還需要在建筑中的相應位置設置一定的轉換層，確保上下結構的轉換具有良好的過渡性。因此，在進行高層建筑混凝土結構優化設計時，需要做好轉換層結構的設計工作，不僅要保證轉換層上下垂直方向的結構設計符合設計標準，還需要對轉換層的上部和下部結構的剛度比進行嚴格控制，這樣在剪力墻建造施工比例合理控制的前提條件下，能夠顯著降低上下混凝土結構剛度突然變化帶來的影響力。如果轉換層的結構設計存在不足，就會導致建筑物的整體結構存在缺陷，這個缺陷的位置就會成為地震侵襲的突破口，安全隱患很大。同時，還需要對高層建筑轉換層以上豎向構件的數量進行嚴格控制，從而使轉換層結構剛度的差異性大大降低，這樣即便混凝土結構的轉換層發生了剛度轉變，也不會對建筑物整體的安全性能帶來太大的影響。此外，高層建筑轉換層的混凝土澆筑面積很大，對混凝土結構強度提出了很高的要求，施工過程中需要格外注意混凝土溫度裂縫問題。相關人員需要合理調整振搗點及振搗范圍，不僅要避免振搗棒碰撞鋼筋，還需要保證混凝土內部振搗的均勻性。

3.6嚴格控制混凝土的配合比例

混凝土作為高層建筑施工中不可或缺的材料，它的參數和性能會對高層建筑的施工質量和使用年限產生直接影響。因此，在進行高層建筑結構優化設計時，需要優化設計混凝土配合比。為了提高混凝土結構強度，相關人員需要提前做好混凝土試驗工作，混凝土配合比設計內容包含用水量、水泥用量、砂石總用量等。選擇水泥時優先選擇普通硅酸鹽水泥，此種水泥的水化熱反應適中，可避免因混凝土內外部溫差過大而影響混凝土性能，然后再根據相關規定要求準備其他試驗原料，同時需要對各種砂石骨料的含水量和大小進行準確檢測，最后再運用專業的計算方式，獲得科學有效的混凝土配合比。當然配合比并不是固定不變的，相關人員還需要結合施工的建設要求和施工現場的實際情況，適當調整各原材料的添加比例，這樣才能提升混凝土結構強度和耐久性[6]。進行混凝土拌和時，施工人員需要嚴格按照原材料的添加順序進行添加，確保均勻混合混凝土材料，混凝土攪拌時間可以有效參考攪拌設備的容積和混凝土的性能表現，這樣拌和出來的混凝土強度才能滿足施工要求。還需要著重關注混凝土的水化熱控制方式，將材料膨脹劑適量添加在混凝土原材料中，合理控制混凝土內外溫差。在混凝土施工過程中，如果施工環境的溫度比較低，就需要采取有效的保溫措施避免混凝土出現結冰或者凍害現象。在高層建筑施工中，經常會大量地澆筑混凝土，施工人員需要對混凝土的水灰比和坍落度進行嚴格把控，保證混凝土的密實度和強度，減少混凝土裂縫問題的產生。

4結語

綜上所述，優化設計高層建筑混凝土結構具有至關重要的作用，能夠提高混凝土結構強度和穩定性，為高層建筑施工奠定堅實的基礎。因此，在高層建筑施工中，需要提高混凝土結構優化設計的重視度，優化設計高層建筑的各個單元結構，提高各結構的建設質量，確保混凝土結構符合施工要求，提高高層建筑的使用質量和使用安全性，有效保障人們的生命安全和財產安全。

參考文獻：

［1］趙鑫.高層建筑混凝土結構優化設計分析研究［J］.工程建設與設計，2020（5）：18-19，43.

［2］鄭鵬.高層混凝土結構優化設計方法探究［J］.城市建筑，2020，17（29）：92-93.

［3］郭中元.高層建筑混凝土結構優化設計分析研究［J］.建筑工程技術與設計，2019，33（36）：905.

［4］陳樹建.高層建筑混凝土結構優化設計分析研究［J］.建材發展導向，2019，17（11）：184-198.

［5］楊勤.關于高層建筑鋼筋混凝土結構設計問題的探討［J］.建材與裝飾，2018（46）：106.

［6］蔡舒平.探析結構工程中混凝土結構的優化設計［J］.建材與裝飾，2019（6）：279-280.

作者：王晨 單位：山東華邦建設集團有限公司