高层混凝土结构设计要点

高层混凝土结构设计要点

摘要：高层建筑越来越受欢迎，高层建筑的结构设计是我们土木工程专业学习和掌握的重要部分。随着高层建筑体型和功能的日趋多样化，高层建筑结构的设计复杂且要求高，如何更好地把握高层建筑结构设计要求。钢筋混凝土结构最常见，以下主要集中在高层混凝土结构设计分析。

关键词：高层建筑，抗震，选型，地基

1.高层建筑混凝土结构设计原则

1.1安全性原则

我们为什么要设计结构？结构设计是为了安全、节约资源和控制成本，首要也是最根本的目的是安全。一个不安全的结构是没有价值的。钢筋混凝土高层结构的设计应以安全是前提。这不仅要求我们的设计图纸符合各种设计规范和规程保证结构设计的安全性和正确性，同时也要求便于安全施工。施工单位能够顺利、安全地编制施工方案，顺利、安全地完成施工任务。设计要求如果现有的施工技术达不到或有较大的施工安全性，结构设计计划必须调整，否则只会徒劳无功。

1.2适用性原则

我们建造高层建筑的最终目的是利用它的功能，虽然这主要是建筑专业的问题，我们的结构设计也必须遵循适用性原则。我认为它涉及到结构的选型和梁柱的布置。例如，建筑专业需要很大的空间，我们不能安排一个小的柱网，如果墙柱不能落地，我们将建立一个转换结构。总之，结构布局不得影响建筑物的功能。至于那些耗费大量人力物力的建筑物，它是

无用的。

1.3可靠性原则

任何材料都有它的使用寿命，这就使得我们建筑结构也有设计使用年限。使用年限有５年到１００年不等，设计时根据结构用途和重要进行相应设计。临时建筑一般只有几年，一般建筑５０年，非常重要建筑１００年。结构设计要根据不同设计年限采用不同设计要求。对于超过设计年限的建筑我们是不是就要报废呢？当然不是，在国外经常看到超过１００年的建筑还在正常使用，因此在对建筑进行结构设计时要坚持可靠性原则，对所使用的材料和技术要成熟耐久可靠。我们设计的建筑一般均为５０年，但是有的现在才３０多年就出现垮塌，这样事故报道屡见不宣了，当然原因很多，其中就有忽视材料耐久性可靠性这一条。[1]

2.结构的选型

钢筋混凝土高层结构形式：框架，框架－剪力墙，剪力墙，筒体，板柱－剪力墙。对于每种结构形式适用高度高层规范上都有明确规定，在工程设计的结构选型阶段，我们不仅要根据建筑高度选择合适的结构形式，还应该注意以下几点综合考虑：

（１）建筑使用功能。建筑一般为工业和民用之分。工业高层很少，使用上需要大空间一般都用框架结构或框架－剪力墙结构。民用有住宅，办公，商业之分，住宅一般平面不规则用剪力墙结构较多，也有框架－剪力墙结构。办公和商业一般用框架和框架－剪力墙结构，如果高度较高可采用筒体结构。

（2）结构的规则性。在这方面，法规是详细的，主要涉及平面布局和垂直布局。具体规定详见高层规范和地震规范。我们尽量在设计中采用不规则的结构，通常建筑物的布局是

不规则的，无法避免的，以致无法通过原计划的框架结构计算，因此需要使用框架剪力墙结构减少了超限次数。无论是高级别法规还是违规法规，都必须采用强制性法规，以确保“对建筑物不采用严重的不规则设计方案。如果建筑物出现特殊不规则之处，应报告建设部特别审查。因此，结构工程师必须遵循这些规范，必须严格注意这些限制，以最大程度地减少不规则程度并选择更合适的结构形式[2]。

（3）结构超高。地震法规和高层法规中对结构的总高度有明确规定。在钢筋混凝土高层建筑规范中，建筑物的极限高度设定为A级和B级，因此必须密切注意该结构的控制因素。尽管A级的极限高度比B级的极限高度严格，但在设计中应尽可能遵守A级的要求。一旦结构达到B级高度，甚至超过B级高度，设计方法和处理措施就会发生巨大变化。在实际的工程设计中，高度可能达到B级，而设计方法和结构要求仍被视为A级，导致结构不安全。如果施工图未通过审核，则需要重新设计或申请专门的审核和示范。规范中规定的最小结构措施通常是为a级设计的，结构高度应尽可能达到A级要求。

（4）剪力墙的设置。根据规范，当肢体的长度大于壁厚的8倍时，将长肢壁定义为普通壁。壁长与壁厚之比为5-8的壁定义为短肢剪力墙，壁长与壁厚之比小于5的壁为超短肢壁。根据施工单位实际工程的反馈，短腿剪力墙和普通剪力墙的混凝土用量和总钢筋用量基本相同。但是，该规范对高层建筑中短腿剪力墙的使用范围和加固措施有严格的要求。因此，在高层建筑的结构设计中，结构工程师应尽量少使用或不使用短腿剪力墙，并禁止使用超短腿剪力墙，以避免结构设计上的考虑，以减少结构性安全。

3.结构计算与分析

随着我国经济技术的不断发展，高层建筑结构不断涌现。高层建筑构件多，受力复杂。为了保证结构的可靠性，计算分析在整个建造过程中就显得尤为重要。合理选择计算分析

方法，确定计算模型和相关参数，检验和判断计算结果的可靠性等对高层建筑结构至关重要。

3.1计算分析方法

高层建筑结构应根据不同材料的结构、不同的受力形式和受力阶段，采用相应的计算方法，包括初步设计阶段的快速近似分析和最终设计阶段的详细精确分析，也可以采用首先建立总体结构的简化分析模型，然后按照简化结果进行结构各部分详尽分析的混合分析方法。

高层建筑结构内力分析方法主要有竖向作用下的分层法、弯矩二次分配法、水平荷载作用下的D 值法等，较为精确的分析方法为有限元法。

3.2计算力学模型

高层建筑结构是一个复杂的三维空间应力系统，因此应根据实际情况选择能准确反映结构中各个构件的实际应力状态的力学模型。

对于平面和立面的简单布局，规则框架结构和剪力墙结构应采用空间分析模型，平面框架的空间协调模型应采用空间分析模型。剪力墙结构，管结构，复杂布局的框架结构和框架剪力墙结构应采用空间分析模型。在结构分析中，应结合结构的实际情况和计算软件的力学模型要求，在力学上适当简化结构，使其不仅可以正确反映结构的力学性能，而且可以适应选用计算分析软件的力学模型，以保证计算分析结果的可靠性。目前在中国有针对这些力学模型的相应结构分析软件。家用结构分析软件中使用的力学模型主要包括：空间构件模型，空间构件薄壁构件模型，空间构件壁板单元模型和其他组合有限元模型。在模型中，高层建筑结构被视为空间构件系统，其梁和柱被简化为一般的空间构件。梁柱模型简化为构件，而