谈高层混凝土结构设计中的问题及对策

夏晓超

摘 要：随着人口的不断增加，高层建筑在我国得到了长足的发展，高度也不断的增加。本文介绍了高层建筑设计的特点，建筑的类型和功能的复杂性，结构体系的多样性以及这些问题中存在着混凝土结构设计的问题，并给出相应问题的解决方法和策略。

关键词：高层建筑；混凝土结构设计；策略

引 言

社会责任和行业发展的需要，不断的对高层建筑结构的设计和施工提出了更高的要求，作为高层建筑的灵魂的钢筋混凝土结构设计无疑成为了重中之重的任务。为了更好的发挥高层建筑的优势，保证高层建筑的安全施工，应提高钢筋混凝土的结构的设计和管理，对设计中存在的问题要给出相应的解决方案，关键的问题更要做到全盘考虑。在设计中应突出设计内涵，把握整体机构，才能更好的完成设计目标。故本文对高层混凝土结构设计中的问题进行分析和解决。

1 高层建筑结构设计的特點

1.1 水平载荷的影响

高层楼房的自身重力加上楼面所要承受的载荷，在竖直的构件中的弯矩和轴向力是与楼房的高度成正比的；在由水平载荷对结构所引起的倾覆力矩、竖直方向构件产生的轴力与楼房的高度的平方成正比。竖直方向载荷在高楼层上一般为一定值，水平方向的风载荷其值是在结构动力特性的作用下或有很大幅度上的变化。

1.2 不容忽视的轴向变形

竖直方向的载荷在高层建筑中的数值很大，往往能够产生很大的轴向压力变形，这种结果的影响常常是跨中正向的弯矩、端支座负向弯矩变大；连续梁中间的支座点的负弯矩值减小。

1.3 侧移成为控制指标

在与普通低楼房不一样的是，由侧向力产生的结构侧移，会影响到建筑结构的整体稳定性，使其成为高层建筑混凝土结构设计的重要因素。跟随着楼房的层层增加，水平方向上的载荷压力下的侧移变形也急剧增加，因此，在结构设计中要考虑把侧移控制在某一范围之内。

1.4 结构延性是重要设计指标

一种说法是，高层建筑的结构刚度越大，其承载的能力越强，抗震的能力也越好。事实并非如此，刚度大，则质量大，质量大则造价高。为了将建筑的刚度控制在一定范围之内，需要使结构设计具有一定的柔性，即延展性。保证其在外力地震力的作用下，进入塑性变形，避免倒塌。这就要求高层建筑的钢筋混凝土结构应当具备延展性，同时具有承载能力。

2 结构选型问题

2.1 设计原则

如图1所示，为实际施工中的钢筋混凝土结构选型和内力分析图。设计人员在设计高层建筑混凝土结构时必须遵循四个原则[1]。①为保证高层建筑在计划的使用年限内的混凝土结构稳定性和安全性的适用性原则；②使用年限能应避免出现较大范围内的混凝土裂缝的安全性原则；③保证安全和质量要求的年限的耐久性原则；④必须达到相关规定性的稳定性原则。

2.2 结构的规则性问题

随着方法的不断创新和引进国外的大批经验，新的规则也相应的出现变化，增添了许多的限制条件。比如说在平面的规则性信息和嵌固端上下层刚度比方面。并且新规中明文规定了的强制性条文增多，比如说建筑不应采用很不规则的设计方案，故在设计方面，工程师应遵循新规中的这些严格限制和改变很多的条件，防止以后施工阶段工作中的被动。

2.3 结构的超高问题

新的规范是在旧的抗震规范的基础上对高度做了严格的修订，一方面把原来的限制高度设置为A级高度，另一方面增加了B级高层建筑。若是建筑高度达到了或者说超过了B级建筑高度，我们必须改变设计的方法，采取必要的措施。防止由于结构高度的变更而忽视的工程中会出现的问题，这样就会产生工程施工图审查通不过的情况，更为严重的会导致重新设计施工图，有时候还会需要重新开专家会议，这样一来对造假和工程的工期和整体的布局都产生了重大影响和损失。例如，超高建筑物的主楼体系选用3.6m的厚的现浇钢筋混凝土筏板。

2.4 嵌固端的设置问题

高层建筑物常常会有两到三层的人防和地下停车场，嵌固端的位置一般会设置在人防的顶端，但是也有可能设置在地下停车场的顶端[2]。在嵌固端的问题上，往往结构工程师会忽略嵌固端设置后导致的一些问题。例如：嵌固端上下层抗震的等级要保持统一性；楼板的设计和上下层的刚度比限制要保持一致性；在整体性上计算时，嵌固端的位置和结构抗震缝要协调。任何一个小小的设计忽视，都会给后期的工作埋下大量修改和返工的隐患。

