高层建筑钢筋混凝土结构设计

（南京市建筑设计研究院有限责任公司 江苏南京 210000）

高层建筑钢筋混凝土结构设计

马中华

（南京市建筑设计研究院有限责任公司 江苏南京 210000）

高层建筑在我国的建设规模越来越大，为了解决人口较为密集城市的人口居住问题，随着高层建筑的体量和规模的增大，设计难度也越来越高。本文以高层建筑为主要论点，着重讨论其钢筋混凝土结构设计的要点，简要分析高层建筑钢筋混凝土设计工作中存在的不足之处，并根据具体问题，提出合理适当的建议，简要说明高层建筑混凝土结构设计问题。

高层建筑；钢筋混凝土；结构设计

引言：我国高层建筑的结构设计工作已经较为成熟，高层建筑的设计规范也较为完善，但在实际的设计工作中，仍存在不尽人意的缺点，需要设计人员进行不断完善。

一、钢筋混凝土结构的不足

1、环境因素

钢筋混凝土结构的耐久性、结构稳定性等性能都很良好，但目前使用的钢筋混凝土材料只有在多层建筑的应用情况下较为正常，高层建筑的较高楼层在遭受温差较大的冻融循环、级别较大的风荷载、高空偶然的冲击荷载、较高楼层的位移等因素的影响时都极大的损害了钢筋混凝土构件的外表层，结构在长期的外界环境侵蚀之下会产生明显的裂缝，对混凝土构件的安全造成了影响。

2、结构因素

高层建筑的结构受外界环境影响较大，高层建筑顶层的偏移非常大，建筑立面的钢筋经常发生位移，从而不断产生疲劳载荷，降低钢筋的寿命，影响结构整体的耐久性；高层建筑整体质量较大，若地基所在地质条件不佳很可能加速地下结构的整体下沉；混凝土结构在经常受强度较大的外界荷载的作用下，会逐渐开裂，提前进入开裂阶段，加速了钢筋进入强化阶段的时间，缩短建筑的整体寿命。

3、设计因素

高层建筑设计人员大多以国家规定的设计规范为主要资料开展设计工作，大多数建筑设计人员对现场的勘察并不是非常仔细，根据现场的地质条件、风速、水文条件等指标，在设计规范中找出大致的类别范围，即完成勘察工作。设计规范制定的标准只适用于大多数工程的设计，若某一高层建筑的地质条件和水文条件不符合设计规范对应的地质条件和水文条件时，再按照规范规定的设计参数继续进行设计工作，会加速地下结构的下沉速率，严重的可能导致挡土墙崩塌，楼体整体倾倒。

在实际设计工作中，设计人员的理论水平参差不齐，较多设计人员并不能掌握概念法绘制弯矩图的能力，在没有计算机辅助的情况下无法对结构的稳定性和受力合理性进行快速判断，对施工过程中的结构改造工作造成较大影响。

二、高层建筑结构分析

1、高度控制

高层建筑的杆件联系形式属于串联方式，因此，高层建筑的位移随着层数的增加而逐渐增大，这样的结构形式极大影响了较高楼层房屋的结构耐久性，也在一定程度上削弱了其抗震能力，对高层建筑的层数进行适当的控制是非常必要的。对于发生超高现象的高层建筑，在保证其容积率和绿化率的情况下，应当适当加大其单层建筑面积以减少建筑的层数。

2、体系类型

高层建筑的钢筋混凝土结构要比一般建筑的钢筋混凝土结构要求较高，其外部钢筋混凝土结构的耐久性和结构稳定性要足够强，对于应该布置抗剪力构件的部位要不断进行计算和设计方案的优化，内部结构要能起到配合外部框架结构抵御风荷载等外界载荷影响的作用。

三、高层建筑结构设计要点

1、抗震设计

在设计高层建筑时，应尽量减少其振型个数，由于振型的个数与楼层的层数呈正比，因此，高层建筑应尽量控制其层数，层数越高，其位移越大，抗震性能越弱。在室内布置钢筋混凝土剪力墙，使每一层都可以被简化为一个刚体，增强其结构稳定性。长度过大的建筑单体应考虑在建筑单体的某一位置将建筑截断，建筑与建筑之间不可以连接为一个完整的整体，这样做主要是为了避免建筑受到结构损害时造成危害更大的连续倒塌事故，抗震设计要秉承小震不坏、中震可修、大震不倒的原则。

