浅谈高层建筑混凝土结构设计杜亚

浅谈高层建筑混凝土结构设计杜亚

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1.身份证号：13010619900908XXXX；2.身份证号：13040419821125XXXX；3.身份证号：41138119890412XXXX

摘要：近年来，经济快速发展城市化建设不断加快，建筑材料技术的不断进步革新，高层建筑在近些年得到突飞猛进的发展，各类的高层建筑如雨后春笋。这也对建筑结构设计人员的技术水平提出了更高要求。高层建筑结构与多层建筑在结构概念设计、整体稳定性、构件截面的选择、重要部位的延性和整体的结构体系设计都大不相同，两者设计特点也不尽相同。本文主要分析高层结构混凝土结构设计中的主要设计特点，总结了在相关设计过程中容易出现的一些遗漏和错误，结合自身的经验和体会，提出了相应的注意事项及结构优化措施。

关键词：高层建筑；混凝土；结构设计

引言

近年来，我国的城市化进程正处于不断加快的进程中，在此背景下，一方面城市对建筑的需求不断增多，另一方面城市土地资源却日益紧缺，而高层建筑则同时解决了这两项问题，因此现代城市中的新建建筑项目大多都是高层建筑。但是，相较于普通建筑而言，高层建筑在结构设计上面要更加复杂、难度更大。高层建筑混凝土结构设计，既要保证结构强度，又要保证结构刚度，因此建筑设计者们要先认真研究和深入分析影响高层建筑混凝土结构的各项因素，再据此不断对设计方案进行优化和完善。以下就联系实践经验来谈谈高层建筑混凝土结构设计问题。

1混凝土结构设计的基本要求

与低层建筑相比，高层建筑混凝土结构设计具有个性化特征，且设计难度系数较高。为此，在高层建筑混凝土结构设计过程中，设计人员要着重把控如下两方面内容：①可靠度，从某种角度来说，可靠度是一种通过形式化表现验证无形化特征的能力，是指预先设定一段使用时间，若主体建筑结构在此段时间内的承载负荷力、安全稳固性与耐久性符合要求，则代表建筑物具有可靠度。当然，建筑物的综合性能会随着使用年限的推移逐步退化，此时，应当作报废处理，杜绝安全事故，保障公众财产安全。②功能性，为进一步强化高层建筑施工质量，在结构设计过程中，要着重把控如下三方面内容：a安全性：建筑结构设计人员要综合考量结构承载负荷强度与安全稳固性等因素，以避免发生突发事故，出现建筑结构的整体垮塌。b耐久性：耐久性是指建筑物的使用年限及耐用程度，施工人员需优化结构设计，积极落实保养维护工作。c适用性：建筑结构的性能要切实满足使用者的多元化需求。

2高层建筑混凝土结构设计

2.1合理地选择混凝土类型

在整体结构设计过程中，应正确地选择混凝土的强度等级及外加剂，以取得投资与效益的最优组合。高强度混凝土以及一些特殊性能混凝土，具有强度大，耐久性好，弹性模量高等优点，在一些大型高层建筑中，尤其是对于框架-剪力墙结构、框架结构，能有效的减小结构构件的断面尺寸，为建筑物赢得良好好的空间使用效果。加入适当外加剂的混凝土能获得如缓凝、抗渗、抗冻、抗裂等特殊效果。其两者的缺点在于，高强度混凝土凝结速度快，施工工艺复杂，施工成本高昂；外加剂的掺加须严格控制比例，需实验确定，这在一定程度上增加了施工费用和施工周期。在前期结构方案设计阶段，对于一个具体设计项目，首先应分析项目的具体特点，选择与项目本身相匹配的混凝土强度和外加剂类型。对于层数较高框架结构及框架-剪力墙结构，在满足规范要求及本地区施工技术有保障的前提下，设计人员宜优先选用高强度、高性能的混凝土，此时可取得良好的经济效果。对于一般层数较低的单层、多层项目，以及较多层数的剪力墙结构，在满足规范最低要求的前提下，宜选择本地区较普通通用的混凝土类型，也可取得良好经济效果。

