高层建筑设计中钢筋混凝土结构的应用

简国春

【摘要】本研究根据高层建筑钢筋混凝土结构施工和设计工作，在全面分析高层建筑钢筋混凝土结构设计灵魂的基础上，展开了对高层建筑钢筋混凝土结构设计中关键问题的思考，并对短支剪力墙设置、结构体系选择、结构高度控制等问题进行了研讨，提供了新时期高层建筑钢筋混凝土结构设计中加强抗震功能、高强混凝土合理运用、提高耐久性、加强概念设计等环节的工作，希望达到高层建筑设计中对钢筋混凝土结构稳定性、耐久性和安全性的保证。

【关键词】高层建筑设计；钢筋混凝土结构；结构设计

引言

设计是形成高层建筑质量，在初始时期控制钢筋混凝土结构的基础，要站在为社会和行业发展负责的高度看待和重视高层建筑设计中钢筋混凝土结构的相关工作，形成对设计重点和细节的把握，提高高层建筑设计环节中钢筋混凝土结构的工作水平。在具体的高层建筑钢筋混凝土结构设计中，应该突出设计的内涵，体现高层建筑钢筋混凝土结构的灵魂，对高层建筑设计中钢筋混凝土结构方面的关键问题进行全面思考，从短支剪力墙、结构体系、高度控制等关键环节展开对高层建筑钢筋混凝土结构的设计控制和管理，进而为高层建筑钢筋混凝土结构设计目标的达成起到重点方面和体系方面的支撑作用。

一、高层建筑中的钢筋混凝土结构设计内涵

随着钢筋混凝土结构应用于高层建筑越来越广泛，要想保证高层建筑混凝土结构设计达到规范规定的标准，就必须遵循一定的原则，加强高层的建筑结构的使用维护、施工及设计。其原则需求主要表现在：第一，安全性。在设计的合理使用年限以内的高层建筑结构，应该可以承担各种可能发生的突发情况，而且在发生了偶然事件以后，建筑物的结构必须要保持一定的稳定特性。第二，耐久性。在设计的可以使用的年限以内，高层建筑的结构应该具有一定的耐久性。第三，适用性。在设计的能够合理使用的年限以内，高层建筑结构的设计应该可以满足使用的要求，具有较好的抗振、抗裂缝或者抗变形的性能。

二、结构选型中常见的问题

2.1结构规则性的问题

在建筑结构设计中，规范对于结构规则性的内容有很大的变化，在旧的规范中增加了很多新的规范条件，比如平面规则性信息、嵌固端上下层刚度比较的信息以及竖向规则性信息等，并且在新的规范中，采用了强制性的规定。所以在高层建筑物结构设计时，应该遵循规范的内容，从而可以有效的避免施工中要求对设计进行改变。

2.2嵌固端的设计问题

目前很多的高层建筑物都有两层或者两层以上的人防地下室，所以嵌固端可能设置在人防的顶板位置处，也可能设置在地下室顶板的位置处。在设置嵌固端时，建筑师以及结构设计师很容易忽略嵌固端的设置带来的问题，如：嵌固端上下层的刚度、楼板的设计、上下层抗震等级的统一性和结构整体计算时嵌固端的位置等一系列的问题，如果在设计中忽略任何一个问题都可能对高层建筑结构造成安全隐患，所以这就要求建筑师和结构设计师在钢筋混凝土高层结构设计时，注意嵌固端设置的问题。

2.3短肢剪力墙设计的问题

在钢筋混凝土高层结构设计的规范中，对短肢剪力墙在高层建筑中的应用有很多限制，所以在高层建筑设计中，建筑师以及结构设计师应该尽量减少或者避免采用短肢剪力墙，从而可以有效的避免工程设计中不必要的麻烦。

2.4结构超高问题

在钢筋混凝土高层结构设计中，对于高层建筑的总高度在抗震规范中具有严格的要求，特别是新规范中，除了将原来限制的高度设置为A级高度，还增加了B级建筑物的高度，所以在高层结构设计时，应该严格控制建筑物的高度，从而可以减少重新设计以及不符合要求等问题，减少高层结构设计对施工工期的影响。

