關于高層建筑混凝土結構設計的探討

張華

摘 要：隨著城市的不斷發展以及人口密度的增加，近些年我國的高層建筑也越來越多。目前高層建筑主要都采用鋼筋混凝土結構，這種結構有著較高的強度以及荷載能力，可以保證高層建筑的結構穩定。由于混凝土施工簡便且成本較低，在我國的建筑行業中得到了廣泛的應用。通過對高層建筑結構設計特點進行分析，對高層建筑混凝土結構設計進行了探討。

關鍵詞：高層建筑；混凝土；結構設計；強度

混凝土是現代建筑中被廣泛應用的一種材料，一般建筑中所使用的混凝土是以砂石作為集料、通過與凝膠材料水泥通過一定比例的加水混合并攪拌定型而形成的水泥混凝土。這種混凝土具有較好的強度以及較低的成本，可以充分滿足高層建筑的設計需要。隨著我國城市化的不斷進展，城市人口密度也越來越大，這就促進了高層建筑的出現。高層建筑混凝土結構設計對于建筑的安全性以及耐久性有著很大的決定作用，因此要對混凝土結構設計進行不斷的完善，提高設計水平。本文通過對高層建筑的結構設計特點進行分析，提出了高層建筑混凝土結構設計要點，并對結構設計的優化對策做出了探討。

1 高層建筑結構設計特點

與多層建筑相比，高層建筑在進行結構設計時需要考慮更多的因素。高層建筑由于結構的復雜，因此在設計過程中會面臨許多復雜的問題，大大提高了結構設計的難度。由于高層建筑的高度很高，對地基的荷載力以及強度有著非常高的要求，同時在地面結構的各個關鍵結構的承載能力以及抗震能力都有著較高的標準。確保地基基礎與地上結構的設計良好，才能保證高層建筑的穩定性與安全性。高層建筑結構設計特點如下。

1.1 高層建筑結構設計要注意水平側向力的影響。在進行建筑結構設計時需要對水平側向力的影響提高重視。水平側向力對高層建筑的變形有很大的影響。通常高層建筑收到的水平側向力主要由水平地震力以及風引起的荷載力所提供，相比普通的多層建筑，高層建筑受水平側向力的影響更大，極易因水平方向的荷載而在水平方向上發生較大的位移，對建筑的穩定性、安全性以及居住的舒適性都有著較大的影響。因此，在進行高層建筑結構設計時需要加強在水平側向力的重視，充分考慮水平側向力對于建筑物的影響，并在結構設計中加以完善。

1.2 要進行合理的結構剛度布置。在進行建筑結構設計時，一些設計人員認為建筑的結構剛度越強，建筑的承載力越強，從而具有較好的抗震能力。但是實際上并不是這樣，高層建筑的結構剛度需要進行合理的布置，剛度越大，建筑的質量也越大，抗震能力就會變弱，同時對建筑的成本也有很大的增加。因此在保證高層建筑剛度的同時還要對結構的柔性進行兼顧，避免建筑因脆性過大而在外力作用下發生倒塌。所以，設計人員在進行高層建筑結構設計時需要合理地對結構剛度進行布置，控制建筑結構剛度在合理范圍內，在具有剛度的同時保證一定的柔性，以滿足高層建筑在承載能力以及抗震能力方面的需求。

2 高層建筑混凝土結構設計要點

2.1 概念設計。為了保證高層建筑結構具有良好的抗震能力，需要設計人員在設計時采用結構概念設計。這種設計方式對建筑師以及結構設計師有很高的要求，必需嚴格地遵守結構概念設計的規范規程以及各項規定，設計過程中需要對建筑結構進行全面的分析，不能僅僅依靠計算來進行設計。在進行結構體系設計時，需要對結構選型以及平面布置的規律提高重視程度，選用具有較好的抗震能力以及抗風性能，并且經濟性較高的結構類型，并要對結構進行計算簡圖的設計，保證結構的地震力有合理的傳遞，并保證在兩個主軸方向有相近的動力特性。另外，概念設計可以保證高層建筑受到中等級地震后可以通過修復繼續使用，而在遇到高等級地震時可以保證不倒。為保證“中震可修，大震不倒”的目標，需要專家對設計提出具體指標，對建筑的穩定性以及彈性進行完善的設計。此外，水平地震對高層建筑有雙向的力，在進行結構概念設計時應考慮到建筑物各個方向上的受力情況。