2、耐久设计

在高层建筑建设过程中，尽量减少施工难点的产生，在结构设计条件允许的情况下，适当的使用钢筋用量较少的高强混凝土材料，该混凝土结构不仅在力学性能上与钢筋混凝土结构相似，而且由于其抗压强度比传统混凝土材料要大很多，所以抵御冲击荷载和冻融循环的能力有所加强，从而加强了混凝土结构的耐久性。高层建筑的耐久性材料不光要考虑其各项指标知否能够达到设计要求的耐久性要求，更要考虑材料的重量和成本等其他因素，设计单位要对现场进行充分的勘测，全面收集现场的地质情况、水文情况和风荷载情况等因素的数据，针对地下土层较为复杂的施工现场，设计人员不可以粗略勘察后大致确定一个设计级别，要充分了解现场土层承受载荷的极限值，根据实际情况控制高耐久性材料的质量范围。

并且混凝土结构施工过程中应严格按照施工标准执行施工步骤，钢筋布置时要严格按照施工图所标注的型号和搭接长度进行钢筋笼的绑扎，垫块要根据钢筋笼的体量和重量分类选择，混凝土的搅拌和浇筑要尽最大可能保证其均匀程度，从而保证钢筋混凝土构件达到设计要求的力学性能指标。

3、地下设计

地下结构是整个高层建筑最先开始建造也是高层建筑考虑地质因素和水文因素影响最多的结构体系，其设计的质量决定着建筑的整体稳定性。地下结构的设计应当根据现场实际地质情况和水文情况选择即符合承载能力要求又能控制建筑下沉速度的地基类型。目前，我国的高层建筑多采用箱型基础，其选择的用意是箱型基础能够有效的增大基础与地基之间的接触面积，单位面积的地基上作用的承载力较为均匀，可以保证地基的均匀下沉，箱型基础可以有效的将地下工程结合为一个整体，并且箱型基础的净高较大，可以用作地下停车场，使开发商的销售工作更易进行。在地下停车场的设计过程中，箱型基础内部的立柱个数应当根据实际的行车需求相应减少，因此，地下结构采用长宽比较小的大尺寸预应力混凝土梁承受上部建筑柱体的集中荷载，从而用该梁代替被撤除的支撑立柱，拓宽行车的通道。地下结构同时也应当考虑到防水层的设计，以地下结构主体为核心，在其外部建立一个整体防水层，保证地下结构不受地下土层内水渗透的影响和侵蚀。

4、剪力墙设计

剪力墙作为建筑内部布置的有效抗剪构件，既方便又安全。其主要的作用是降低单层楼体的柔度，使房屋的墙体由弹性砌体变为刚弹性砌体，加强房屋抵御风荷载的作用，减小单层楼体因风荷载作用而产生的结构偏移。剪力墙在设计时要充分考虑到居民的宜居问题，剪力墙多布置在室内管线较为密集的部位，在设计过程中应充分考虑到管线布置通道的预留和供管线穿墙而过的混凝土保护层厚度的预留值，同时也要考虑到居民擅自破坏部分混凝土保护层后，保证剪力墙亦能够继续正常工作的问题。

目前高层建筑多采用短肢剪力墙，该类剪力墙较为符合建筑整体的结构功能要求。剪力墙的布置个数应当做到适当布置，不知过少不但达不到设计要求的作用，反而会对降低其他构件的力学性能；布置过多则会对今后的维护工作造成很多不便，并造成成本和资源的浪费。

结语：在高层建筑的钢筋混凝土结构设计工作中，最关键的就是设计人员针对实际施工现场的情况进行合理的概念选型，设计人员应当熟练掌握利用概念法绘制简要弯矩图的能力，准确判断建筑结构的受力趋势，从而更好的进行结构构件的选材和布置。

[1]张大鹏. 高层建筑钢筋混凝土结构设计问题探讨[J]. 工程技术,2016(1)

[2]李林,陈茜,张丹. 浅谈高层建筑钢筋混凝土结构分析与设计要点[J]. 江西建材, 2017(4)

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1007-6344（2017）06-0069-01

马中华，男，河南人，出生：1987.10.22，学历：硕士，职称：中级，研究方向：结构设计