刍议高层混凝土结构设计中问题和对策

孙力

【摘要】随着我国城市化建设进程的加快，高层建筑有效缓解了城市土地紧张的局面，满足了人们日益增长的需求。而混凝土结构的应用有效的提高了高层建筑的质量，但是，在高层建筑的混凝土结构设计中又存在着种种问题，为建筑的质量留下安全隐患，又威胁了人们的安全生产活动。因此，本文立足于实践，通过分析高层混凝土结构设计的特点和结构体系的多样性，进而指出目前在设计中存在诸多问题，并有针对性的提出了解决问题的方案，以期能够为高层建筑混凝土结构的设计提供借鉴。

【关键词】高层建筑；混凝土机构设计；问题；对策

前 言

随着经济社会的不断发展，人们对建筑的要求也越来越高，也促使了高层建筑的设计技术不断的发展，而钢筋混凝土结构作为高层建筑的灵魂，在一定程度上满足了人们的需求，也成为现代高层建筑结构设计中的重点内容。设计合理科学的高层会凝土结构不仅能够有效的保证高层建筑的安全施工，还能提高整体建筑的质量，因此，我们有必要深入的探讨高层建筑混凝土结构在设计中存在的问题，并提高认识，在设计中把握所有的相关影响因素，以切实有效的提高高层建筑混凝土结构设计的合理性和科学性。

一、混凝土结构设计在高层建筑中的应用实例

混凝土结构设计广泛应用于现代高层建筑中，例如上海环球金融中心以桩筏为基础，上部结构为钢筋混凝土的混合结构的筒体系，外框为型钢混凝土的巨型柱，钢管混凝土的巨型斜撑，其核心筒在340m以下采用混凝土结构，以上采用钢斜筒体结构。上海的金茂大厦、大连的世贸中心、陕西省的信息大厦等均为钢筋混凝土混合结构的框，其核心筒为钢筋混凝土剪力墙结构。在对混凝土结构方案确定时主要考虑了地基基础、抗侧力结构体系、楼面结构、高强混凝土等方面的因素，如下表1，是部分超高层建筑混凝土结构的方案：

由此可以看出，影响混凝土结构设计的因素众多，如经济性、抗风和抗震的侧移角以及楼层的高度和楼面结构的设计等。在应用过程中，需要对各方面的因素综合考虑，进而设计出科学的混凝土结构

二、高层建筑混凝土结构设计中的问题及策略

1、结构选型的问题

结构选型的问题主要包括以下几个方面：①结构的规则性问题。结构的规则性问题主要是为了规范施工而设置的。随着结构设计方法的不断发展与创新，新的规则也层出不穷，与原有的规则发生了很大的变化，并且在新的规则中规定了众多强制性的条文，因此，在实际施工设计中，工程师应当根据新的规则来改变相应的条件，避免出现对新规则抵制的情绪，防止在后面的施工中陷入被动。②超高问题。通常来讲新的规范是在原有抗震规范的基础之上进行的高度修订，一是将原来的高度限制为A级。另一方面，增加了B级高层建筑的高度。因此，在高层建筑混凝土结构设计中，若出现超过规范高度的现象，应当采取相应的措施，来改变设计的方案，以防止由于超高问题而导致的其他方面的工程问题。③嵌固端的问题。高层建筑通常会设有2-3层的人防和地下停车场，而嵌固端通常需要设置在人防的顶端或停车场的顶端，但结构工程师往往会忽略或忘记设置嵌固端，进而导致整个结构的抗震协调效果不佳，给后期的工程埋下了返修的隐患。④短肢剪力墙问题。高层建筑的剪力墙是承受建筑重力的重要部分，而短肢剪力墙容易导致其水平布局对结构承重形成冲击，在新的规范中要求，尽可能的使用短肢剪力墙。因此，设计师在设计建筑结构时应当注意合理减少短肢剪力墙的使用，以避免后期的施工麻烦。