2.2 結構選型。在進行結構選型時需要考慮三方面的問題：結構規則性問題、結構超高問題以及嵌固端設置問題。高層建筑的結構規范新舊版本有著很大的不同，在新規范中，對于結構的限制條件也有所增加。并且，新規范明文規定建筑不應采用嚴重不規則的設計方案。因此，結構工程師需要在執行新規范時多注意不同之處，避免施工設計時處于被動狀態。建筑結構的總高度在抗震規范以及高度規范當中都有著嚴格的限制，新規范中對于超高問題有了新的規定，增加了除了a級高度建筑以外的b級高度建筑。所以在進行結構選型時需要注意控制超高問題。高層建筑往往帶有地下室，因此結構設計工程師需要對嵌固端設置進行重視。

3 高層建筑混凝土結構設計優化對策

3.1 地基基礎設計。地基基礎是高層建筑的根基，對于保證高層建筑整體的安全穩定有決定性的作用。如果地基基礎的設計出現了問題，那么建筑的安全性會受到嚴重的影響，成為社會上的安全隱患。在進行地基基礎設計時需要注意對地基沉降問題的處理，基礎沉降的處理方式主要有設置沉降縫以及地基基礎加強兩種常見的解決方案。設置沉降縫可以使建筑被分為若干個獨立單元，使建筑在沉降過程中各個單元互不影響，避免建筑物因不均勻沉降而產生損害。對地基基礎進行加固處理時可以通過增大梁柱界面或框架梁的通常配筋來對不均勻沉降進行抵抗。另外還可以通過放大基礎底面積，加固地基以及減少荷載等方式來對地基基礎進行優化。目前高層建筑中地基處理方法越來越普及，根據建筑物的不同而采取針對性的處理方法。

3.2 上部結構設計。在對地基基礎結構設計進行優化之外，還應加強高層建筑上部結構的優化設計。上部結構是高層建筑的主要組成部分，其受力結構與主體結構對建筑的整體有很大的影響。因此，對于上部結構的設計需要嚴格控制，保證高層建筑整體質量。

首先，高層建筑結構設計需要對剪力墻進行合理布置。目前我國的高層建筑結構一般采用框剪結構或純剪力墻結構等，不論是哪種結構中的剪力墻的布置都需要進行嚴格的設計。剪力墻的布置原則有雙向布置、均勻對稱、加強邊角等原則，需要在設計過程中保證剪力墻的剛度均勻分布。如果剪力墻剛度分布不均勻，會導致建筑結構單元發生明顯的扭轉，影響建筑的穩定性。在地震中，框架短柱對地震力的吸收起著非常大的作用。此外，還需要對框架梁的設計進行優化。框架梁會因風力荷載、地震力水平荷載的影響而產生較大的負彎矩。為了減少負彎矩可以對框架梁的配筋進行調整，減少框架梁的負彎矩，從而增加建筑的抗震能力。

4 結語

在建筑業高速發展的今天，高層建筑在城市建設中越來越普及。完善高層建筑混凝土結構設計可以保證高層建筑的質量與性能，從而促進我國城市的建設以及建筑業的發展。因此，在現代建筑過程中，需要嚴格對高層建筑混凝土結構進行設計，對高層建筑中影響建筑整體穩定性的結構的設計進行完善與提高，確保建筑工程的質量。總之，高層建筑混凝土結構設計是當今建筑業的一項重要工作，需要提高設計人員的專業素質，對高層建筑的整體情況進行充分的了解，建造出高質量高標準的建筑，從而促進我國城市化進程的發展。

參考文獻

[1] 李善雷.高層建筑混凝土結構優化設計的探討[J].科技風，2011（4）：156.

[2] 馮阿巧.關于高層建筑混凝土結構設計的探討[J].建筑規劃與設計，2013（6）：219-227.

[3] 張慶國，丁海英.完善高層建筑混凝土結構設計的探討[J].科技與企業，2013（10）：254.