钢筋混凝土高层建筑结构设技

杨少帆 罗旭

【摘 要】近年来，高层建筑不断涌现，不仅规模逐渐扩大，形式也日趋多样，但与此同时也暴露出了一系列弊端，毕竟安全性是建筑工程设计的第一原则，这一点不容置疑，如此一来，其钢筋混凝土结构设计便得到了广泛关注和高度重视。对此，本文结合高层建筑钢筋混凝土结构设计要点，就其设计优化策略进行了探讨。

【关键词】高层建筑；钢筋混凝土结构；设计

隨着城市化建设进程的不断加快，高层建筑如雨后春笋般大量出现，足以见得其发展空间广阔，其中钢筋混凝土结构以其位移小、刚度大、整体性好等优越性逐渐成为其主要的结构形式，但在具体实践中却面临着设计难题，毕竟高层建筑对刚度、强度和稳定性有着极高的要求。可见探讨高层建筑钢筋混凝土结构设计意义重大。

一、钢筋混凝土结构简介

混凝土是由胶凝材料水泥、砂子、石子和水，及掺和材料、外加剂等按一定的比例拌和而成。凝固后坚硬如石，受压能力好，但受拉能力差，容易因受拉而断裂。（为了解决这个矛盾，充分发挥混凝土的受压能力，常在混凝土受拉区域内或相应部位加入一定数量的钢筋，使两种材料粘结成一个整体，共同承受外力。这种配有钢筋的混凝土，称为钢筋混凝土。钢筋混凝土粘结锚固能力可以由四种途径得到：

①钢筋与混凝土接触面上化学吸附作用力，也称胶结力。

②混凝土收缩，将钢筋紧紧握固而产生摩擦力。

③钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬合作用，也称咬合力。

④钢筋端部加弯钩、弯折或在锚固区焊短钢筋、焊角钢来提供锚固能力。

特性编辑混凝土的收缩和徐变（蠕变）对钢筋混凝土结构具有重要意义。

二、钢筋混凝土结构特点

1.优点

（1）就地取材。

（2）耐久性、耐火性好（与钢结构比较）。

（3）整体性好。

（4）可模性好。

（5）比钢结构节约钢材。

2.缺点

（1）自重大。

（2）混凝土抗拉强度较低，易裂。

（3）费工、费模板周期长。

（4）施工受季节影响。

（5）补强修复困难。

钢筋混凝土最主要当然与其材料：也就是钢筋和混凝土有关啦，其中钢筋的抗拉强度和混凝土的抗压强度最重要。另外，施工之中还和天气的温度湿度等有关，因为会影响到混凝土的凝结速度。

三、高层建筑钢筋混凝土结构设计要点

对于高层建筑混凝土结构而言，安全性、适用性和耐久性是其设计原则，而设计要点则主要涉及下述几点：结构选型要合理，如尽量在设计中减少短肢剪力墙结构的应用；若地基稳固，且上部结构与变形限值相吻合，可尽量降低结构刚度；建筑高度设计必须在与之对应的规定范围内，以减少不必要的麻烦和损失；同时注意从抗震等级、平面布置、楼盖结构、竖向布置等多方面、多角度加以分析和设计，如综合考虑房屋类型、结构、高度、烈度等因素优化抗震设计[1]；尽量选用风力效应小、规则简单、受力分布均匀的平面形状；优先考虑现浇楼盖结构，以提高高层建筑的舒适性和坚固性等。

四、高层建筑钢筋混凝土结构设计优化

1.重点优化竖向结构设计

高层建筑钢筋混凝土结构的竖向设计质量对整个建筑来说尤为关键，故为防止出现较大的内收和外挑，建议尽量使其保持均匀和规则，就是从稳定和重心角度出发，将其设计为侧向变化均匀且上小下大的结构形式。但若高层建筑竖向结构既不垂直，也非正常的上小下大型，则要采取针对性设计措施以平衡、稳定整体。如针对内收竖向结构的高层建筑，其楼层的侧向刚度既要大于上一楼层刚度的70%，也要大于上三个相邻楼层平均刚度的80%；若楼层质量是随着高度变化而均匀分布的，则楼层质量应小于下方相邻楼层质量的1.5倍等。此外楼层间的受剪承载力应根据高层建筑级别加以合理设计。

2.合理设计建筑结构平面

若对高层建筑钢筋混凝土结构设计无特殊要求，则要尽量选用形状规则而简单的平面布置结构，以此合理分布承载力和刚度，并弱化风力影响。如对于A级高层建筑而言，不适宜将其设计为细腰形或角部重叠式的平面图形，而且出于对扭转的考虑，必须将竖向构件水平和层间最大位移控制在该楼层平均位移值的1.2倍和1.5倍之内[2]；对于必须设计的框架结构防震缝，其缝宽、高度通常分别大于100mm和小于15m；若防震缝两侧具有不同的房屋高度，则要根据低高度房屋确定缝宽；虽然不提倡采用短肢剪力墙，但若不得不采用，则必须使其截面厚度低于30cm，且每个肢截面的高厚最大比值必须处于4-8之间。

3.规范建筑抗震性能设计

抗震设计是高层建筑钢筋混凝土结构的关键环节之一，为切实提高建筑结构的稳定性和抗震能力，就必须对房屋结构、高度、烈度等要素加以认真分析，并结合建筑抗震规范要求设计抗震功能。一般情况下，若建筑结构具有较大的刚度突变系数或层数较多，应尽量多取振型数，如针对含有转换层、小塔楼、多塔结构的高层建筑，其振型数一般要大于12，小于建筑层数总数的3倍，而且只有在分析总刚性时方可取值更大；同时为提高建筑抗震能力，要求在石灰和水泥中添加合适的添加剂，结合湿度养护，以增强混凝土的实际配筋率，并减少部件变形；如果要求高层建筑抗震水平为特一级，则宜采用钢管或型钢类混凝土柱，并将其上层弯矩和底部强化位置的设计值设计为墙底截面弯矩值的1.1倍。

五、结束语

总之，钢筋混凝土结构既是高层建筑设计工作的重点，也是难点，一旦某个环节有误，都可能对整个高层建筑功能性能埋下隐患，这就要求我们认真遵循设计原则和规范，加强对以往设计不足和缺陷的分析，并予以有效克服和避免，以此提高高层建筑钢筋混凝土结构设计质量和水平，使其更安全、更适用、更耐用。

【参考文献】

[1]张涛，于洪斌.论钢筋混凝土高层结构设计常见问题[J].才智，2010；

[2]崔立成；钢筋混凝土高层结构设计中的几个问题[J]；中国新技术新产品；2010年01期；

[3]张岚.对高层建筑钢筋混凝土结构设计实践的分析[J].广东科技， 2012（22）；

[4]董良凤.浅谈高层建筑混凝土结构的优化设计[J].福建建筑，2011（01）。