高层钢筋混凝土建筑结构设计核心思路分析

吴 晟 王福亮

大元建业集团股份有限公司，河北沧州 061001

随着我国城市化进程的不断加快，建筑工程项目正在向着高层化和大型化方向发展，建筑的功能和类型越来越复杂，结构体系有明显的多样化特点。高层建筑的出现在满足人们建筑使用要求的同时还逐渐暴露出一些问题，比如，加注结构和类型缺乏合理性、抗震设防不准确、未能对建筑舒适度有充分考虑等，必须要制定针对性的解决处理措施。另外，还需要做好建筑结构设计要点的分析，比如抗震设计、抗侧力体系选择等。只有做好建筑各个环节可能出现问题的分析考虑，才能够更好地支撑建筑工程建设质量和施工效率的提升，在我国城市建设以及建筑行业发展方面发挥出更大的价值和作用，本文就此展开了研究分析。

1 高层钢筋混凝土建筑结构设计需要考虑的问题

1.1 抗震设防烈度

针对高度在100m以上，同时需要承受不同强度抗震设防烈度等建筑物，在建筑物高度方面的要求存在明显区别，一般尽量避免在抗震设防烈度八度区域建设超过300m高度建筑，高层钢筋混凝土建筑更加适合建设在六度抗震设防烈度区域。综合多个因素考虑，高层钢筋混凝土建筑施工建设时需要充分考虑到区域抗震设防烈度，避免由于技术方面错误给人民生命财产带来损失。

1.2 结构方案和结构选型

建筑设计人员在设计过程中还需要对结构选型有充分考虑，如果结构选型缺乏合理性，将非常容易导致整个设计方案失调，增大设计单位的损失，很难取得理想的建设效果。高层钢筋混凝土建筑结构选型需要注意以下几个方面内容：

（1）剪力墙平面布置问题，根据新的标准规范，如果墙肢截面高度比为5：8，则属于短肢剪力墙，按照相关数据和经验，高层钢筋混凝土建筑短肢剪力墙的应用存在有较多限制因素。因此，高层钢筋混凝土建筑结构设计中必须要提高短肢剪力墙使用合理性，减少今后设计工作中的问题和不足。（2）设置嵌固端。高层钢筋混凝土建筑在结构分析和计算前，还需要明确结构嵌固端位置，一般嵌固部位为塑性铰产生位置，做好嵌固端位置的选择是高层钢筋混凝土建筑结构分析中一项关键性内容，不仅关系到结构内部构件内力分配准确性，同时还直接影响到结构侧移以及结构局部经济性等。（3）结构超高问题。当前我国抗震规范以及建筑高度规程中对建筑结构高度有着明确的规定，高层钢筋混凝土建筑结构设计过程中必须要严格执行国家相关规定，严禁有超高等问题出现，导致居民的生命财产受到威胁和损失。（4）结构规则性。国家新的规范在机构规则性方面有了较大的改变，同时添加了非常多的限制条件，在新规范中禁止采用严重不规则设计方案等。因此，建筑结构设计人员必须要在满足各项基本要求基础上展开结构设计，最大限度减少后期施工过程中的设计变动。也就是说，因为人们在建筑功能方面需要，建筑平面中不能设缝，可以选择设置后浇带以及加强板配筋等方式使混凝土结构中一些超长等问题得到有效解决。针对平面不规则等方面问题，还需要加强与抗震审查机构的沟通，结合建筑在功能方面需要，在建筑较为薄弱部位通过对各项构造措施的强化实现对平面不规则等问题的有效解决，提高结构稳定性，使建筑安全以及建设质量得到保证。

1.3 舒适度和施工过程

在水平振动舒适度方面，高层钢筋混凝土建筑结构相对较为柔软，在具体设计过程中，不仅要确保结构安全，同时还需要满足人们在居住舒适性方面要求。想要达到这方面要求，设计人员需要及时采取各类控制措施，尤其重视建筑物顺风向和横风向顶点最大加速度。公寓类建筑与公共建筑在水平振动指标限值方面差异性较大，可以通过增设TMD（质量调谐阻尼器）等方式提高舒适水平。

设计过程中需要对建造过程的可实施性有充分考虑，设计人员需要注意钢材传力和复杂节点钢材可靠性等方面问题，针对这方面问题的处理，首先，需要注意钢筋与表面加劲板焊接；其次，要注意钢筋与型钢表面加劲板相焊接；还需要注意钢板开动穿钢筋；最后，需要注意连接套筒以及表面焊接钢筋。

