混凝土在高層建筑結構設計中的應用探討

徐宗達/江蘇元舜建設工程有限公司

混凝土在高層建筑結構設計中的應用探討

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現代化城市的建設，推動了高層建筑的發展。高層建筑的設計和功能相較于普通建筑更加的復雜化，其結構體系也更加的繁瑣，這就給建筑設計師們帶來了設計難題。而建筑結構的設計關系到建筑的整體質量，所以有對其有足夠的重視。混凝土的應用，使得高層建筑的結構更加的穩固，在一定程度上解決了建筑設計的難題。本文就混凝土在高層建筑結構設計中的應用進行了簡要的探討，僅供同行參考。

混凝土；高層建筑；結構設計；應用

隨著高層建筑的發展，傳統的土木磚石施工材料已經不能夠滿足現代高層建筑的結構設計需要，因此要選取新型材料來替代傳統的土木磚石材料，以保障高層建筑的質量安全。混凝土因其自身所具有的延展性以及高強度特點，逐漸受到了建筑設計者的青睞，并且被越來越多的應用于高層建筑結構設計中。然而隨著人們要求的多元化，使得高層建筑的結構設計更加的繁復，這就對混凝土的應用提出了更高的要求。

一、混凝土在高層建筑結構設計中的要求

高層建筑最高的高度可達到100米，這就要求建筑結構的設計要更具穩定性和抗震性。混凝土由于自身的強度優勢，在應用到高層建筑的結構設計中時，能夠增加建筑的強度，提升建筑的抗震能力，使得建筑結構更具有穩定性。在高層建筑的結構設計中，混凝土的應用要求主要包括以下幾方面：首先是安全性。混凝土在被應用到高層建筑結構設計中后，要具有強大的荷載力，并且不受溫度變化和建筑沉降的影響。混凝土的應用還要恩能夠夠保證建筑在遭受到強大的外力影響下，還能夠保持建筑的穩定性，減少外力因素對高層建筑的破壞，以確保建筑結構的安全性。其次是持久性。混凝土結構在被應用于建筑結構中后，其要就有很強的抗腐蝕性能，持久性特點要突出，只有這樣才能滿足建筑的使用需求，延長建筑的使用壽命。混凝土材料與傳統的土木磚石材料相比，混凝土材料更能夠抵抗腐蝕，只要應用的合理，那么就會使得建筑結構的使用期限增長。再次就是實用性。混凝土結構有著很強的延展性，其能夠將斷裂與變形等問題控制在一定的范圍內，使得這些質量問題不會對建筑的整體結構造成嚴重的影響。混凝土的實用性更加符合建筑結構的設計要求，而且在設計和施工工藝上相對簡潔。

二、混凝土在高層建筑結構設計應用分析

1.概念設計。之所以將混凝土應用于建筑結構當中，是為了能夠保障建筑的抗震性，而要保證建筑結構的抗震性能良好，就要對建筑結構概念進行合理的設計，以結構概念設計來體現建筑的穩定性。要選擇能夠凸顯建筑結構抗震能力的方案來進行布置，確定可以提高建筑抗扭剛度或者減少扭轉反應的相關措施，對眼形結構以及構件進行設計，并需要加強對建筑相對薄弱的環節進行深入的分析研究。以此方式來降低外力對建筑造成的影響，避免建筑薄弱層過早被破壞，可以有效避免因為局部被破壞而引起的整體聯鎖反應，提高建筑結構的穩定性與安全性。對于抗震烈度比較高的地區，需要注意重要建筑與超限建筑的混凝土結構設計，要求設計單位在對其進行設計時，必須要滿足中震或者大震彈性設計、中震或大震屈服設計等。保證可以實現“三水準”目標。另外，在獨立結構單元內，必須要避免凹角部位應力的過于集中，在進行結構設計時，盡量不要在凹角和端部設置樓、電梯間，使其可以受到較少的地震作用扭轉效應。

