高层建筑混凝土框架结构的设计核心要点构架

韩敬敬

摘    要：随着城市化进程的加快，高层建筑项目的数量也在不断增长。与之相应的是，混凝土框架结构在高层建筑中的应用也越来越广泛。因此，我们有必要进一步加强高层建筑混凝土框架结构设计。本文将就高层建筑混凝土框架结构设计的主要核心要点展开论述，希望可以帮助设计界的同行提升混凝土结构设计水平。

关键词：高层建筑;混凝土框架结构;设计;核心要点

1  引言

随着经济的高速发展，我国城市化的进程也在不断加快。但城市的土地资源毕竟是有限的，为了在城市有限的土地上不断提升建筑容积，近年来，高层建筑项目以惊人的速度在各大城市发展起来，在北京、上海、广州、深圳等一线城市，高层建筑已经勾勒出新的城市天际线。与高层建筑快速发展相适应的是，钢筋混凝土框架结构在高层建筑项目中的应用也越来越广泛。为提升高层建筑施工质量，非常有必要提升钢筋混凝土框架结构的设计水平。

2  混凝土框架结构的特点

高层建筑结构必须同时具有足够的强度与足够的刚度，必须同时具有一定的承载能力与抗侧移能力，因此，框架结构成为高层建筑结构设计的首选。框架结构由梁、柱等构件通过节点连接构成，各个节点采用刚性连接，形成完整的竖向承重结构。——框架结构具有以下特点：结构自重较轻，整体性与抗震性较好;结构构件类型少，工业化程度高、施工快捷;结构造价较低，并方便设计师进行灵活的建筑平面布置。因此，框架结构在写字楼、商务楼、宾馆等高层建筑中的应用越来越广泛。

3  高层建筑混凝土框架结构设计核心要点

3.1  掌握框架结构设计的基本规定

框架结构必须设计为双向梁柱抗侧力体系。框架结构的梁、柱中心线必须重合。梁、柱中心线若出现偏心距，可为梁增设水平加腋。梁水平加腋宽度/梁水平加腋长度必须小于1/2，梁水平加腋宽度/梁截面宽度必须小于2/3[1]。

进行抗震设计时，框架结构可采用砌体填充墙。在布置砌体填充墙时，应沿框架柱全高，每隔50cm设置2根拉筋（直径6mm）。若砌体填充墙长度超过5m，墙顶应与梁有钢筋拉结。

3.2  进行结构布置

结构布置，通常分为结构平面布置、结构竖向布置两个方面。

（1）结构平面布置。第一步，柱网布置：在结构图上明确各个柱的位置，形成矩形柱网网格。布置柱网时必须尽量规则、整齐，以形成良好的受力结构与传力体系。设计师须根据高层建筑项目的具体使用功能，自行选择小柱网或大柱网。小柱网的柱距有3.3m，3.6m，4.0m等几种不同情形[2];大柱网的柱距有6m、6.6m、7.2m、7.5m等几种不同情形，跨度有4.8m、5.4m、6.0m、6.6m、7.5m等几种不同情形，需要由设计师要根据项目的具体情况，选择适宜的柱距与跨度。第二步，设计承重方案：框架结构平面可分为长边、短边两个方面，通常将长边方向称为纵向框架，将短边方向称为横向框架。设计师设计横向框架承重方案时，主梁结构应沿横向布置，板、次梁、连系梁沿结构进行纵向布置;这样可以提高结构的横向抗侧刚度。设计纵向框架承重方案时，主梁结构应沿纵向布置，板、次梁、连系梁沿结构进行横向布置。

（2）结构竖向布置。设计师进行结构竖向布置时，应确保结构的侧向刚度和承载力自下而上逐步减小，并保持结构受力的均匀性、连续性，绝不能使结构受力出现突然改变。

3.3  构件选型

设计师为框架结构进行构件选型时，应仔细计算各个构件的尺寸。一般来说，梁截面高度必须控制在梁计算跨度的1/18～梁计算跨度的1/10之间（计算公式为：梁截面高度=（1/10～1/10）×梁计算跨度），梁截面宽度必须控制在梁截面高度的1/4～梁截面高度的1/2之间（计算公式为：梁截面宽度=（1/4～1/2）×梁截面高度）。梁截面宽度不能小于20cm，梁截面的高度与宽度之比不能超过4[3]。

