高层建筑钢结构设计与混凝土结构设计

高层建筑钢结构设计与混凝土结构设计

【摘要】如今的高层建筑基本上采用的是钢结构设计或混凝土结构设计方法，也有将两者结合建造的建筑物，这两种结构设计在高层建筑中各自有什么特点？在高层建设期间对两者结构设计的要求是什么？本文将针对性地做简要的分析。

【关键词】高层建筑;钢结构;混凝土;设计

一、高层建筑的钢结构特点

1、质地坚固、自重轻

钢材材质十分坚固是众所周知的。在高层建筑的施工中，相较于混凝土结构的工程，钢结构的建筑没有其横截面积大的问题，另外，由于钢结构自重较轻，所以利用钢材结构建造的建筑物重量较轻，这样就有效提高了建筑内部的抗干扰性能。

2、塑性好、韧性强

钢材良好的可塑性与伸缩性、坚强的韧性可以适应不同的负载重量。利用钢结构设计建造的建筑物比其他结构建造的建筑物的抗震性能更强。

3、钢材质地较为均匀

钢材质地较为均匀，钢材在建造钢结构的建筑物时符

合力学计算上的要求。

二、几种常见的高层建筑结构

1、剪刀墙结构

剪刀墙及结构设计常常出现在钢混结构的高层建筑中，其缺点主要是不能有效满足对空间的布置要求，同时载重能力较差，极少应用在共建建筑结构上。

2、框架结构

框架结构的高层建筑主要组成部分是梁和柱，是通过两者之间的连接点组成的，钢结构与钢混结构建造而成的高层建筑物基本上采用的是框架结构，其优势是其结构较为灵活，应用相当广泛，更能满足对室内空间的布置便利的要求;其劣势在于这种结构的高层建筑的抗震性不高。

3、简体结构与巨型结构

简体结构与巨型结构在高层建筑的建设中被应用的方式是一样的，通常情况下是与其他结构的建筑结构相结合，应用在高层建筑的建设中。

4、剪刀墙结构与框架结构相结合的设计结构

在高层建筑的建设中，如果单独采用剪刀墙结构或者框架结构的设计方式，建造完成的高层建筑在载重力、刚度、负荷力等方面都较弱，但是如果采取框架结构与剪刀墙结构相结合的设计方式，在应用到高层建筑的建设中时，其在载重力、刚度和负荷力方面都更为优越，所谓“1+1>2”的效

果就在于此，两者结构结合形成的新的结构设计具有一定的互补性。这种互补性与优越性俱佳的新型高层建筑设计方式在我国的高层建筑中得到了较为广泛的应用。

三、对高层建筑中应用混凝土结构设计的分析

1、在高层混凝土结构设计中的侧向力

侧向力是影响混凝土设计结构应用在高层建筑中结构内力与建造成本的主要原因。建筑物的自身重量、满载之后的垂直负荷都是高层建筑中应用混凝土结构设计应该考虑的问题，此外，风、空气压力与压强等水平力也是需要顾及的因素。

2、刚度与强度

高层混凝土建筑物的特点在于其“高”，这一特点，使得高层建筑的侧向位移增速很大，在高层建筑中应用混凝土结构设计时应使其具备一定的强度与刚度。

3、延伸性、抗震性、抗干扰性

采用混凝土结构设计建造的高层建筑，与普通建筑的要求不同，因高层混凝土建筑具有层数多、海拔高等特性，在设计建造之前应该充分考虑其延伸性、抗震性及抗干扰性，因为高层建筑的结构设计较柔软，在遭遇地震时化发生形状的改变，所以必须在设计建造前采取措施防范意外情况的发生。

在保证高层建筑良好强度的基础上采取科学合理的构

造和适宜的设计是使高层混凝土建筑具有良好延展性与抗震性的策略之一，为防止噪音干扰，在采取高层混凝土结构设计时应该做好相应的消声措施。

四、高层建筑中应用混凝土结构设计的几种应用方式

1、剪刀墙设计在高层混凝土建筑中的应用

一般来说，优良的变形能力（延展性）是高层混凝土建筑应该具有的，实现这一目的的前提是需要采取必要的措施以确保剪切能达到要求。对于横截面较长的抗震墙，可采取的措施是在抗震墙的洞口设置弱连梁，并且要在每一个墙体上设置，同时还要划分出多个开口，使每个墙段的高度比例维持在2及其以上。高层混凝土建筑对弱连梁的具体要求为：在地震时，弱连梁各层连梁之间的弯矩总和要不大于该墙段总弯矩的80%。高层混凝土建筑中应用的连梁也是要在满足上述要求的情形下实施，如若不按照此要求进行设计，可能会出现墙面变形的情况，这样会影响整个建筑物的建造质量。必须要强调的是一定要做好连梁的施工，这是为了防止出现连梁强度过低而影响整体工程质量的必要措施。但是不能将高强度的连梁改为强度较小的小梁，因为这样改变之后使得抗震墙的强度减弱，变成了单支墙，该墙体延展性较弱，抗震性不强，容易形成安全隐患，在遭遇地震等意外冲击情况时固定性不够。对于此种情形，可在墙体设计时设计为截面高度较小的二力杆件来增强墙体的延展性与抗震性。

2、超长结构的结构控制技术在高层混凝土建筑中的应用

随着季节与大气温度的变化，工程结构会出现热胀冷缩的现象，容易造成结构出现裂缝，超长结构在工程运用时应预料到此类状况的发生。在建筑时难以避免的问题是由于结构越长，温度对其产生的作用就越大。但是矛盾的是，如果按照工程设定的要求设置伸缩缝，则会影响多方面的部位产生影响。通常采取的措施是在分布混凝土之后进行浇带，将整体的、面积较大的楼板区域分划为几块小的区域，然后利用混凝土对小的区域进行浇筑，等小区域内的混凝土成形之后对各小区域之间的空白地带进行浇筑。这是防范结构裂缝出现的主要方法。

五、高层建筑钢结构与混凝土结构的设计

1、高层建筑钢结构与混凝土结构的设计应严格按照建筑管理部门制定的规范与原则，在规定的允许范围内进行工程的设计，实施。

2、高层建筑要严格控制其侧移变形的幅度。要充分考虑高层建筑的实际利用情况与所处地理位置，

3、高标准、严要求地选择相应的建筑原材料、对材料的韧性、延展性等技术性能予以充分重视，在工厂设计、生产过程中要求生产人员对相关性能有更多的认识。

4、结构计算要充分考量到风、地震等外界因素的作用

力及其相关的影响因素，根据地形、地质、地段选择相应的抗震级数，确定建筑物的安全等级。

5、高层建筑的建造难度指数大、计算复杂、工程量大，这就要求工程师更加精细化的设计，同时也需要施工人员的专业化施工，还要配套相应的安全防护措施，确保施工安全。

6、高层建筑物建设周期长、建设成本高，在保证各方面原材料得到充足使用的同时应尽量避免浪费，节约建设成本。

结束语：

在高层建筑采用钢结构与混凝土结构设计中，不能只是刻板被动地去参照理论，而是应该在实际操作过程中，根据现实的状况针对性的设计合理科学的结构。同时在具体施工过程中，要充分考虑相关问题的出现，做好应急准备，以保证公正质量及工程安全。

我国的高层建筑钢结构设计与混凝土结构技术有待进一步的探索与研究，需要在未来继续提高、开发相关技术。

参考文献：

[1]陈粮.浅析框架结构剪刀墙的施工以及问题[J].四川建材，2009（01）.

[2]闫旭梅.高层建筑抗震设计分析[J].科技传播，2010（08）.