2、结构安全性问题

在对高层建筑混凝土结构设计时需要以安全性为首要原则。一方面，由于高层建筑人群活动密集，一旦结构设计不合理，不仅会造成严重的经济损失，还威胁了到人们的生命财产安全；另一方面，在对高层建筑混凝土结构设计中，需要将结构的自振性和环境的影响因素进行综合考虑，在提高自身结构安全的同时，最大限度的降低建筑自重。因此，设计师在对高层建筑设计的过程中，需要充分保证建筑整体的安全性和稳定性，以避免造成严重的灾害。

3、混凝土结构的持久性和建筑的抗震性

一是设计人员要在选材上做出对建筑结构自身最优的选择，尽可能采用稳定性能和抗入侵性能都较高的混凝土进行施工，在实际的设计过程中，要考虑建筑所处的不同环境对材质的影响，进而采取有效的防护措施，例如在新疆地区，需要采取一定的措施防止温差过大或风化而影响整个建筑的质量。通常，可采用45.00mm的混凝土保护层，以保证混凝土结构的耐久性。二是，高层建筑最大的威胁是地震，在设计中要提高对建筑抗震性的重视程度，尽可能的减少不对称结构的设计，做到科学合理的规划和布局平面结构，在地震常发地区需要采取相应的措施，提高整个建筑的抗震性能，保证高层建筑的稳定安全性。此外，对于非结构构建的建筑装饰和美观的设计，要以新规范中的标准进行设计。

三、高层建筑结构的设计需要注意的问题

1、水平载荷的影响

一般来讲，高层建筑中的竖直构件需要承担的弯矩和轴向力与楼房的高度和重力成正相关，而水平载荷对结构所产生倾覆力矩和竖直轴力与高度平方呈相关，而竖直方向的载荷在高层楼层上产生力一般为定值，水平方向的载荷值则有很大范围的变化。

2、轴向的变形

如果在高层建筑中的竖直方向产生的载荷力数值很大，超过了设计载荷，则容易产生轴向压力变形，跨中正向的弯矩、端支座负向弯矩也会随之增大，而连续梁中间支座点的负弯矩值相应的变小。

3、控制侧移指标

高层建筑容易由于侧向力结构的侧移而影响到整个建筑的稳定性和安全性，并且随着楼层的增高，水平方向在负载力的作用下，也会产生侧移变形，因此，在高层建筑混凝土结构设计中，需要把侧移控制在一定的区间内，以保证整个建筑的稳定性。

4、结构的延伸性

一方面，结构的刚度越大，对建筑的抗震性不一定越好，并且随着结构刚度的提高，建筑的成本将会仅以不增加，违背了经济性原则，另一方面，在结构设计时需要将结构的刚度控制在一定的范围之内，使设计的结构具有一定的延伸性，保证在遇到大的冲击力或地震时进入塑性变形，避免建筑的倒塌。

5、结构设计的经济性

经济性是高层混凝土建筑结构的重要原则之一。因此在设计中要注意考虑经济性的原则。以青岛第一百盛大厦为例，对楼面原设计为扁梁单向半结构，约3.00万m立方米的梁板砼造价为1576.0万，所需7267.0t的钢筋造价为3648万，16.50万平方米的模板造价为1333.0万，总造价为6558.0万，占总造价的48.90%。若采用上表1中的的设计方案，楼板厚度为0.2m，该部分结构按9.0萬/㎡计算，则用普通钢筋和预应力钢筋分别为1350t、540t，则仅楼板厚度一项造价即可节省1015万元。因此，在对高层建筑混凝土设计中，需要充分考虑经济性原则，避免因美观而忽略实际的造价。

四、结束语

高层建筑的混凝土结构设计是一个复杂的、系统的工程，它受到多方面因素的制约，在实际实施过程中甚至需要不断的对设计进行修改和完善，但整体上都需要遵循安全性、稳定性、抗震、抗风、耐腐蚀、耐久性、经济性等原则进行设计。同时设计方案还要根据不同地区的不同因素进行综合考虑，以设计出符合实际的科学的方案，进而确保整个高层建筑的质量，促进高层建筑结构设计的发展。

参考文献：

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