计算柱截面尺寸时，须根据柱所承受的轴向压力设计值与混凝土轴心抗压强度设计值计算柱截面面积。具体计算公式为：柱截面面积>[（1.1～1.2）×柱所承受的轴向压力设计值]/与混凝土轴心抗压强度设计值

若截面柱为矩形，则最小截面尺寸不应小于40cm;若截面柱为圆柱，则最小截面直径不能小于45cm。柱截面长边与短边之比不能超过3。

3.4  进行荷载计算

高层建筑的荷载按方向分为水平荷载与竖向荷载。竖向荷载包括恒载、楼面活荷载、雪荷载等;水平荷载包括风荷载、水平地震作用等。恒载包括结构自重、土压力、预加应力、结构表面构造层（找平层、保温层、防水层）等重力荷载，设计师须根据构件设计尺寸与材料自重标准计算值恒载的标准值。一般来说，杉木自重为4kN·m-3，木板条自重为5kN·m-3，钢自重为78.5kN·m-3，压实后的石棉自重为10kN·m-3，含水量小于15%、松散的石棉自重为4kN·m-3，石膏自重为13kN·m-3～14.5kN·m-3，干黏土自重为16kN·m-3，湿黏土自重18为kN·m-3，砂夹卵石自重为18.9kN·m-3～19.2kN·m-3，卵石自重为16～18kN·m-3，花崗岩、大理石自重为28kN·m-3，普通砖自重为19kN·m-3，煤渣砖自重为17kN·m-3～18.5kN·m-3，矿渣砖自重为18.5kN·m-3，钢筋混凝土自重为24～25kN·m-3。

计算雪荷载时，须测算高层建筑项目所在地的基本雪压，与屋面积雪分布系数。具体计算公式为：雪荷载标准值=屋面积雪分布系数×当地基本雪压。

计算楼面活荷载时，须确定楼面均布活荷载标准值、组合值系数、频遇值系数与准永久值系数。旅馆、办公楼楼面均布活荷载标准值一般为2.0kN·m-2，组合值系数一般为0.7，频遇值系数一般为0.5，准永久值系数一般为0.4。商店楼面均布活荷载标准值一般为3.5kN·m-2，组合值系数一般为0.7，频遇值系数一般为0.6，准永久值系数一般为0.5。

计算风荷载时，须确定高层建筑项目所在地的基本风压值、建筑结构设计高度的风振系数，风荷载体型系数、风压高度变化系数。若高层建筑项目所在地为城市郊区，高层建筑项目设计高度超过200m，则风压高度变化系数为2.46。若高层建筑项目所在地附近有许多其它高层建筑，高层建筑项目设计高度超过200m，则风压高度变化系数为1.58。——具体计算公式为：基本风压值=建筑结构设计高度的风振系数×风荷载体型系数×风压高度变化系数

3.5  进行内力计算

在恒荷载下进行内力计算，可采用分层法，需要进行分配系数计算、固端弯矩及纵向梁偏心引起的柱端附加弯矩计算、以及各层弯矩计算等。

4  结束语

以上是高层建筑混凝土框架结构设计的主要核心要点。——随着高层建筑项目的进一步发展，混凝土框架结构在高层建筑中的应用将更加广泛。因此，设计师必须详细了解相关设计规范，认真学习相关专业理论知识，并在设计实践中不断总结经验，从而不断提高设计水平。

参考文献：

[1] 韩凯.高层混凝土结构优化设计方法探究[J].绿色环保建材，2020（6）：88+90.

[2] 朱金坤，卢建峰，刘斌，贺星新.建筑高度对钢筋混凝土框架-核心筒结构的影响[J].工程建设与设计，2020（8）：5～7.

[3] 吴世诚.工业与民用建筑混凝土结构设计的分析[J].江西建材，2019（12）：89+91.