高层钢筋混凝土建筑结构设计浅析

高层钢筋混凝土建筑结构设计浅析
摘要：随着我国建筑市场规模的不断扩大，各种高层建筑不断的出现，如何应用现行规范设计出既满足结构安全性又能满足合理的技术经济指标是每个结构工程师所面临的问题。

基于此，文中笔者就高层建筑钢筋混凝土结构的破坏形式给出了高层建筑钢筋混凝土结构的设计要求，并对建筑结构的设计进行了阐述。

关键词：高层建筑钢筋混凝土建筑结构结构设计
一、前言
伴随着高层建筑发展速度的加快，建筑类型与功能的愈来愈复杂，结构体系的更加多样化，高层建筑结构设计也越来越成为结构工程师设计工作的主要重点和难点之所在。

二、高层建筑钢筋混凝土结构的破坏形式
随着我国建筑科学的迅速发展，高层建筑在地震荷载的作用下，通常会产生以下几种形式的破坏：框架柱的压弯破坏、剪切破坏、弯曲裂缝；框架梁的斜截面破坏、正截面破坏、锚固破坏；板四角的斜裂缝和平行于梁的通长裂缝；因钢筋配置不合理导致框架节点核芯区破坏。

现在建筑施工管理不断的规范，虽然施工时对钢筋的材质、钢筋加工质量、钢筋连接质量进行了严格的控制，但是如果施工图纸上没有对框架结构的节点进行详细设计，且没有任何的说明资料，从而造成一些节点的钢筋构造远远不能满足抗震设计的要求，导致钢筋混凝土框梁出现上述各种形式的破坏。

因此，必须引起设计单位、施工单位的高度重视，必须对钢筋节点进行详细的设计，确保节点钢筋设置的合理性。

三、房屋钢筋混凝土建筑结构的设计要求
在房屋钢筋混凝上结构设计过程中，设计者往往具有不同的设计经验，因此在问题处理时候往往会采取不同的处理方法。

但是无论什么设计方法都应使房屋建筑满足稳定性的结构要求。

对于房屋建筑的结构设计应着重做好房屋的高宽比，巨大的倾覆力矩会在柱和基础中产生相应的拉力和压力作用。

作者根据多年以来的工程实践经验，认为为了使房屋建筑达到相应的安全性和可靠性，应配合相应的施工机械和施工技术，这样才能最终满足房屋建筑的使用功能。

四、结构选型
1结构体系的选择
根据抗侧力构件的不同，钢筋混凝土结构体系主要有框架、剪力墙、框架-剪力墙、框架-核心筒这几种形式，应根据工程的实际情况来选择合适的结构体系。

（1）框架结构主要适用于层数不多的住宅、办公楼、学校及厂房等对位移要求不是很严格的建筑物。

（2）剪力墙、框架-剪力墙、框架-核心筒结构适用于高层，这里需要注意的是框架-剪力墙结构。

在基本振型地震作用下，如果框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总底部地震倾覆力矩的50%，则框架部分的抗震等级应按框架确定。

框架承担的地震剪力应大于结构底部总剪力的20%，以确保第二道防线的安全。

墙不宜过多，满足位移限值即可。

短肢剪力墙结构应避免全部为短肢墙，筒体或一般剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不宜小于结构总底部地震倾覆力矩的50%。

短肢剪力墙的抗震等级应使用比实际更高一级的等级，有的设计者没有注意这个问题，导致抗震等级的错误确定，从而造成设计工作中不必要的大量修改。

无论采用哪种结构体系，都应使结构具有合理的刚度和承载能力，保证结构的稳定和抗倾覆能力，避免产生软弱层或薄弱层，使结构具有多道防线，提高结构和构件的延性，增强其抗震能力。

2结构的规则性问题
《高层建筑混凝土结构技术规程》（2010）中规定：高层建筑不应采用严重不规则的结构体系，并应符合下列要求：
（1）应具有必要的承载能力、刚度和变形能力；
（2）应避免因部分结构或构件的破坏而导致整个结构丧失承受重力荷载、风荷载和地震作用的能力；
（3）对可能出现的薄弱部位，应采取有效的加强措施。

