高层钢筋混凝土建筑设计要点探讨

江保钢

摘要:正确的结构分析和结构体系的选择是高层钢筋混凝土建筑设计的核心，尤其关系到日后使用的安全性。本文对高层钢筋混凝土建筑的结构特点以及在设计中的要点进行了分析，并且对建筑与环境的融合进行了简单的阐释。

关键字:水平荷载 结构体系 钢筋混凝土 环境

在一个城市中，高层钢筋混凝土建筑一般具有一定的代表性和象征性，可以从一定程度上表现出该城市经济水平和发展程度。 同时，高层钢筋混凝土建筑也是人们进行经济活动的主要场所，在对其进行严谨设计的基础上还要注意其本身所体现出的文化，特别还要注意高楼对周边和整个城市环境的影响。

一、高层钢筋混凝土建筑本体的设计

1、结构分析与设计特点

从名词上看，高层钢筋混凝土建筑的主要特点是层数和高度，从实质上讲，其特点是指水平荷载在设计中所占的主导地位。

垂直荷载和风产生的水平荷载是任何一个建筑结构都要承受的，另外设计中还要求建筑物具有抵抗地震作用的能力。对于较低矮的楼房，是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计，水平荷载对结构的影响很小；而对于较高的建筑，尽管竖向荷载对建筑本身依然产生着非常重要的影响，起着决定性作用的却已经是水平荷载了。随着建筑物层数的增多，水平荷载成为建筑设计中的控制因素。可以说，多层到高层，是一个水平荷载起的作用由小到大的量变过程。结构在水平荷载作用下的侧向变形已成为高层钢筋混凝土建筑设计中至关重要的因素，这是与非高层建筑不同的地方。水平荷载下结构的侧向变形会随着建筑物层数的增加而迅速增大，与建筑物高度的四次方成正比。

因此，在设计中不仅要求高层建筑的强度具有足够高的数值，还要求抗推刚度能够满足将建筑在水平荷载下侧移的幅度限制在一定的范围之内，以防止竖向的构件在侧移的过程中造成较大的附加性内力。一旦此内力超过临界值，就会产生极大的破坏力，致使建筑主体构件产生裂痕，导致房屋坍塌或者各种管道损坏、电梯变形等各种严重后果。

在采用框架体系和框架-剪力墙体系的高层建筑中，框架中柱的轴压应力一般比边柱的轴压应力要大，因此中柱的轴向压缩变形也比边柱的轴向压缩变形要大。当建筑很高时，这种轴向变形的差异将会达到较大的数值，其结果相当于连续梁中间支座沉陷，从而使连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩值和端支座负弯矩值增大。

和较低的建筑相比，高楼结构更柔，在地震的作用下变形会更大一些。在高层建筑的构造上要采取恰当的措施，保证结构具有足够的延性，使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，避免倒塌。

高层钢筋混凝土建筑结构体系的选择

高层结构设计一般可依照房屋适用的最大高度和抗震设防烈度选择。框架、框架-剪力墙、现浇剪力墙和筒体是常规的四种结构体系。各种结构体系有不同的受力特点，合理的结构体系可以使建筑物更加有生命力。比如:框架结构体系具有建筑平面布置灵活，能获得较大空间，构件简单，施工方便较为经济,因而很适合于多层工业厂房以及民用建筑中的多高层办公楼、旅馆、医院、学校、商店和住宅建筑等。

目前国内高层建筑以钢和钢筋混凝土结构为主。钢筋混凝土结构的优点是：造价低，材料资源丰富，可以浇注成各种复杂的形状，可组成多种结构体系并可节省钢材，耐久性、耐火性好，承载能力较高，经过合理设计后，可获得较好的抗震性能。

高层钢筋混凝土建筑结构设计应注意的方面

高层钢筋混凝土建筑结构平面布置应避免应力集中的凹角和狭长的缩颈部位，力求简单、规则、对称；避免在凹角和端部设置楼电梯间；避免楼电梯间位置偏置而产生扭转；竖向体型尽量避免外挑，内收也不宜过多，力求刚度均匀渐变，避免产生应力集中。

相比于多层建筑，高层建筑承受的水平荷载和轴向荷载要大很多，因此高层钢筋混凝土建筑对基础的设计要求也就更高。如果高层建筑的基础设计不良，就会影响到建筑的使用，甚至还会影响其整体性和安全性。基础的埋深在基础设计中是至关重要的。基础设计规范中要求高层建筑的基础要有一定的埋置深度，这是为了保证高层建筑的整体稳定性，减小地震及地基沉降对结构的影响。另外还有桩基础的布置，承台采用的形式等等，都对高层建筑基础设计起到一定的影响。

钢筋混凝土的作用对于任何一种结构体系都是十分重要的，是结构安全的保证。因此除了重视计算外，在构造措施方面必须加以注意。框架结构中的梁、柱箍筋加密区，纵筋的连接和锚固都对抗震设防作用极大；剪力墙结构中的墙肢配筋构造，剪力墙端部构造配筋，边梁的配筋构造等，在结构设计中都必须予以重视。

二、高层钢筋混凝土建筑与环境的融合协调

高层钢筋混凝土建筑在建设中要能展现出其人性化的一面，这就要求其与环境协调，能体现出自然之气。不但要注意在小环境内的协调，还要注意其在整个城市中的协调。

高层钢筋混凝土建筑的形体和尺寸都十分巨大，可以带给观者以极其深刻的印象，在区域范围内能起到地标的作用，但是要避免过分的夸大和突兀而造成与周边建筑不协调。建筑尺度的确定应与整个城市的尺度相一致，而不能脱离城市，孑然孤立，不利于优美天际线的形成。同时还要注意对所在城区的艺术风格和美学价值的影响。高层建筑的底部要注意与街区的城市结构相联系，考虑到街道行人的舒适度，如：留出部分用地作外部环境空间，高层建筑下部收进，减少高层建筑物下部占地面积等方法。高层建筑会遮挡周边环境的阳光，造成巨大的阴影，会对周围环境和人产生影响。

高层建筑还要避免过于密集，过于密集会给城市空间带来很大的压力，造成交通的拥堵以及一些不可预期的污染等。在规划设计中要对区域内的高层建筑密度进行限制，避免高层建筑的集中分布。

总结：

高层钢筋混凝土建筑已经有百年历史，从其出现的时候就成为城市的焦点。在其设计不断发展的过程中，与城市空间的融合也日趋完善。高层钢筋混凝土建筑结构设计，是一个复杂的过程。在该过程中任何遗漏和失误都可能对日后的使用产生不利的影响，所以在设计当中要不断学习新规范，力求掌握更为合理的结构方法。

参考文献

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