浅析高层混凝土结构设计

王晓亮

（大连弘艺规划建筑设计研究有限公司）

浅析高层混凝土结构设计

王晓亮

（大连弘艺规划建筑设计研究有限公司）

高层建筑与普通建筑不同，其施工方法和施工技术要求更为严格，混凝土结构设计的科学合理与否直接影响到混凝土结构的施工质量，因此，本文从高层建筑混凝土结构出发，对其设计方法进行详细的分析。

高层混凝土 结构设计 具体方法

0 引言

混凝土是指由胶凝材料将集料胶结成整体的工程复合材料的统称。通常讲的混凝土一词是指用水泥作胶凝材料，砂、石作集料；与水按一定比例配合，经搅拌、成型、养护而得的水泥混凝土，也称普通混凝土，它广泛应用于土木工程。随着混凝土在现代建筑工程中的发展应用，使得现代建筑的质量和性能都得到了大幅度提升，从而为我国的城市建设奠定了坚实的基础。而为了使高层建筑混凝土结构设计水平进一步提高，加大对完善高层建筑混凝土结构设计的分析研究力度不仅意义重大，而且迫在眉睫。

1、高层建筑结构设计特点

1.1侧向力成为影响结构内力、结构变形及建筑物土建造价的主要因素。

高层建筑和低层建筑一样，承受自重、活载、雪载等垂直荷载和风、地震等水平力。在低层结构中，水平荷载产生的内力和位移很小，可以忽略不计；在多层结构中，水平荷载的效应(内力和位移)逐渐增大；在高层建筑中，水平荷载和地震力将成为主要的控制因素。

1.2结构应具有适宜刚度

随着高度的增加，高层建筑的侧向位移迅速增大。因此设计高层建筑时不经要求结构有足够的强度，而且要求结构有适宜的刚度，使结构有合理的自振频率等动力特性，并使水平力作用下的层位移控制在一定范围之内。

1.3结构应具有良好的延性

相对于较低楼房而言，高楼结构更柔一些，在地震作用下的变形更大一些。建筑结构的耐震主要取决于结构的承载力和变形能力两个因素。为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，避免高层建筑在大震下倒塌，必须在满足必要强度的前提下，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。

2、高层建筑混凝土结构设计中注意要点分析

2.1概念设计

结构概念设计是保证结构具有优良抗震性能的一种方法。结构概念设计是要求建筑师和结构师在建筑设计中应特别重视规范、规程中结构概念设计的各条规定，设计中不能陷入只凭计算的误区。以下一些要点值得注意：

（1）在结构体系上，应重视结构的选型和平、立面布置的规则性，择优选用抗震和抗风性能好且经济合理的结构体系。结构应具有明确的计算简图和合理的传递地震力途径，结构在两个主轴方向的动力特性宜相近

（2）一般工程都仅进行小震下的弹性设计，而用概念设计和构造措施保证“中震可修，

大震不倒”，但没有验算和证实，那么建筑物是否真能做到“中震可修，大震不倒”，无人知晓。对抗震设防烈度较高地区的特别重要建筑和超限建筑，审查专家往往会提出更具体的设计指标：中震或大震不屈服设计；中震或大震弹性设计；要求设计单位确保实现“三水准”的设计目标。

（3）水平地震作用是双向的，结构布置应使结构能抵抗任意方向的地震作用，应使结构沿平面上两个主轴方向具有足够的刚度和抗震能力；结构刚度选择时，虽可考虑场地特征，选择结构刚度以减少地震作用效应，但是也要注意控制结构变形的增大，过大的变形将会因p-δ效应过大而导致结构破坏。

2.2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）结构的超高问题。在抗震规范与高规中，对结构的总高度都有严格的限制，尤其是新规范中针对以前的超高问题，除了将原来的限制高度设定为 a级高度的建筑外，增加了b级高度的建筑，因此，必须对结构的该项控制因素严格注意，一旦结构为b级高度建筑甚或超过了b级高度，其设计方法和处理措施将有较大的变化。

（3）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。

3、关于结构计算

3.1高层混凝土结构设计重要参数

高层混凝土结构设计中需要控制结构的基本自振周期、结构层层间位移和楼层基底剪力三个重要参数， 第一自振周期是整体结构刚度的集中反应； 扭转为主第一自振周期与平动为主第一自振周期的比值是结构平面、结构体系能否直接提供抗扭刚度的直接体现； 结构楼层层间位移则是各楼层相对刚度的集中体现；基底剪力是否大于基底最小剪力指标则是反应楼层的柔度指标。通过上述指标可反应出结构的整体受力性能， 可看出结构整体布置是否合理， 若不合理可通过局部调整结构平面， 或调整构件断面等进行处理。高层混凝土结构属于多次超静定结构， 所有构件均依据经验进行预估，因此结构计算往往需要反复调整才能通过计算。一般情况下会采用提高混凝土、钢筋强度或者增加超配筋构件的截面来试算超配筋构件， 如果我们能够换一个角度来考虑也许更加有效。我们应该明确结构调整之前应该完成哪些工作， 结构设计首先应按照常规建立数值模型， 估算结构自振周期， 判定结构抗震等级， 设置振型参与组合数以及地震作用方向等， 关键点在于所建立的结构模型楼层刚度中心与质量中心基本重合， 结构周边构件能有效抵抗扭转。

3.2结构设计的合理性

其次应确定结构设计的合理性， 重新调整结构构件的布置， 使得自振周期、位移比、刚度比、层间受剪承载力及剪重比处于合理范围。第三应对单根构件进行设计， 检查梁柱的超配筋信息， 调整构件的布置， 并且进行结构的优化设计。超配筋构件的调整， 应首先查出构件超筋的原因， 若盲目加强超筋构件， 所得结果往往超过我们的预期，可能得到很大的构件截面或者在第三阶段调整时很大程度上影响第二步的设计参数， 这里加强超配筋构件的截面或者强度， 整体结构的刚度得到加强， 整体刚度加大， 则楼层基底剪力增加， 超筋构件增加刚度后分担的剪力和弯距可能增长幅度更大， 我们将无法解决超筋问题。这时可通过增加远未达到承载力的构件刚度， 超配筋构件减小截面降低刚度从而解决超配筋问题。

4、结 语

通过本文分析，高层建筑作为建筑行业主要的发展形式，为环境城市土地紧张和住房需求起到了很好的缓解作用，高层的混凝土结构设计作为高层建筑施工质量的重要影响因素，一定要进行不断的完善，设计人员通过理论联系实践经验，不断的提升设计水平，与时俱进，促进建筑行业的不断发展。

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[3]江敏. 浅谈高层建筑混凝土结构设计[J]. 黑龙江科技信息. 2013(36)

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1007-6344（2015）02-0172-01