高层建筑混凝土结构设计研究

杨栋

摘要：随着我国经济的发展和科学技术的进步，城市中的高层建筑如雨后春笋，日益增加。高层建筑混凝土结构设计复杂，应从结构设计特点、结构选型、具体程序计算、结构构造措施等方面把握整个设计。本文主要分析了高层建筑混凝土结构设计要求、要点以及计算与分析。

关键词：高层建筑；混凝土结构；设计要求；设计计算

引言：钢筋混凝土结构是建筑设计中常见的力学和功能结构，由于钢筋混凝土结构具有良好的刚度、抗剪性、整体性和经济性，在各种类型的高层建筑设计和施工中得到了广泛的应用。然而，近年来在高层建筑应用的过程中也发生过钢筋混凝土结构不稳定、倒塌等恶性事故，高层建筑混凝土结构设计研究成为了建筑设计和施工技术人员的重要课题。

一、高层建筑混凝土结构设计要求

高层建筑与低层建筑有所不同，它的结构设计比低层结构设计更加复杂，建筑特征也更加明显。高层建筑混凝土结构在设计时需要遵循以下几点要求：安全性、适用性、耐久性和可靠性。

1、安全性

安全性包括两个方面，一是建筑设计施工时的安全；二是建筑物使用期间的安全。在设计阶段着重考虑的是建筑物使用期间的安全。实际设计时，设计人员应当对建筑结构作用承受力、整体稳定性等因素进行考虑，要保证偶然性、突发性事件发生后，建筑结构还能保持必需的稳定，不会在事件中及事件后发生倒塌。

2、可靠性

建筑结构可靠度是指建筑在规定的使用时间内能充分发挥出预定功能的一种能力。这些预定功能包括结构承载力、结构刚度、强度，整体稳定性、耐久耐用性等等。值得提及的是，一般情况下，当建筑结构达到了它的预定使用年限之后，建筑就应该报废，不再使用。这是因为达到预定时间之后，建筑各方面性能都会下降，若继续使用，很容易引起安全事故。

3、适用性

适用性是指在建筑物的功能必须要满足居住者的适用要求，结构本身要具备良好的工作性能，在使用过程中不要发生变形、裂缝等问题；不可避免的是，随着使用时间的增加，建筑结构难免会出现一些裂缝、变形问题，但只要保证建筑裂缝、变形程度不会超出固定值，建筑整体结构就不会受到大影响。

二、高层建筑混凝土结构设计要点

1、结构平面布置

一般来说对于高层建筑内，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划的平置布置设计，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，例如抗震设计的A级高度钢筋混凝土高层建筑，其平面长度不宜过长，突出部分长度不宜过大，不宜采用角部重叠的平面图形或细腰形平面图形。

（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，其位移值不应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。

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。

3、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搞震等级，主要考虑到设防烈度、结构类型和房屋高度，因這三个因素不多而采用不同的抗震等级。

三、高层建筑混凝土结构结构计算与分析

1、结构整体计算的软件选择

由于各软件在采用的计算模型上存在着一定的差异，因此导致了各软件的计算结果有或大或小的不同。所以，在进行工程整体结构计算和分析时必须依据结构类型和计算软件模型的特点选择合理的计算软件。对计算结果的合理性、可靠性进行判断是十分必要的，是结构工程师最主要的任务之一，这项工作要以结构工程师的力学概念和丰富的工程经验为基础。

2、结构整体计算中的几个参数

（1）剪重比，它能有效控制各楼层的最小地震剪力，保持结构的安全性。如果剪重比太小，底部剪力不足，就必须分析结构位移与结构稳定能否达到设计要求。剪重比太大了，要检查输入信息错误与否，剪力墙结构的刚性是否过大。

（2）刚度比，它影响着结构竖向规则性，能减少刚度骤然发生变化。

（3）位移比，主要针对结构平面规则性而言，位移比要控制好，建筑才不会发生扭转。位移比能体现出质心和刚心相互偏离的程度。平面布置宜规则，应对称，质心与刚心应尽可能重合。

（4）周期比，控制结构扭转效应。对比结构扭转为主与平动为主的第一自振周期，A 级高度高层建筑应低于0.9，B级高度高层建筑应小于0.85。层间受剪承载力比，能确保竖向的规则性。

3、非结构构件的计算与设计

在高层建筑中，往往存在一些由于建筑美观或功能要求且非主体承重骨架体系以内的非结构构件。 对这部分内容，尤其是高层建筑屋顶处的装饰构件进行设计时，由于高层建筑的地震作用和风荷载均较大。因此，必须严格按照规范中的非结构构件的计算处理措施进行设计。

4、建筑结构的周期性折减系数

高层建筑的框架结构、顶盖等结构设计中，由于填充墙体的出现，其结构的实际刚度会比设计刚度要大，周期也是如此，因此，当设计的结构的剪力较小时，建筑某些结构的安全性也会降低，此时我们应适度减少结构的房屋结构的计算周期，不过针对建筑的框架结构而言，周期性折减系数的方法不适合在此运用。而针对框架结构，采用砌填充墙，计算周期的折减系数约为0.6到0.7；砌体的填充墙选用轻质砌块时，折减系数可为0.7-0.8；全部运用轻质墙体板时，该系数可为0.9。有墙的纯框架，其计算周期军营做出合理折减。

四、结束语

在建筑结构的设计中，需要工程技术人员正确理解规范，采用合理设计方法，如果在设计过程中出现遗漏或错误，将会使整个设计过程变得更加复杂或存在不安全因素。因此，作为建筑结构人员，需要充分了解高层建筑混凝土结构设计要求，掌握结构设计要点并控制好结构设计每个环节，以确保结构设计的稳定性和安全性。

参考文献

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