關于高層建筑鋼筋混凝土結構設計的探討

何坤林

（克州誠鑫建設工程有限公司 845350）

關于高層建筑鋼筋混凝土結構設計的探討

何坤林

（克州誠鑫建設工程有限公司 845350）

隨著我國經濟的快速發展，國內各個行業都得到了巨大的發展，其中，建筑行業的整體水平發展較快，這與國家的投入和支持存在較大的關系，同時也與社會發展的客觀需求有關。在實際的工作中，混凝土結構的設計需要將理論與實踐結合起來，注意設計的重點與細節，同時，還需要總結實踐經驗，嚴格按照相關規范對鋼筋混凝土結構進行設計，不斷改進和完善。本文對高層建筑鋼筋混凝土結構設計進行了討論，希望能夠為相關工作提供一定的參考和借鑒。

高層建筑；鋼筋混凝土結構；設計

1 高層建筑鋼筋混凝土結構設計內涵

鋼筋混凝土結構以其獨特的優勢，在現代高層建筑中得到了越來越廣泛應用，為了滿足高層建筑鋼筋混凝土結構設計的相關要求，必須遵循相關規范中的設計原則，確保高層建筑鋼筋混凝土結構的質量。高層建筑鋼筋混凝土結構的設計主要需要遵循以下三點原則[1]：

（1）安全性。高層建筑的鋼筋混凝土結構在設計可使用年限內，必須能夠承擔各種可能出現的突發情況，而且在一些特定的情況下，建筑物的結構必須保持較高的穩定性。

（2）耐久性。高層建筑的鋼筋混凝土結構在設計可使用年限內，具有較高的耐久性。

（3）適用性。高層建筑的鋼筋混凝土結構在設計可使用年限內，高層建筑鋼筋混凝土結構的設計需要滿足常規使用需求，并且具有較強的抗震、抗裂和抗變形能力。

2 高層建筑鋼筋混凝土結構設計特點

相對于多層建筑鋼筋混凝土的結構來說，高層建筑的鋼筋混凝土結構設計需要考慮更多的影響因素，設計過程中所涉及的各類問題更加復雜，設計難度也更高。這主要是由于高層建筑本身自重增加，對地基基礎的何在及強度要求大幅度增加。同時，還需要保證其各類結構構件的承載能力、抗震能力滿足使用需求，只有這樣才能保證建筑結構的穩定性及使用的安全性。高層建筑鋼筋混凝土結構設計的特點主要體現如下[2]：

（1）水平側向力是影響高層建筑鋼筋混凝土結構設計中關于變形設計的關鍵因素。高層建筑所受的水平側向力主要為風荷載以及地震荷載作用下所產生水平地震里。相對于多層建筑來說，水平側向力對高層建筑的影響更大，當水平側向力相同時，高層建筑產生的水平位移比多層建筑更大，對建筑結構的穩定性和舒適性的影響也越大，因此，在高層建筑鋼筋混凝土結構設計的過程中需要重點考慮水平側向力的影響。

（2）需要根據實際需求布置結構剛度。有部分人認為在建筑鋼筋混凝土結構設計的過程中，結構剛度越大則具有更強的承載能力和抗震性能。其實事實并非如此，當高層建筑的鋼筋混凝土結構剛度越大時，對地震力的吸引越強，造價也會大幅增加。因此，高層建筑鋼筋混凝土結構在具備一定剛度的同時，還需要具備一定的柔性，從而增大結構的抗震性能，確保在外力作用下，不會因為剛度和脆性過大而發生倒塌事故。因此，在高層建筑鋼筋混凝土結構設計的過程中，應該將結構剛度控制在一定的范圍內，在保證滿足建筑承載能力和抗震性能要求的同時，具備一定的延性，提高結構的穩定性。

（3）根據相關規范以及彈性分析結構判斷高層建筑鋼筋混凝土結構是否超限，如果結構發生超限則應制定相應的措施性控制，同時通過具體的計算和論證分析，對結構的實際超限情況進行審查，保證結構抗震性能。

3 高層建筑鋼筋混凝土結構選型問題

3.1 短肢剪力墻設置

短肢剪力墻的使用雖然具備一定的作用，但是需要按照相關規范對使用數量進行嚴格控制，不能設置過大。同時，在滿足結構抗震性能的前提下，設計人員應該盡量減少這類結構的使用，避免后期產生不必要的麻煩。

3.2 結構體系的選擇

在高層鋼筋混凝土結構設計的過程中，結構體系的選擇至關重要，部分地基相對穩固的區域，在上部結構滿足變形限值的條件下，盡可能的降低結構剛度，使建筑的更加美觀。相關規范中確定了轉換層上下剛度比的公式宜改為控制上下層轉角的比值保持在1左右較為合理。對定點位移和層間位移的限制也不夠合理，可以而通過采取一定的措施突破限制。水平加強層的設計雖然能夠使結構的側向剛度提升，但是會導致外柱剪力增加，在設計過程中應該慎重選擇。