三、地基与基础设计问题

地基与基础设计一直是结构工程师比较重视的方面，不仅仅由于该阶段设计的好与坏将直接影响后期设计工作的进行，同时，也是因为地基基础在整个工程造价中起决定性因素，因此，在这一阶段出现问题后果可能更加严重甚至造成无法估量的损失。在地基基础设计中，要注意地方性规范的重要性问题。由于我国占地面积较广，地质条件相当复杂。作为国家标准，仅仅一本《地基基础设计规范》无法对全国各地的地基基础都进行详细的描述和规定，因此建立在国家标准之下的地方标准、地方性的“地基基础设计规范”能够将各地方的地基基础类型和设计处理方法等，一些成熟的经验描述和规定更为详细和准确。

四、结构计算与分析

随着房屋建筑结构方面新规范的陆续颁布实施，各种计算软件也都更新版本，但在计算时经常会出现各种各样的问题。这其中既有软件自身不完善的因素，也有使用人对规范理解不正确的原因。因此，如何准确、高效地对工程进行内力分析并按照规范要求进行设计和处理，是决定工程设计质量好坏的关键。

4.1计算模型的选取

对于常规结构，可采用楼板整体平面内无限刚假定模型；对于多塔或错层结构，可采用楼板分块平面内无限刚模型；对于楼板局部开大洞、塔与塔之间上部相连的多塔结构等，可采用楼板分块平面内无限刚，并带弹性连接板带模型；而对于楼板开大洞有中庭等共享空间的特殊楼板结构或要求分析精度高的高层结构则，可采用弹性楼板模型。

4.2抗震等级的确定

对常规高层建筑，与主楼连为整体的裙楼的抗震等级不应低于主楼的抗震等级；对于地下室部分，当地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，地下一层的抗震等级应与上部结构相同，地下一层以下的抗震等级可根据具体情况采用三级或更低等级。

4.3振型数目是否足够

振型数的多少与结构的层数有关，文献中对振型的取值都有较为明确的规定。因此，在计算分析阶段根据规范要求对计算结果进行判断，并決定是否要调整振型数目的取值。

4.4非结构构件的计算与设计

在高层建筑中，往往存在一些由于建筑美观或功能要求且非主体承重骨架体系以内的非结构构件。对这部分内容尤其是高层建筑屋顶处的装饰构件进行设计时，由于高层建筑地震作用和风荷载较大，必须严格按照新规范中增加的非结构构件的处理措施进行设计。

五、提高高层建筑耐久功能

在高层建筑钢筋混凝土的结构设计中，若以优化结构设计为主要目的，则要根据设计规范来处理主要问题，认清主次，通过多种目标与单一目标的优化使设计的效果令人满意。因此，必须加强房屋耐久性设计，在原来的混凝土结构设计方案中，混凝土结构设计的耐久性往往没有得到设计人员的充分考虑，其实就是在规定的使用年限内对于用户的各种正常使用要求均能够满足。在实际情况中，许多方案设计都没有达到这些要求。出现这种情况的主要原因是设计时没有完全考虑建筑物在实际运作中由于环境、条件的影响，而导致的建筑的可靠指数明显降低。因此，在对一般的高层建筑混凝土进行设计时，主要都集中在造价、材料上，所以只有造价小、材料少的结构设计才是满意的设计。如今人们的生活水平不断地提高，对工程的质量要求也相应地得到提高，所以当建筑物的特殊使用要求或者技术要求与经济成为主要矛盾时，就要果断地放弃经济这个指标。

六、结束语

简而言之，钢筋混凝土结构是高层建筑出现的基础，如何科学地进行高层建筑钢筋混凝土结构的设计已经成为行业的重点，应该突出钢筋混凝土结构的特性，结合高层建筑的特点，把握高层建筑钢筋混凝土结构设计的关键环节和难点，充分发挥钢筋混凝土结构在整体性和机械性能上的优势，设计出高层建筑钢筋混凝土结构的精品，在实现高层建筑稳定和安全的同时，实现高层建筑舒适度和功能性的保证。

参考文献：

[1]陈辉求.钢筋混凝土结构裂缝的探讨和研究[J].安徽建筑.2002（06）

[2]许贤敏.从1999年土耳其大地震看钢筋混凝土结构的性能[J].世界桥梁.2002（03）