高层建筑混凝土结构设计浅谈

徐乐乐

（身份证号：1311271987****3859）

一、高层建筑混凝土的特点

在城市中,建设高层建筑工程是获取更多建筑空间和建筑结构的主要形式,也是目前工程项目中的主要发展目标。在城市化发展中,高层建筑的出现对于解决城市用地紧张、地价过高等缺陷有着重要的意义,但是如果建筑工程施工太高、太过密集的话,极容易引起工程项目出现热岛效应,进而影响了周围环境。随着目前玻璃幕墙使用的日趋增多,由此带来的光污染现象也日趋严重,造成了严重的生活影响与污染。在多数情况下,在建筑空间周围多设置一些绿化带和小广场,不仅能够为人们休息提供场所,同时还能够优化周围环境。

（一）结构应具有适宜刚度

随着高度的增加,高层建筑的侧向位移迅速增大。设计高层建筑时不仅要求结构有足够的强度,而且要求结构有适宜的刚度,使结构有合理的自振频率等动力特性,并使水平力作用下的层位移控制在一定范围之内。

（二）结构应具有良好的延性

相对于较低楼房而言,高楼结构更柔一些,在地震作用下的变形更大一些。建筑结构的耐震主要取决于结构的承载力和变形能力两个因素。为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力,避免高层建筑在大震下倒塌,必须在满足必要强度的前提下,通过优良的概念设计和合理的构造措施,来提高整个结构,特别是薄弱层的变形能力,来保证结构具有足够的延性。因此,在结构设计中应综合考虑这些因素,合理设计,使结构具有足够的强度、适宜的刚度、良好的延性。

（三）侧向力(风或水平地震作用)成为影响结构内力、结构变形及建筑物土建造价的主要因素

高层建筑和低层建筑一样,承受自重、活载、雪载等垂直荷载和风、地震等水平力。在低层结构中,水平荷载产生的内力和位移很小,可以忽略不计；在多层结构中,水平荷载的效应(内力和位移)逐渐增大；在高层建筑中,水平荷载和地震力将成为主要的控制因素。

（四）混凝土设计原则

在高层建筑混凝土结构的设计中,必须要遵循一定是设计原则,这也是保证混凝土设计质量的关键。首先,混凝土设计必须要遵循安全性的原则,即所有的施工设计方案都要以安全为前提,包括施工中的人员安全与混凝土结构的安全以及在使用中建筑的整体安全；其次,适用性也是混凝土设计的主要原则之一,混凝土的设计必须要满足建筑功能的需求,且能够保证建筑在使用寿命范围内都能够具备良好的性能。第三,混凝土设计需要以建筑保持足够的耐久性为原则,不可使建筑因设计的缺陷而影响到建筑的使用。第四,混凝土设计要具备一定的结构可靠性,一般来讲,建筑主体结构在达到使用预计年限后,并不是就不能再使用,其性能在检测后若达到技术指标则仍可以继续使用,这就要求建筑设计要以结构可靠性为原则,运用先进的技术技术手段,优化设计,以保证混凝土建筑结构的安全、经济、稳定。

（五）高层建筑结构的设计

在现在的高层建筑当中,虽然竖向荷载对结构的设计能够产生很重要的影响,但是水平荷载却起着至关重要的作用。这主要是因为建筑的自重和楼面所使用的荷载在竖向构件中所引起的轴力与弯矩的数值,仅仅是与建筑高度的一次方成正比,而水平荷载对于结构产生的倾覆力矩以及在竖向构件中引起的轴力,与建筑高度的两次方成正比。而对于具有一定高度的建筑来说,竖向荷载在大体上基本是定值。

二、高层建筑混凝土结构设计的要点

（一）结构选型

1.结构的规则性

高层建筑的结构需要符合以下要求：（1）结构的竖向和水平布置需要具有合理的刚度和承载力分布,避免因为局部的突变和扭转效应而最终形成薄弱的部位；（2）需要具有多道抗震防线。

2.规则结构的主要特征

首先是建筑以及抗侧力结构的平面布置要规则,其次是建筑的立面和竖向剖面要规则,结构的侧向刚度要均匀变化,竖向的抗侧力构件截面的尺寸和材料强度要自下而上的逐渐的减小,避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力的突变。

3.规则平面布置需满足的要求

（1）有利于抵抗水平和竖向荷载,受力明确,传力直接,力争均匀对称,减少扭转的影响；（2）在地震的作用下,建筑平面需要力求简单规则,而在风力作用下可以适当放宽；（3）抗震设防的高层建筑的平面形状要简单、对称、规则,以减少震害。

4.概念设计

结构概念设计是保证结构具有优良抗震性能的一种方法。结构概念设计是要求建筑师和结构师在建筑设计中应特别重视规范、规程中有关结构概念设计的各条规定，设计中不能陷入只凭计算的误区。以下一些要点值得注意：

（1）在结构体系上，应重视结构的选型和平、立面布置的规则性，择优选用抗震和抗风性能好且经济合理的结构体系。结构应具有明确的计算简图和合理的传递地震力途径，结构在两个主轴方向的动力特性宜相近。

（2）一般工程都仅进行小震下的弹性设计，而用概念设计和构造措施保证“中震可修，大震不倒”，但没有验算和证实，那么建筑物是否真能做到“中震可修，大震不倒”，无人知晓。对抗震设防烈度较高地区的特别重要建筑和超限建筑，审查专家往往会提出更具体的设计指标：①中震或大震不屈服设计；②中震或大震弹性设计；要求设计单位确保实现“三水准”的设计目标。

（3）水平地震作用是双向的，结构布置应使结构能抵抗任意方向的地震作用，应使结构沿平面上两个主轴方向具有足够的刚度和抗震能力；结构刚度选择时，虽可考虑场地特征，选择结构刚度以减少地震作用效应，但是也要注意控制结构变形的增大，过大的变形将会因p-δ效应过大而导致结构破坏。