浅论高层建筑混凝土结构设计

胡智荣

摘要：随着高层建筑物的不断涌现，在进行建筑混凝土结构设计时，要充分考虑建筑物的各个方面因素，对建筑物存在的地震力、自重和地基载荷影响采取有效的措施进行治理，更好的保证建筑物混凝土结构具有足够的强度、刚度和承载力，提高建筑物的整体质量。

关键词：高层混凝土；结构；设计

1.高层建筑混凝土结构设计的原则

1.1整体性

混凝土结构设计的整体性是指把各个部分组成一个整体，研究整体的功能和设计规律，从整体和部分中发现整体的特征。

1.2结构性

在混凝土结构设计过程中，要充分了解其结构及其各要素是非常重要的。建筑结构决定着建筑的性能和质量，影响着它在建筑中的使用和其发展情况，同时它也是性能的载体，还可以反作用于结构。混凝土结构的各要素运动的稳定性与结构息息相关。

1.3最优化性

混凝土结构设计中存在差异整合，使建筑的各个部分合理的组合在一起，差异的部分相互互补，相互支持，相互需要，保证着整合后的性能。建筑结构的形成也离不开差异整合，充分体现了它的重要性，在设计过程中，我们要重视这一点。

1.4动态性

混凝土结构设计的动态原则是把握系统的内外联系，以及发展趋势，动力规律、方式等方面，使混凝土在建筑中提供更好地应用，满足需求，把握时代的发展方向，跟随时代的脚步。

2.高层建筑混凝土结构的具体设计

2.1结构选型及布置

2.1.1结构选型

（1）结构的规则性问题。新旧规范在这方面的内容出现了较大的变动，新规范在这方面增添了相当多的限制条件，例如：平面规则性信息、嵌固端上下层刚度比信息等，而且，新规范采用强制性条文明确规定“建筑不应采用严重不规则的设计方案”。因此，结构工程师在遵循新规范的这些限制条件上必须严格注意，以避免后期施工图设计阶段工作被动。

（2）结构的超高问题。在抗震规范与高规中，对结构的总高度都有严格的限制，尤其是新规范中针对以前的超高问题，除了将原来的限制高度设定为A级高度的建筑外，增加了B级高度的建筑，因此，必须对结构的该项控制因素严格注意，一旦结构为B级高度建筑甚或超过了B级高度，其设计方法和处理措施将有较大的变化。

（3）嵌固端的设置问题。由于高层建筑一般都带有二层或二层以上的地下室和人防，嵌固端有可能设置在地下室顶板，也有可能设置在人防顶板等位置，因此，在这个问题上，结构设计工程师往往忽视了由嵌固端的设置带来的一系列需要注意的方面，如：嵌固端楼板的设计、嵌固端上下层刚度比的限制、嵌固端上下层抗震等级的一致性、在结构整体计算时嵌固端的设置、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等等问题，而忽略其中任何一个方面都有可能导致后期设计工作的大量修改或埋下安全隐患。

2.1.2结构布置

（1）结构平面布置

一般來说，对于高层建筑内，除了极特殊的设计需求外，在高层建筑内每一个独立结构单元都不宜采用严重不规则的平置布置设计，也就是说，应该追求形状简单、规则，尽可能做到刚度和承载力分布均匀，高层建筑宜选用风作用效应较小的平面形状。

1）结构平面布置应减少扭转的影响。首先考虑地震作用下的偶然偏心因素，其中最重要的是评估楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移。具体规定是，A级高度的高层建筑，其位移值不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍；B级高度的高层建筑、混合结构高层建筑以及复杂高层建筑不应大于该楼层平均值的1.2倍。

2）抗震设计时的高层结构平面布置。高层建筑宜调整平面形状和结构布置，避免结构不规则，不设防震缝。然而当建筑物平面形状复杂，我们又无法通过简单的办法将其平面形状和结构布置调整，从而形成较规则的结构时，这时我们就应该设置防震缝，以便将其划分为几个较简单的结构单元。设置防震缝时，对于框架结构房屋来说，高度不超过15米的部分，一般取70毫米；超过15米的部分，还要加宽20毫米。另外，剪力墙结构的房屋可按上述规定数值的一半采用。而对于框架—剪力墙结构房屋可按原规定的70%采用，但无论如论，防震缝的设计不应少于70毫米。同时，防震缝的宽度的确定应按最不利的结构类型确定。具体规定是，如果防震缝两侧的房屋高度不同，那么防震缝的宽度应按照较低的房屋确定。如果出现相邻结构有较大的沉降差时，还要增大防震缝的宽度。

