高层建筑混凝土结构设计的相关问题探讨

任俊

（贵阳市建筑设计院有限公司　贵州　贵阳　550000）

高层建筑混凝土结构设计的相关问题探讨

任俊

（贵阳市建筑设计院有限公司贵州贵阳550000）

在经济发展的带动下，我国的建筑行业得到了飞速发展和进步，高层建筑的不断涌现，对于建筑的稳定性和安全性也提出了更高的要求。本文重点就高层建筑混凝土结构设计的相关问题进行了研究。

高层建筑；混凝土；结构设计

引言

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。

1　高层建筑结构设计特点

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。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。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　高层建筑结构设计问题

2.1结构设计容易忽视纵向框架

抗震性能是高层建筑结构设计必须考虑的问题。当前国内通用的建筑设计规范，要求必须以水平地震作用于两个主轴方向上分别计算抗震结构，各个方面地震和有该方向上抗侧力构件作支撑。设计高层建筑框架结构时，应该多关注横、纵向的框架设计。如果不对建筑结构的抗震设计作严格要求，则可按一般连续梁的标准设计纵向框架，但是梁柱节点以及框架中箍筋、纵筋的配置往往达不到设计要求。在建筑设计中，地震纵向作用常常得不到重视，设计出的框架结构极易产生支座负筋、纵筋和箍筋配置不合理的问题。

2.2连续梁根据单梁设计

在高层建筑结构阳台变量设计上，连续梁常采用单梁设计。荷重较小的阳台边梁通常都会成为建筑设计的“死角”，得不到重视。因此设计出的边梁支座上部负筋设置较少引起梁支座上部配筋受拉区域产生竖向开裂现象，如果阳台边梁长过设计值，就会造成严重的后果。为了节省室内空间，设计者很少将阳台边梁布置在室内。曝露在室外的边梁受风吹日晒，外部环境温度如果过高或过低，就会严重影响边梁的伸缩性，或者导致挑梁应力减小，使得梁内产生收缩应力，最终导致支座附近开裂并向四周扩展。梁体开裂是严重的质量缺陷，其承载能力会大大折扣，使用性能就难以达到业主要求。

2.3底层框架-剪力墙砌体结构挑梁裂缝问题

底层框架剪力墙砌体结构系一类高层建筑。它的上部是多层砌体结构，底层为钢混框架剪力墙结构。在城市建筑中，分布在市区主干道上的大型商场、写字楼和住宅小区多采用高层建筑设计，以提高土地资源利用率，降低空间成本。但设计人员追求建筑使用面积，使二层往上的部分横墙采用了悬挑梁设计，使得底层框架一剪力墙砌体结构梁开裂。

3　改善高层混凝土建筑抗震结构设计的有效对策

3.1选定建设位置分析

不同的地震灾害案例造成的损失可得出，建筑物选址的地质条件不同，所受的地震灾害的程度有很大不同，主要原因就是所选择的地理地质条件有区别。以此对建设项目位置确定提出了以下两点要求：①工程项目建设位置的在选取时应选择地质环境具备一定的缓解地震能力的地方；②避免与重大威胁场地相邻，例如变电站、大型石油储存设施等，降低除地震外其他因素带来的安全隐患问题。

3.2改进结构设计方案

结构工程师提交的方案要求设计出的建筑能够在现行国家规定建筑抗震能力标准下达标，其设计主题要能满足其规定范围内的调整变形空间，并可以在结构上强化其延性作用，自动恢复至原状态下，这样就大幅削减主体变形对整个建筑结构带来的影响，保证建筑结构保持在持久稳定的平衡状态下。对不同等级的地震产生的影响进行计算、推演，要对其布局进行合理设计，最大程度的使高层混凝土建筑结构各种设施之间的保持平衡分布，并使其得到相应的提高，要考虑侧重点房子结构、纵向重力作用方面，使其受力平和均匀，还需达到设计刚度的要求，同步做到设计结构有条理、不紊乱、有层次、不交错，根据现场地质要素在设计中选用最为合适的防震措施，必须对核心关键部位要做到严谨处理及重视，使整体结构达到上到下受力均衡的目的，保证建筑的整体对称，这种重力变化可以很大程度的削减地震带来的水平与竖向不规则的作用力产生的影响。

3.3研究高层混凝土建筑各层结构参数设置

在对高层混凝土结构设计进行预处理阶段，必须充分了解项目的选址、地质条件、材料选择、施工专业技术、质量检测等多方面相结合，着眼于其中重点，建造建筑设计的基本框架，运用先进合理的设计理念与专业技能相结合设计出切实有效的设计方案，其关键部位要做出详尽准确的注明，使得建筑抗震结构得以更好地完成，同时建立系统完善、内容详尽的建筑结构设计信息数据库，方便结构工程师对相关案例的提取，以此总结经验，采用先进的设计方式来开展工作。

3.4抗震支座设计

抗震支座多用于地震影响比较大的部分或者伸缩梁较大，需要通过滑动释放内应力的部分。通常来讲，要想保证对地震作用的有效隔离，抗震支座必须具备几个方面的性能：①应该能够承担上部建筑的荷载，同时变形较小，具备良好的竖向刚度和竖向承载力；②在水平方向上必须具备较小的水平刚度，以延长结构的自振周期，减少上部结构的加速度反应及下部结构的层间剪力；③必须有适当的阻尼，以限制结构位移；④抗震支架的使用寿命不能少于建筑结构的使用年限。对于建筑设计人员而言，不仅需要熟悉抗震支座的各项性能，而且还应该熟练掌握其实验方法，以保证抗震支座的耐久性和相关力学性能。

在对抗震支座进行设计和选择时，通常需要注意以下几个方面的内容：①地震波设计：指通过人工地震波的方式，对抗震支座的性能进行检验。假定地震震级为8级，震中距50km，则在弹性分析时，输入速度为25cm/s，在弹塑性分析时，输入速度为50cm/s。②抗震装置计算：在输入地震波对抗震装置的相关参数进行计算时，去大震时固有周期目标值为3s，等效粘性阻尼比的目标值为10%。③上部结构截面计算：采用基于长期应力和一次设计用剪力的地震应力，对上部结构的构件进步性容许应力设计。此时，以一次设计用建立超过输入25cm/s的地震反应建立；当输入波为50cm/s时，以上部结构基本上不屈服为目标进行设计。④设计准则：对应地震动为25cm/s和50cm/s的地震反应分析，对于抗震支座最大位移量的确定方法为：取叠合橡胶垫的容许水平位移37.5mm的1/1.5为输入波水平达50cm/s时的最大位移，再取此值的1/1.5为输入水平达25cm/s时的最大值。

4　结束语

总而言之，在混凝土结构建筑中，做好抗震结构设计是非常重要的，直接影响着建筑整体的稳定和安全，需要相关设计人员的充分重视。

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