高层建筑混凝土结构设计中注意要点分析见解

金陆兵

摘 要：文章分析高层建筑混凝土结构设计的原则，针对高层建筑混凝土结构设计中的耐久性设计以及抗震性能提出相应设计要点，分析了高层结构布置的要点，论述高层建筑混凝土结构常见结构的特点，指出要综合考虑合理选型，旨在与同行分享设计经验，提高高层建筑工程设计质量，为高程建筑混凝土结构设计的安全性与使用性能提供保障。

关键词：高层建筑;混凝土结构;设计;抗震性能;结构框架

当前我国高层建筑不断发展，设计思想持续更新，高层建筑结构体系不断涌现，高层建筑的竖向体型与平面布置也越加复杂，因此高层建筑的结构分析与设计工作面临的挑战也越来越多^[1]。高层建筑的水平荷载对建筑的影响要明显大于垂直荷载造成的影响，水平荷载是高层建筑混凝土结构设计必须考虑的一点。

1 高层建筑混凝土结构设计原则

1.1 可靠性原则

凡是建筑工程均有其使用年限的要求，因此设计高层建筑混凝土结构的过程中，要与建筑结构的使用功能、安全性能等相结合来作整体分析，有效开展对结构的构件以及局部的设计。建筑工程材料性能对建筑结构寿命具有直接影响，因此设计过程中要注意选择建筑材料，确保其性能满足建筑结构可靠性的要求。要与建筑体的使用年限相结合开展结构设计，从而为建筑体的耐用性、可靠性以及安全性提供保障。

1.2 安全性原则

安全是任何工程設计都必须高度重视的原则，高层建筑也不例外，高产能建筑结构设计质量关系到人民生命财产安全，因此设计过程中必须坚持安全设计，将确保建筑结构的安全性作为前提，在实践创新中不断丰富结构功能以及结构形式。

1.3 适用性原则

高层建筑服务于人，因此设计混凝土结构的过程中要充分考虑到建筑的使用功能。例如，进行结构混凝土设计时，要合理规划室内空间布局，与空间特征相结合设计合理的结构体系，布置梁柱的过程中，要充分考虑到梁柱是否会对建筑结构功能以及室内使用面积造成影响。高层混凝土建筑结构设计要具有较高的使用性与适用性，这样才能将高层建筑的使用功能充分发挥出来^[2]。

2 做好耐久性设计，提高抗震性能

2.1 将耐久性设计做好

进行高层建筑混凝土结构设计时，设计人员要分清主次，结合工程用途、建筑场地以及业主需求进行设计，确保规划方案具有较强的科学性与合理性。技术、环境因素等都会对建筑的可靠性造成影响而造成高层建筑的使用寿命缩短，严重时引发安全隐患，这就要求设计人员要重视高层建筑的耐久性问题，进行高层建筑结构设计时，对结构功能进行全面分析，事先设置相应标准，充分利用材料，从而提高高层建筑的耐久性。

2.2 提高结构的抗震性能

高层建筑的受力特点与低层建筑不同，地震区设计高层建筑时，钢筋混凝土结构要同时具有良好的刚度、强度以及抗震性能。合理的抗震设计能让高层建筑做到小震不坏，中震可修，大震不倒。为了实现这一目的，建筑结构必须要具备一定塑性变形能力以吸收地震带来的能量进而减少受到地震的破坏。

进行框架结构设计时，要做到节点整体上不受到破坏，梁的屈服宜早发生于柱的屈服，同一层中，各柱两端的屈服时间越长越好，底层柱底宜晚形成塑性铰，梁柱端的塑性铰应尽可能分散，从而提高抗震性能。根据“强节点、弱构件”、“强剪弱弯”、“强柱弱梁”的原则来设计，合理控制柱的轴压比，控制柱截面尺寸，注意构造配筋要求，将节点构造措施做到位，从而确保钢筋混凝土受到地震作用时具有较强的承载力与延性。

剪力墙结构以及框架剪力墙结构中，每段剪力墙的高宽比应严格控制，不宜低于2，从而确保其受到地震作用时表现出弯剪破坏，确保尽可能在墙底部出现塑性屈服。连梁尽可能在梁端屈服，要具有良好的变形能力，确保在墙段发挥抗震作用之前不失效。根据“强梁弱强”的原则来对墙肢的承载力进行设计，尽可能避免墙肢受到剪切破坏，从而提高抗震能力。