2.混凝土結構選型。在高層建筑混凝土結構選型中，必須要符合結構規則性，如平面規則性信息、嵌固端上下層剛度比信息等，必須要嚴格遵循“建筑不應采用嚴重不規則的設計方案”原則。因此。在進行高層建筑結構設計時，必須要嚴格遵守各種限制條件，避免在后期施工圖設計階段處于被動位置。對于設計規范主要可以分為三個方面：

（1）結構超高。在對高層建筑進行結構設計時，最主要的就是要限制建筑總高度，嚴格控制結構設計中的高度。如果結構為B級高度建筑超高，對其采用的設計方法以及處理措施會隨之改變。在實際工作中，往往會因為結構類型的變更而忽略掉對建筑限高問題，造成施工圖不能通過審查，嚴重影響工程工期、造價等整體規劃。

（2）短肢剪力墻設置。短肢剪力墻即對墻肢截面高厚比為5—8的墻，就現在高層建筑設計規范來看，對短肢剪力墻進行了很多設置。因此，結構工程師在對高層建筑進行設計時，應盡量少選用短肢剪力墻，避免在后期設計中增加不必要的麻煩。

（3）嵌固端設置。高層建筑一般都會存在地下室與人防結構，嵌固端大多設置在地下室頂板。因此在對高層建筑進行混凝土結構設計時，應加強對嵌固端設置位置的重視，避免因為忽略而使得后期設計進行大量修改或者是工程施工造成一定安全隱患。

3.混凝土剛度處理。隨著城市的發展，高層建筑逐漸增多，伴隨著高層建筑的增加，社會經濟也取得了長足的發展，并且在很大程度上緩解了城市用地的緊張。但是，高層建筑由于其自身高度的特點，使得人們對其的安全性與穩定性更加的關注。二要提高高層建筑的整體結構強度，就必須要能夠增加建筑的豎向荷載能力。就我國的目前的高層建筑結構設計來說，剪力墻結構被廣泛應用于高層建筑的結構設計中。剪力墻結構能夠在一定程度上提升建筑結構的強度，使得建筑整體結構保持穩定，但是其在資源良好的地區進行應用，在一定意義上也是一種浪費。因此，在進行高層建筑結構設計時，要注意考慮地質條件的影響，減少對剪力墻的應用，這樣可以在大大降低施工的投入成本。

4.混凝土加固。在高層建筑結構設計中，為了加強建筑的穩定性，普遍會采用混凝土加固方法。混凝土加固主要包括碳纖維加固和預應力加固。碳纖維具有極強的抗拉性，用相應的粘黏劑將碳纖維粘貼到建筑結構上，可以增強建筑結構的抗拉能力，使得建筑的結構更具有剛性。但是在運用碳纖維加固方法時，要注意對其做好維護和管理的工作，以防止火災的發生。而預應力加固就是在利用預應力技術的基礎上，用強制的手段對后加拉桿進行加固，這樣可以有效增強建筑結構的強度。這種加固方法使得建筑內部的結構變得不同，有效的加強了混凝土結構的預應力。

5.混凝土裂縫處理。混凝土會因為內部或者是外部的影響而出現裂縫現象，而裂縫的產生會使得混凝土結構的強度降低，影響混凝土結構的穩定相。想要保障建筑結構穩定性和安全性，就要對混凝土裂縫進行防治，采用科學的方式，對出現了裂縫的混凝土進行及時的修復，選用高質量的混凝土材料，從而減少混凝土裂縫的出現。

三、結語

混凝土是現在建筑建設的主要施工材料，其性能如何在很大程度上影響著整個工程的質量，對于建筑結構的設計具有重要意義。因此，結構工程師在進行設計時，需要結構建筑當地環境、氣候等因素進行綜合分析與考察，做好混凝土結構設計，不斷提高建筑的抗震性與穩定性，不斷優化建筑整體性能。

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