2.5 短肢剪力墙的设置问题

设计人员在对高层建筑的短肢剪力墙进行设计时，应注意剪力墙的平面结构布局对结构承载力的均匀程度的冲击，对短剪力墙的应用的原则是能少用尽量少用，甚至不用。因为在新规中，对短肢剪力墙在高层中的应用增加了很多的限制，为防止以后工作的麻烦尽量少用。一是可以通过将剪力墙进行高度的集中化和均匀设计对剪力墙的平面结构进行优化，另一方面把高层建筑的基准作为参考，对剪力墙进行双向布置。例如，一方面使用的是全高密间距100mm，另一方面提高构件受剪承载力和受压承载力。

3 地基基础设计

工程师都非常重视地基的基础设计问题，若是地基存在着严重的缺陷，不仅仅影响的是工期问题，还会直接影响工程造价。沉降问题是首要考虑的问题，为防止不均匀的沉降对结构设计以及施工带来的灾害，较长的建筑物通常会在建筑平面的转折处和高度差异很大的位置设置沉降缝，其作用就是把建筑物分别分割成几个部分，使各个部分在设计中不受影响。天然地基是不能满足高层建筑的承载要求的，因为高层建筑的载荷往往是很大的。基础压力的设计值等于或者不超过地基承载能力的5%时，可以通过提高上部的结构刚度实现。当基础压力的设计值超过地基承载能力的5%时，可以通过扩大基础底面积和减少上部的载荷等方法。我国幅员辽阔，对地基的承载能力要求也是不同的。例如内蒙古的包头等城市多采用的是有石屑、煤灰和水泥加水拌合而成。所以在地基基础类型学习和设计方法处理时，仅仅一本《地基基础设计规范》是往往不能够满足要求的，地方性的地基基础设计和经验描述更值得我们去深深的研究。

4 结构计算与分析问题

4.1 结构安全性

结构设计中必须要考虑以人为本的安全性的问题，由于高层建筑人口居多，密度较大。在天灾人祸面前，一旦设计的不够合理，则会带来严重的灾难后果。在保证高层建筑整体的功能和质量的前提下，最大程度的去减低灾难程度。在设计中一是要考虑建筑结构的承载能力和材料的最大承载力进行比较计算。二是将结构的自振性和环境的因素考虑在内。提高自身结构安全性，减少混凝土的使用量，最大程度减少自身的重量。

4.2 混凝土结构耐久性

设计人员要尽可能的去采用一些稳定性和抗入侵性都很强的混凝土进行施工，这样在材料的选择上做了自身结构性的最优选择[3]。在具体设计过程中，要考虑到不同的构件所处的环境进行差异化的设计和材料的选用，使用45mm的混凝土保护层，保证其能延长使用年限。

4.3 抗震性

地震对高层建筑的威胁是最大的，设计中要高度重视抗震性，减少一些不对称结构的设计，一些展翼过长的设计也应该根据实际的情况设计，尽可能的科学规划和布局平面结构。确保自身的重量和结构强度的和谐分布。在计算设计时是否需要地震力的放大，考虑到建筑隔墙影响，在新规中增加了振型参与系数的概念。故而对计算结果进行分析的时候，是否要调整振型数目、各地的地震周期需要分开计算。在施工中需增大框架梁在恒活荷载作用下的的跨中正弯矩，此参数取1.1～1.2。

4.4 非结构构件的计算与设计

建筑美观或功能要求的非主体承重的一些非结构构件，以及高层建筑的顶部的装饰构件。通常按照新规中的非结构构件进行设计。

5 总 结

高层钢筋混凝土的结构设计是一个复杂的、庞大的甚至需要不断修改的设计，任何的纰漏和差错都是有可能使整个设计过程变得复杂和繁琐，甚至带来不可挽回的损失。本文从高层建筑的设计特点和设计原则出发，分析了高层建筑中的不穩定因素和对这些问题的解决方式。提高了建筑的稳定性和安全性，延长建筑的使用年限。

参考文献

[1]苏永平.高层建筑中混凝土结构的优化设计研究[J].山西建筑，2013（09）：29～30.

[2]潘靖.钢管混凝土框架结构的优化设计研究[D].河北工程大学，2012.

[3]邵永玻.高层建筑混凝土结构优化设计的探讨[J].门窗，2012（07）：49～53.