2.2高层建筑结构选型优化

①设置规则的建筑结构。一般新建的高层建筑项目与旧的建筑相比，其在结构的规则性方面会有较大的不同，尤其是在嵌固端上下层的刚度、平面的规则性等问题上，都会受到较多的条件限制。并且，在我国的相关建筑设计规范中还明确规定了不能采用严重不规则的设计方案，因此在高层建筑结构设计上必须要设置规则的建筑结构。这样做的目的也是为了避免在后续施工中出现问题。②合理控制建筑高度。高层建筑的高度并不是一味越高越好，其有一定的总高度限制。目前在我国的高层建筑相关设计规范中，在原有的A级限制高度基础上，又新增了一项B级高度，若高层建筑的总高度达到了B级或者超出了B级，则应当对设计方案进行一定的改变，这点要重点给予关注。③嵌固端位置选择。观我国目前大部分的高层建筑来看，其普遍都附带人防和地下室结构，并且通常会在人防和地下室顶板上设置嵌固端，而嵌固端位置的选择对高层建筑的整体结构具有较大的影响。但在现实中，嵌固端位置的选择问题经常会被建筑设计者们忽略，例如没有严格遵循嵌固端上下层的刚度范围、没有关注嵌固端与结构缝的协调性、没有把握好嵌固端楼板设计要点以及没有保持嵌固端上下层抗震等级的一致性等，这些均会对高层建筑结构的安全性与稳定性造成十分不良的影响。

2.3转换层结构的设计

高层建筑底部各层往往对建筑空间要求较高，这就需要采用转换结构进行结构设计。在进行高层建筑混凝土结构转换层的设计过程中，需要注重转换层上下竖向结构的合理设置，保证落地剪力墙的数量百分比，以此来解决建筑竖向结构构件的刚度突变，如果无法进行内部结构的合理设置，将会导致该高层建筑的竖向刚度发生突变性的转变，出现抗震不利的薄弱点，影响该高层建筑整体结构的抗震性。在高层建筑混凝土结构转换层的设计过程中，最应当遵循的原则就是对转换层的上层和下层的两部分建筑的刚度比进行严格的控制，通过对它们刚度比的控制，来使整体建筑竖向构件的抗侧力能够得以提升，从而降低整体建筑竖向构件的刚度突变性，如此一来可以使整个高层建筑混凝土结构的整体性，刚度比，位移比满足规范要求。在高层建筑混凝土结构转换层的设计过程中，还应当通过设计来使高层建筑上部建筑的竖向构件相对减少，以此来降低转换层结构的刚度差值，进而有效避免混凝土结构转换层的刚度发生突变性的转换，以此来实现高层建筑混凝土结构转换层较难实现的抗震性功能，使高层建筑的抗震需求得到最大程度上的满足。

2.4高层建筑基础设计

高层建筑因其结构层数多，荷载大，基础设计等级高等因素，因此在结构设计中不应忽视基础设计，基础选型应根据地质勘查报告，因地制宜，选用合理的基础形式。高层剪力墙结构因其上部荷载较大，多选用筏板基础或者桩基础。基础设计不仅要满足承载力的要求，地基的沉降也是高层建筑必须要验算的指标，应选用地质条件好的土层为地基持力层，选取整体刚度好的基础形式，来减小高层建筑的沉降差，沉降量，来达到工程的要求。最后，高层建筑受水平荷载影响较大，容易产生结构的倾覆，故高层建筑的基础埋深不能过浅，这点设计师容易忽略，造成严重后果，基础应该埋置一定深度来保证结构的稳定性。

结语

为了应对飞速发展的城市化运动，提高土地利用率，高层建筑得到了广泛运用和蓬勃发展。高层建筑具有其自身复杂性及特殊性，现阶段高层建筑结构设计的相关经验和技术措施都有了很大的发展。在此基础上，新技术、新材料的不断出现，使人们可以向更高、更复杂的建筑方面进行探索，高层建筑结构未来的发展空间还很大，需要设计师们进一步的发展和完善，争取获得更好的社会效益。

参考文献

[1]廖海龙.浅议高层建筑混凝土结构设计中应注意的几个问题[J].建材与装饰,2016(39):99-100.

[2]李润林.某超高层混凝土框架—核心筒结构的设计与优化[D].华南理工大学,2015.

[3]贺美花.带有钢管混凝土柱的超高层建筑结构抗风优化设计研究[D].广州大学,2015.