多层高层混凝土建筑结构设计

齐飞

[摘 要]高层建筑具有节约用地、节约城市基础设施的投资、满足大企业办公楼的需要、作为城市的重要景观等优点，同时高层建筑的地下层可以作为城市的防空避难层，是经济发展的产物。混凝土建筑结构设计的科学合理与否直接影响到混凝土结构的施工质量，在此对结构选型、地基与基础设计、结构计算三方面的注意事项进行了阐述，以切实做到高层混凝土结构的优化设计，提高结构的安全性，因此，本文从高层建筑混凝土结构出发，对其设计方法进行详细的分析。

[关键词]高层建筑：混凝土；结构设计

中图分类号：TU793 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）45-0121-01

前言：高层建筑与普通建筑不同，其施工方法和施工技术要求更为严格，但高层建筑的建设也面临诸如结构设计、垂直交通、外观、建筑高度等问题，高层混凝土建筑结构设计复杂，应从整体设计、具体程序计算、结构构造措施等方面把握整个设计。为此，本文就高层混凝土建筑的结构设计进行了简要的探讨。

1.高层建筑结构设计特点

1.1 载荷大（竖向载荷和水平作用）

高层建筑的总高度高，高层楼房的自身重力加上楼面所要承受的载荷，在竖直的构件中的弯矩和轴向力是与楼房的高度成正比的；在由水平载荷对结构所引起的倾覆力矩，竖直方向构件产生的轴力与楼房的高度的平方成正比；由风载荷及地震力引起的水平作用产生的内力主要是弯矩和剪力，在结构底部所产生的弯矩与结构高度的三次方成正比；水平力作用力结构顶点的侧向位移与高度的四次方成正比。竖直方向载荷在高层上一般为一定值，水平方向的风载荷其值是在结构动力特性的作用下或有很大幅度上的变化。水平作用对高层建筑结构的内力、变形及建筑物的工程造价的影响占主导地位。即高层建筑结构的竖向载荷所引起的内力远大于低层建筑中竖向荷载可引起的内力，水平载荷成为高层结构设计时的控制荷载。

1.2 侧移大（房屋水平变形大）

高层建筑结构的顶层侧移较低层建筑的侧移大。但过大的侧移使人不舒服，使电梯运行困难。影响人们在建筑物内正常工作和生活；侧移过大会使建筑装修开裂，甚至脱落，影响建筑物的美观、隔音、保暖等，脱落物有时会砸坏家具或设备甚至造成人身安全事故；会使结构出现附加变形，从而产生附加内力，使结构主体出现裂缝，严重的会引起房屋破坏或倒塌。因此，结构设计不仅进行结构强度设计，还必须计算房屋的水平侧移，并采取措施加以控制。限制侧向变形也就是限制结构的裂缝宽度及破坏程度。

2.高层混凝土建筑结构设计

2.1 结构选型

2.1.1 结构体系

工程所在地地基较好时，若上部结构满足设计变形值时应减小结构的整体刚度。并且可以通过对建筑基础的优化设计和上部结构的整体布置从而突破规范中对结构的高宽比的限值，也可以通过减小剪力墙的墙肢长度，达到转换层的上下刚度均匀，其中规范中对上下转换层的刚度比应转换为上下层转角为1较为合理。规范中对于结构顶点位移和层间位移限值设定不够合理，可通过一定措施对结构进行处理以达到规范要求。其中设置水平加强层时可以增加结构的侧向刚度，同时会使边柱的竖向荷载和水平剪力增加，因此在结构设计时应谨慎处理。

2.1.2 超高处理

结构设计规范中尤其是抗规和高規对建筑的总高度有严格限制。新规范中对于限制高度的建筑设定为A级之外同时又增加了B级高度的建筑。因此在进行建筑和结构设计时应对建筑高度进行控制，若结构高度达到B级或超过B级则结构设计方案和措施将进行较大改变。在结构设计中有时会因结构类型变更而导致结构审图时未通过，按照规范要求必须进行重新设计或者专家论证等会对工程工期和造价等带来一定影响。

2.2 地基与基础设计

建筑地基和基础是建筑物是否能稳固在大地上的必备条件，因此在对其进行设计时是整个建筑物设计的重中之重，同时建筑地基和基础也是工程造价的决定性因素。因此在进行基础设计时出现的任何一个偏差都会使工程产生巨大损失，因此在进行地基和基础设计时应根据相关国家规范和地方规范进行设计。我国地大物博，因此地质条件相差甚大，仅通过基础规范进行参考和设计不全面，基础规范不能对全国各地的地质条件进行详细解释和描述，因此在进行地基基础设计时还应根据地方标准进行参考和设计，以免设计时小小的疏忽造成工程后期的巨大麻烦。

2.3 关于结构计算

2.3.1 高层混凝土结构设计重要参数

高层混凝土结构设计中需要控制结构的基本自振周期、结构层层间位移和楼层基底剪力三个重要参数，第一自振周期是整体结构刚度的集中反应；扭转为主第一自振周期与平动为主第一自振周期的比值是结构平面、结构体系能否直接提供抗扭刚度的直接体现；结构楼层层间位移则是各楼层相对刚度的集中体现；基底剪力是否大于基底最小剪力指标则是反应楼层的柔度指标。通过上述指标可反应出结构的整体受力性能，可看出结构整体布置是否合理，若不合理可通过局部调整结构平面，或调整构件断面等进行处理。高层混凝土结构属于多次超静定结构，所有构件均依据经验进行预估，因此结构计算往往需要反复调整才能通过计算。一般情况下会采用提高混凝土、钢筋强度或者增加超配筋构件的截面来试算超配筋构件，如果我们能够换一个角度来考虑也许更加有效。我们应该明确结构调整之前应该完成哪些工作，结构设计首先应按照常规建立数值模型，估算结构自振周期，判定结构抗震等级，设置振型参与组合数以及地震作用方向等，关键点在于所建立的结构模型楼层刚度中心与质量中心基本重合，结构周边构件能有效抵抗扭转。

2.3.2 结构设计的合理性

其次应确定结构设计的合理性，重新调整结构构件的布置，使得自振周期、位移比、刚度比、层间受剪承载力及剪重比处于合理范围。第三应对单根构件进行设计，检查梁柱的超配筋信息，调整构件的布置，并且进行结构的优化设计。

超配筋构件的调整，应首先查出构件超筋的原因，若盲目加强超筋构件，所得结果往往超过我们的预期，可能得到很大的构件截面或者在第三阶段调整时很大程度上影响第二步的设计参数，这里加强超配筋构件的截面或者强度，整体结构的刚度得到加强，整体刚度加大，则楼层基底剪力增加，超筋构件增加刚度后分担的剪力和弯距可能增长幅度更大，我们将无法解决超筋问题。这时可通过增加远未达到承载力的构件刚度，超配筋构件减小截面降低刚度从而解决超配筋问题。

3.结语

高层建筑是随着经济发展、科学进步、人类社会繁荣昌盛而产生的。它是一个国家和地区经济繁荣与科技进步的象征，在现代城市中起着重要的作用。高层的混凝土结构设计作为高层建筑施工质量的重要影响因素，一定要进行不断的完善，设计人员通过理论联系实践经验，不断的提升设计水平，与时俱进，促进建筑行业的不断发展。

参考文献

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