高层建筑混凝土结构设计探讨

高层建筑混凝土结构设计探讨

发表时间：2019-07-24T09:54:13.650Z 来源：《基层建设》2019年第9期作者：郭峰[导读] 摘要：随着科学技术的进步和城市的发展，高层建筑越来越多，而高层建筑被广泛用作混凝土建筑材料，本文从现代高层建筑的混凝土施工问题，以结构设计中的基本原则为基础，探讨高层建筑混凝土结构的优化改良设计。

黑龙江三元建筑设计有限公司黑龙江哈尔滨 150040摘要：随着科学技术的进步和城市的发展，高层建筑越来越多，而高层建筑被广泛用作混凝土建筑材料，本文从现代高层建筑的混凝土施工问题，以结构设计中的基本原则为基础，探讨高层建筑混凝土结构的优化改良设计。

关键词：高层建筑；混凝土结构；结构设计目前，高层建筑和超高层建筑结构的出现越来越普遍。与普通的多层建筑结构相比，高层建筑结构具有明显不同的应力和变形性能。风荷载和地震效应取代了竖向荷载，成为影响结构设计的控制因素。在高层建筑结构设计的初始阶段，重点是确定结构系统及其平面的布局。

一、建筑的概念设计

在整个设计过程中，建筑物的概念设计起着重要的作用，而建筑物的设计在后续的计算模型中如果没有事先设计完全正确，则不能更准确，更准确，更合理。无论形状如何，结构结构都不同于之前的静态结构，必须使用两级设计来满足三个标准的加固要求，都不同于以往的静力设计必须从抗震的角度，采用二阶段设计来实现三个水准的设防要求。

二、高层建筑结构设计特点

1.结构应具有适宜刚度。随着高度的增加，上部建筑物的横向位移迅速增加。因此，高层建筑的设计不仅需要足够的结构强度，而且要求足够的刚度，使得该结构具有合理的自振频率等动态特性，并且在水平力的作用下层位移的控制在一定范围内。

2.结构应具有良好的延性。与较低的建筑不同，高层建筑结构更柔软，并且由于地震而变形更大。结构对地震的稳定性主要取决于承载力和转化能力。为了进入塑性变形，阶段后的结构仍然具有较强的变形能力，为了避免高层建筑工程地震坍塌，必须满足必要的强度，通过优良的概念设计和合理的构造措施，来提高整个结构、特别是薄弱层（部位）的变形能力，来保证结构具有足够的延性。

因此，在结构设计中应综合考虑这些因素，合理设计，使结构具有足够的强度、适宜的刚度、良好的延性。

三、结构选型

1.结构的规则性问题。新旧规范在这方面的内容出现了较大的变动，新规范在这方面增添了相当多的限制条件，例如：平面规则性信息、嵌固端上下层刚度比信息等，而且，新规范采用强制性条文明确规定“建筑不应采用严重不规则的设计方案。”因此，结构工程师在遵循新规范的这些限制条件上必须严格注意，以避免后期施工图设计阶段工作被动。

2.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，结构设计工程师往往忽视了由嵌固端的设置带来的一系列需要注意的方面，如：嵌固端楼板的设计、嵌固端上下层刚度比的限制、嵌固端上下层抗震等级的一致性、在结构整体计算时嵌固端的设置、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等等问题，而忽略其中任何一个方面都有可能导致后期设计工作的大量修改或埋下安全隐患。

3.短肢剪力墙的设置问题。在新规范中，对墙肢截面高厚比为5-8的墙定义为短肢剪力墙，且根据实验数据和实际经验，对短肢剪力墙在高层建筑中的应用增加了相当多的限制，因此，在高层建筑设计中，结构工程师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。

4 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。

四、高层建筑混凝土结构设计

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、结构竖向布置

高层建筑的竖向结构更加重要，直接影响到整体建筑的质量。高层建筑的竖向体型宜规则、均匀，如无特殊的设计需要，则应力求避免有过大的外挑和内收。出于重心和稳定的考虑，整体建筑的竖向结构应该下大上小，侧向应该是逐渐均匀变化，例如世界上第一高的建筑迪拜塔就很好地证明了这一点。如果是竖向结构不是直的，或者不是下大上小，出现严重不规则的结构，例如央视大楼，那就需要特殊的结构设计，否则为会整体建筑结构的稳定性带来隐患。如果建筑结构竖向内收时，从抗震需要的角度，高层建筑结构的楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70%，或者说不应小于其上相邻三层侧向刚度平均值的80%。另外一个方面，当高层建筑结构位于上部的楼层，其缩进部位到室外地面的高度与房屋高度之比大于0.2时，上部楼层收进后其长度不宜小于下部楼层长度的75%。

3、抗震等级的设计