3 合理布置高层结构

高层一个独立结构单元中，结构的平面形状要尽可能规则、简单，其承载力以及刚度要尽可能均匀。结构侧向刚度宜按照下大上小的变化规律设置，侧向刚度的变化宜均匀，不能采用当结构竖向布置时严重不规则时，不宜使用。竖向体型宜均匀、规则，避免大幅度内收或者外挑。除此之外，还要符合以下要求：（1）结构要具有必须的变形能力、刚度以及承载能力;（2）要尽可能避免部分构件或者结构破坏造成整个结构体系丧失抗震能力、承受风荷载能力以及承受重力的能力;（3）结构的水平布置与竖向布置的承载力分布与刚度分布要合理;（4）设置多道抗震防线^[3]。

4 合理进行结构选型

为了减少高层建筑混凝土结构方案中设计失衡的问题发生，避免工程成本增加，设计工作中设计人员要高度重视高层建筑的结构选型，合理选择结构体系。设计过程中，严格遵守新规范，重视剪力墙的平面布置，结合工程现场测量数据以及设计经验展开设计。

高层建筑结构要结合施工技术、结构材料、地基情况、场地类别、抗震设防烈度、抗震设防类别、高宽比、高度以及建筑使用功能等因素，进行综合分析，选择最适合的结构体系。高层建筑的钢筋混凝土结构的体系包括框架、剪力墙、板柱-剪力墙、框架-剪力墙等结构体系。

剪力墙结构中，按照纵横正交布置或者多轴线斜交布置的方法进行剪力墙的布置，钢筋混凝土墙体承受着所有竖向荷载及水平荷载。这一结构体系为刚性结构，以弯曲变形为主，其具有较好的空间整体性，受到水平力作用时侧向变形幅度小，抗侧力刚度大，但是其缺陷在于剪力墙结构自重较大，这造成建筑平面布局受到一定限制，无法满足内部空间的要求，所以剪力墙结构主要应用于对房间面积要求不高、布置较多墙体的建筑物中，其具有减少非承重墙数量、不会出现梁柱外露的情况的优势。

框架结构的应用可方便建筑灵活进行室内空间布置。框架结构是柔性结构，主要是剪切变形，其具有应用高度受限的特点，主要应用于层数不高、非抗震设计的建筑中。建筑物层数不多时，建筑结构受到水平荷载的影响较小，因此采用框架结构是可行的。但是当建筑层数较高时不再适用框架结构。

板柱-剪力墙将井筒或者剪力墙加入板柱框架体系中，侧向力主要是剪力墙构件承受，除此之外还明显提高了侧向刚度。这种结构主要应用于7、8度抗震设计的高层建筑中。

框架-剪力墙结构将剪力墙增加于框架结构中，其具有刚柔结合的特点，可提供建筑大开间。这一结构体系为框架与数道单片剪力墙构成，水平力由剪力墙与框架分担，但是考虑到这二者的刚度存在较大的差异，受力变形时形状也不同，因此要借助楼板使其变形一致而实现剪力墙与框架之间的协同。从受力特点上分析，框架主要为剪切变形，剪力墙主要为弯曲变形，变位协调，顶部框架可为剪力墙抗震提供协助，剪力墙底部协助框架抗震，二者的优势得到了充分的发挥，因此明显提高了建筑的抗震性能。因此这一结构体系适用于各种刚度的建筑物需求，得到了广泛的使用。

5 结语

科学开展高层建筑混凝土结构的设计，这是高层建筑的设计关键，要与高层建筑的特点以及钢筋混凝土的特点相结合，准确把握设计过程中的难点与关键环节，将钢筋混凝土结构的性能优势充分发挥出来，这样才能确保高层建筑安全、稳定，提高建筑的功能性与舒适度。

参考文献：

[1]涂劲松，刘运林，谢轩，等.基于BIM技术的装配式混凝土结构设计施工流程及应用研究[J].安徽建筑大学学报，2019，27（01）：1-5.

[2]李海涛.浅析高层建筑剪力墙结构优化设计[J].海峡科技与产业，2019（02）：192-193.

[3]张健.浅谈高层建筑混凝土结构设计[J].绿色环保建材，2018（12）：101+103.