（2）结构竖向布置

高层建筑的竖向结构更加重要，直接影响到整体建筑的质量。高层建筑的竖向体型宜规则、均匀，如无特殊的设计需要，则应力求避免有过大的外挑和内收。出于重心和稳定的考虑，整体建筑的竖向结构应该下大上小，侧向应该是逐渐均匀变化。如果是竖向结构不是直的，或者不是下大上小，出现严重不规则的结构，那就需要特殊的结构设计，否则会为整体建筑结构的稳定性带来隐患。如果建筑结构竖向内收时，从抗震需要的角度，高层建筑结构的楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70%，或者说不应小于其上相邻三层侧向刚度平均值的80%。另外一个方面，当高层建筑结构位于上部的楼层，其缩进部位到室外地面的高度与房屋高度之比大于0.2时，上部楼层收进后其长度不宜小于下部楼层长度的75%。

2.2地基与基础设计

在这一阶段，所出现的问题也有可能更加严重甚至造成无法估量的损失。在地基基础设计中要注意地方性规范的重要性问题。由于我国占地面积较广，地质条件相当复杂，《地基基础设计规范》无法对全国各地的地基基础都进行详细的描述和规定。因此，作为建立在国家标准之下的地方标准，地方性的《地基基础设计规范》能够将各地方的地基基础类型和设计处理方法等一些成熟的经验描述和规定得更为详细和准确。

2.3楼盖结构设计

高层建筑的楼盖结构，对于整体结构的质量也有着重要影响。出于成本等因素的考虑，很多建筑商倾向于选用楼板预制件，这在地震时产生很大的风险。所以，国家规定，当高层建筑高度超过50米时，框架—剪力墙结构、筒体结构及复杂高层建筑结构应采用现浇楼盖结构，剪力墙结构和框架结构宜采用现浇楼盖结构。现浇楼盖的混凝土强度等级不宜低于C20、不宜高于C40。高层建筑的楼盖每层宜设置钢筋混凝土现浇层，现浇混凝土层厚度不应小于50mm，且对于混凝土的强度来说其等级不应低于C20，但也不宜高于C40。同时在混凝土层内应分纵横两个方向配置直径6—8mm、间距150—200mm的钢筋网，钢筋应锚固在剪力墙内；同时，楼盖的预制板板缝宽度过大，当预制板缝大于40mm时应在板缝内配置钢筋，钢筋的长充应该足够长能够贯穿整个结构单元。对于预制板板缝、板缝梁的混凝土强度来说，其混凝土强度等级应高于预制板的混凝土强度等级，且不应低于C20。

2.4抗震等级的设计

高层结构的抗震等级的设计要结合当地的地震发生状况，按照百年一遇、两百年一遇的标准来设计，在可能的情况下，还要提高抗震等级。当本区域的抗震防烈度为6到8度时，抗震等级还要在这个基础上再提高一度。在进行高层建筑的抗震设计时，其钢筋混凝土结构构件所采用的抗震等级，主要考虑到设防烈度、结构类型和房屋高度，因这三个因素不同而采用不同的抗震等级。一般来说，高层建筑都是有地下室的，当高层建筑把地下室顶层作为其嵌固端时，这时地下室的抗震强度就应该与整体结构完全相同，否则仍然会对整体建筑有着较大的影响。如果不是这样，那么地下室的抗震等级可以稍微降低一下需求，根据每个地区的具体情况采用三级或四级。

3.结语

高层建筑结构设计在系统中占据全面的工作，要建设扎实的理论知识、创新的思路和认真负责的工作态度。设计工作人员要从每一个基本的结构抓起，并配合其他的专业人士的工作经验和教训。

参考文献：

[1]段凤英.对现浇混凝土结构施工的质量控制之我见[J].改革与开放，2009（05）

[2]方鄂华主编.高层建筑结构设计[M].北京：清华大学出版社，2012（05）