2 高层钢筋混凝土建筑结构设计核心思路

2.1 高层钢筋混凝土建筑结构平面布置

建筑结构平面布置方面坚持简单、对称性原则，以此实现对水平和竖向荷载作用的有效抵抗，保证有良好的整体性。建筑形状不规则会直接影响建筑的整体性和抗震性，需要尽量避免这一情况的出现，尤其注意避免选择严重不规则平面结构布置设计方案。注意平面长宽比的控制，如果建筑过于狭长，其短向刚度不是很高，同时两端结构连接性差，容易有振动不同步情况出现，震害严重；如果平面凹凸过大或者存在角度重叠以及风车形等不规则平面，容易因为外伸肢过长等与主体相对振动，所产生的相对振动会导致相关部位受到损害。平面楼板连续性无法得到保证，局部有较大的开动或者楼层错层时，都会对建筑整体性产生影响，容易有薄弱部位出现。不管在计算分析方面还是在构造处理方面都必须进行充分的分析考虑。另外，扭转对建筑结构同样危害非常大，扭转情况的出现会使结构位移明显增大，进而导致出现应力不均匀以及结构变形等情况，最终导致不同结构部位被击破。因此，在结构布置方面需要对平面刚度均匀有充分全面分析考虑，尽量保持质心与刚心相互靠近，使振动扭转力矩以及振动扭转等得到有效减少。另外，还需要注意在建筑平面靠近角部以及外部区域适当布置抗侧构件。如果建筑在质量分布方面缺乏均匀性或者平面不是十分规整，还需要对抗侧构件布置适当调整，通过这种方式，在减少结构扭转的同时使结构抗扭转能力得到提高。

2.2 高层钢筋混凝土建筑结构结构竖向布置

高层钢筋混凝土建筑结构在竖向和立面方面需要尽量保持均匀、规则，自上而下，建筑的刚度和承载力会逐渐减少，需要注意避免各类竖向不规则布置。如果建筑竖向体型不规则，存在过大外挑和内收等情况，将非常容易导致结构侧向刚度、承载力等发生突变，产生薄弱层，当有地震情况出现时，会因为变形以及应力的增大产生破坏。在设计规范中，因为竖向抗侧力构件不连续等，对承载力有具体的限制和规定。有研究表明，随着内受部位高度的增加，收进后平面尺寸会明显减少，结构高振型反应也将更加明显。随着上部外挑增大，结构扭转效应等显著增大。需要注意的是，高层钢筋混凝土建筑顶层位置往往会存在较多的收进，随着刚度的减少，会产生振动鞭梢效应。另外，有顶层会因为取消墙柱等变为空旷房间，在这种情况下，建筑侧向刚度以及承载力会明显下降。因此，在顶层变化方面需要展开详细的分析计算，做好构造加强措施的选择。

2.3 计算分析和构造设计

不同建筑物在体型方面有明显区别，建筑结构往往会存在较多的可选方案，即使相对较为合理的结构方案，在具体的结构设计中还需要进一步分析计算，对其优化完善。

通过计算分析所获取各项指标参数需要满足相关规范，将其控制在合理范围。如果周期和位移相对较小，则表明结构偏刚，存在较大的地震反应，同时工程项目建设成本也会有明显增加。在建筑结构设计过程中，需要尽量保证结构自震周期与场地卓越周期之间出现较大偏差。与软土场地结构相比，硬土场地结构偏柔，必须要做好各项扭转指标的控制。另外，可以通过减少质心以及刚心偏离等方式实现对结构扭转的有效控制，实现对结构抗扭刚度的调整，提高整体抗扭转水平，确保高层钢筋混凝土建筑结构设计科学性和合理性，满足人们在建筑方面需要。

建筑结构还需要有较好的延性，根据强剪弱弯等原则，对薄弱结构和构件适当加强，注意柱轴压比的控制，同时还需要通过加强构造设计等方式使结构延性得到保证。

3 结语

高层钢筋混凝土建筑结构设计有着非常强的系统性和整体性，不管在结构方案方面，还是在结构计算以及施工图纸等，都需要贯彻落实概念设计，实现对设计全过程的有效控制。同时结合设计规范展开详细的分析计算，提高细部构造设计有效性，将具体设计与宏观指导相结合，做好建筑结构强度、刚度以及延伸性的控制，针对薄弱结构和构件还需要展开科学合理分析，使结构设计的安全性、经济性、合理性得到保证，取得理想的设计效果。