新旧规范在这方面的内容出现了较大的变动，因此设计人员在设计过程中要特别注意新规的规定，以确保后期施工图设计阶段工作的顺利进行。

3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级高度建筑其或超过了B级高度，其设计方法和处理措施将有较大的变化。

在实际工程设计中曾出现过由于结构类型的变更而导致的结构超高问题，致使施工图未能审查通过，进行修改或从新设计，对工程进度等整体工程规划造成不良的影响。

4控制柱的轴压比问题
在钢筋混凝土高层建筑结构中，轴压比越大，柱的延性就越差，限制柱的轴压比是为了使柱子处于大偏压状态，防止受拉钢筋未达屈服而混凝土被压碎。

柱的塑性变形能力小，则结构延性就差，当遭遇地震时，耗散和吸收地震能量少，结构容易被破坏。

但是在结构中若能保证强柱弱梁设计，且梁具有良好延性，则柱子进入屈服的可能性就大大减少，此时可放松轴压比限值。

5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．在这个问题上设计人员往往忽视了由嵌固端的设置带来的一系列需要注意的问题，如：嵌固端楼板的设计、嵌固端上下层刚度比的限制、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等问题，而忽略其中任何一个方面都有可能导致安全隐患或后期设计工作的大量修改。

6短肢剪力墙的设置问题
短肢剪力墙是指截面厚度不大于300mm、各肢截面高度与厚度之比均大于4但不大于8的剪力墙。

在新规范规定抗震设计时，高层建筑结构不应全部采用短肢剪力墙，且根据实验数据和实际经验对高层建筑中短肢剪力墙的应用增加了相当多的限制，因此，在高层建筑设计中设计人员应尽可能少采用或不用短肢剪力墙，以避免给后期设计工作增加不必要的麻烦。

五、地基与基础设计
地基与基础设计是整个工程造价的决定性因素，对后期设计工作能否顺利进行也有很大的影响，所以这方面的设计也是设计人员较为重视的一点，如果出现问题则会给工程带来巨大的损失。

我国占地面积较广，地质条件复杂，仅一本《地基基础设计规范》并不能完全涵盖全国各地的情况，这就需要将地方性的标准利用起来，深入学习其中关于地方性地基基础类型和设计处理方法的成熟经验和规定，因地制宜，制定出符合当地实际情况的设计方案。

六、结构计算与分析
是否能准确高效的对工程进行内力分析并按照规范的要求进行设计和处理是决定工程设计质量好坏的重要环节。

随着新规范的陆续颁布和实施，对于结构的计算和分析进行了调整改进，设计人员也应对这一阶段工作常见的问题有一个清晰、准确的认识。

（1）选择合适的整体计算软件根据结构类型和计算软件模型的特点选择合适的整体计算软件，确保对计算结果的合理性、可靠性。

（2）是否需要地震力放大，考虑建筑隔墙等对自振周期的影响。

规范中根据大量工程的实测周期明确提出了各种结构体系下高层建筑结构计算自振周期折减系数，已列为强制性条文，需特别注意。

（3）振型数目是否足够。

在计算分析阶段必须对计算结果中该参数的结果进行判断，并决定是否要调整振型数目的取值。

（4）多塔之间各地震周期的互相干扰，是否需要分开计算。

（5）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，必须严格按照新规中增加的非结构构件的计算处理措施进行设计。

七、结语
综上所述，随着现代建筑科学的迅速发展，高层建筑已经逐渐占据城市建设的主体地位，在工程设计中，如何正确分析研究每一个工程的特点，选用合理的方案，采用合理的结构形式，以及采用合理的计算依据，如对工程常见问题加以总结，是每一位工程设计人员面临的问题。

参考文献：
[1] 李杰：《钢筋混凝土房屋结构设计浅析》，《城市建设理论研究》，2012年04期
[2] 陈志强：《高层建筑结构设计中几个问题的探讨》，《山西建筑》，2000年08期
[3] 付平位：《高层建筑钢筋混凝土的结构设计》，《科教纵横》，201 1年08期。