高层建筑混凝土结构的稳定设计分析

黄红生

【摘要】文章分析了高层建筑混凝土结构的设计特点，探讨了提高高层建筑混凝土结构的稳定性措施。

【关键词】高层建筑；混凝土；结构；稳定性

1高层建筑混凝土结构设计特点

风或水平地震作用成为影响混凝土结构内力、混凝土结构变形及建筑物土建造价的主要因素。高层建筑和低层建筑一样，承受自重、活载、雪载等垂直荷载和风、地震等水平力。在低层混凝土结构中，水平荷载产生的内力和位移很小，可以忽略不计；在多层结构中，水平荷载的效应（内力和位移）逐渐增大；在高层建筑中，水平荷载和地震力将成为主要的控制因素。

相对于较低楼房而言，高层的混凝土结构在地震作用下的变形更大一些。建筑混凝土结构的耐震主要取决于混凝土结构的承载力和变形能力两个因素。为了使混凝土结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，避免高层建筑在大震下倒塌，必须在满足必要强度的前提下，通过优良的概念设计和合理的构造措施，来提高整个混凝土结构、特别是薄弱层（部位）的变形能力，来保证混凝土结构具有足够的延性。

2高层建筑中的混凝土结构设计内涵

随着高层建筑混凝土结构应用于高层建筑越来越广泛，要想保证高层建筑混凝土结构设计达到规范规定的标准，就必须遵循一定的原则，加强高层的建筑结构的使用维护、施工及设计，原则需求主要表现在以下三个方面：

第一，安全性。在设计的合理的使用年限以内的高层建筑的结构时应该可以承担各种可能发生的突发情况。而且在发生了偶然事件以后，建筑物的结构必须要保持一定的稳定特性。

第二，耐久性。在设计的可以使用的年限以内，高层建筑的结构应该具有一定的耐久性。

第三，适用性。在它能够合理使用的年限以内，高层建筑结构的设计应该可以满足使用的要求，具有较好的抗振、抗裂缝或者抗变形的性能。

3 高层建筑混凝土结构稳定设计考虑因素分析

3.1侧向力

无论是高层建筑还是低层建筑，它们都承受着风、地震力和垂直载荷（如自重、雪载和活载等） 等外力。只不过低层建筑受到水平力较小，而高层建筑受到水平力随着层数的增多而不断增大。在高层建筑混凝土结构设计时，应着重考虑到水平荷载和地震力等会影响混凝土结构变形、混凝土结构内力和建筑物土建造价的主要控制因素。

3.2适宜刚度

高层建筑的侧向位移会随着高度的增加而逐渐增大，在混凝土结构设计时应考虑到混凝土结构的强度必须足够且自振频率得合理等因素，以控制水平力作用下的高层建筑的侧向位移在一定范围之内。

3.3 延性良好

高层建筑与低层建筑相比其混凝土结构要更加柔性一些，若受到相同的地震力作用也更容易变形。在混凝土结构设计时首先应满足足够的强度，其次再通过优良的概念设计和合理的构造措施提高混凝土结构整体和局部的变形能力，保证混凝土结构在进入塑性变形阶段仍具有较强的变形能力，即具有足够的延性，以避免高层建筑在大地震作用下而倒坍，造成人们财产安全损失。

4高层建筑混凝土结构稳定设计对策分析

4.1 单元结构布局设计的完善

高层建筑的结构设计的主要内容是对各个单元结构进行独立设计。单元结构设计通常应用于一些建筑结构比较简单、规则的平面设计，在设计过程中，需要注意适当的控制平面结构中的整体、突出部分的长度，确保各个部分的承载力和结构强度均匀。在竖向结构的设计中，通常采用一些比较均匀、规则的设计，能够有效的控制建筑外观与内部结构之间的问题。

4.2 高强混凝土与钢筋使用的优化

混凝土和钢筋是高层建筑的主要施工原料，在具体的设计过程中，需要保障在高层建筑质量的前提下，对高强度的混凝土和钢筋的使用进行相关的优化，减少混凝土和钢筋的使用量，提高资源的配置效率。

例如，在地壳运动较活跃的地区进行高层建筑设计时，设计人员应该明确高层建筑的重量越大，地震的作用程度就越剧烈，在保障高层建筑的质量的前提下，对其进行优化设计，尽量的减少混凝土和钢筋的使用量，降低振动作用程度，提高其建筑结构的稳定性和安全性，延长其使用年限。

4.3 对剪力墙平面结构设计的合理化

设计人员在对高层建筑混凝土结构进行优化设计时，还需要重视剪力墙平面结构布局对高层整体建筑结构承载力均匀程度的影响。在进行剪力墙平面结构的优化设计时，主要是通过以下几点：一是将高层建筑的基本结构功能作为其设计的依据，最大程度的将剪力墙进行集中化和均匀化设计。二是找准高层建筑的设计基准，对剪力墙进行双向布置，尽可能的减少使用一些短肢剪力墙。

4.4 高层建筑钢筋混凝土结构抗震功能设计

高层建筑钢筋混凝土的抗震设计是建筑设计中的关键因素之一，在进行工程图纸设计时，房屋的结构按照其抗震的设防进行分类，其中房屋抗震的等级可以依据房屋结构类型、烈度和高度来按照国家抗震规范来确定。高层房屋结构的层数多或者房屋结构的刚度突变系数较大的话，其振型数则应该多取，例如房屋结构中含有多塔结构、顶部有小塔楼、转换层等，其振型数应尽量取大于等于12的数，但是它的大小依然不可以大于房屋总共层数的3倍，除了含有弹性的楼板，而且在进行总刚性的分析时，它的振型数才可以取的更大些。

4.5 加强对高强砼和高强钢筋的合理设计

为了可以有效的降低基本设施实施的难度与工程造价，在高层建筑混凝土结构设计中，要合理的使用高强混凝土和高强度钢筋。高层建筑的总造价一般包含框架结构的基础物料、施工及材料费用等，其中影响房屋造价比较大的是构筑件截面积和用钢量，为了有效的降低建筑的用钢量可以在建筑设计的时候合理的使用高强度钢筋和高强混凝土，这样可以大幅度的节约建筑的成本。

若高层的建筑设计是在厚软的地基上面的话，由于矗立在地基上面的荷载比较大，所以应该高效合理的使用高强混凝土及高强钢筋来优化构件的截面积，用来减少结构的重量，这样可以明显的降低基本设施的实施难度和工程的造价，用来取得较好的经济效果。

4.6 加强对高层建筑构造周期性折减系数设计

在框架结构中，当采用砌体来填充墙体时，折减系数在计算周期时取0.6～0.7；当采用轻质的砌块或者墙体少时，折减系数在计算周期时取0.7～0.8；当采用轻质的墙板时，折减系数在计算周期时取0.9。除了没有墙的框架结构，其余都要进行适量的折减。

在框架结构与顶盖结构设计中，填充墙会直接使结构的实际刚度大于设计时的刚度，所以这就会导致计算周期远远大于结构的实际周期，计算出的结构剪力比较小时，这就会使房屋建筑的结构不安全，所以要把建筑物的结构计算周期进行适当的折减，只有这样建筑的效果才能有所改善。

结 语

高层建筑的混凝土结构设计是现代建筑设计的重点和难点。在对混凝土高层建筑进行结构设计时，必须严格注意，在设计中充分发挥建筑力学材料的特性，加强设计过程的优化，根据实践经验设计出结构稳定的建筑作品，减少针对给人们日常生活带来的影响，在保证人们对建筑结构稳定性的信任度，满足建筑的舒适度。

參考文献

[1] 关于高层建筑混凝土结构的稳定设计研究[J]建筑工程.2014（04）

[2] 高层建筑混凝土结构施工问题探讨[J]城市建筑.2014（08）