3.3 結構超高

在高層建筑鋼筋混凝土結構設計規范中，對趕緊混凝土結構的超高進行了相應的規定，尤其是抗震設計規范中，對建筑物結構的高度提出了非常嚴格的控制要求。而在新的規范中，在原有對建筑高度限制的基礎上，新增了高度限制等級，形成A、B兩級，建筑在設計過程中需要按照高度等級規范進行設計，一旦超過等級限制，無論是設計還是施工均需要重新進行設定。

4 高層建筑鋼筋混凝土結構設計建議

4.1 高層建筑鋼筋混凝土結構抗震設計

抗震性能對高層建筑整體的安全性具有較大影響，在進行工程圖紙設計的過程中，首先應根據先應規范中的抗震等級分類要求對建筑結構的抗震等級進行確定。通常情況下，高層建筑結構層數較大，且結構剛度存在較大的突變系數，對此，振型數需要取較大的值，通常取12以上的數，但是最大取值需要控制在建筑總層數的3倍以內[3]。

4.2 加強高強混凝土和高強鋼筋的合理設計

為了降低基本設施實施的難度并實現對工程總體造價的合理控制，在高層建筑鋼筋混凝土結構的設計過程中，需要對高強度混凝土以及高強度鋼筋的使用進行合理控制。高層建筑的工程總造價通常包括基礎物料、施工及材料等方面的費用，其中對總體以造價影響較大的是構筑件截面積以及鋼筋的用量。因此，為了實現對工程造價的有效控制，可以通過在設計過程中合理使用高強度鋼筋和高強度混凝土來降低鋼筋的用量，從而降低工程總體造價。當高層建筑堤基為較厚的軟土地基時，由于地基上部所承受的豎向荷載較大，所以應該通過合理的選用高強度混凝土和高強度鋼筋實現對構件截面積的優化，降低結構的總質量，通過這樣的方式，能夠使基本設施的實時難度和造價大幅度降低，在保證結構安全性的同時，實現較好的經濟效果。

4.3 加強對高層建筑構造周期性折減系數的設計

在框架結構的建筑中，構造周期性折減系數通常根據墻體填充物的類型進行取值，當墻體填充物為砌體時，其取值通常為0.6～0.7；當墻體填充物為輕質的砌塊或者墻體較少時，其取值通常為0.7～0.8；當采用輕質墻板作為墻體時，其取值通常為0.9。除了無墻的框架結構，其余情況下都需要進行一定的折減。在進行框架結構和頂蓋結構的設計過程中，填充墻體會使結構的實際剛度超過設計剛度，因此，會導致計算周期遠遠超過結構的實際周期。在這種條件下，所計算出的結構剪力較小，無法保證建筑結構的整體安全性，對此，需要適當折減建筑結構的計算周期，從而確保建筑的安全性。

4.4 提高高層建筑的耐久性

在高層建筑鋼筋混凝土結構的設計過程中，如果主要目標時實現對整體結構的優化設計，則應該根據相關規范對設計中的問題進行主次劃分，通過單目標與多目標的共同優化實現總體優化目標。在進行優化的過程中，建筑耐久性的設計尤為重要，在原有的鋼筋混凝土結構設計方案中，設計人員往往忽視了結構耐久性設計的重要性。在實際高層建筑鋼筋混凝土結構設計的過程中，大多數設計方案難以在建筑的合理使用年限內完全保證用戶的各種使用需求，出現這種情況的主要原因是由于設計人員在進行結構設計的過程中，未將建筑物實際使用的環境以及其它影響因素考慮到設計中，導致建筑在使用過程中可靠性不足。因此，在進行普通高層建筑鋼筋混凝土結構設計時，優先考慮造價和用料因素，在保證建筑結構穩定性的基礎上，造價低、材料少的結構設計方案往往更能獲得人們的青睞。隨著人們生活水平的不斷提高，對工程質量的要求也不斷提高，因此，當建筑物存在特殊使用要求或者技術要求與經濟指標存在矛盾時，應該優先考慮特殊要求和技術要求，確保建筑結構的穩定性和安全性。

5 結束語

綜合本文的分析來看，隨著現代城市化進程的不斷推進，各類高層建筑如雨后春筍般的不斷涌現出來。鋼筋混凝土結構是現代高層建筑所采用的主要結構，其具有整體性好、剛度大、位移小等多方面的優勢，高層建筑鋼筋混凝土結構的設計工作是現代建筑設計最主要的研究領域之一，同時也是現代設計的主要難點之一。對此，在高層建筑鋼筋混凝土結構設計過程中，需要充分發揮材料的力學特性，加強對設計過程的優化，結合實際情況設計出結構安全可靠的建筑，保證建筑后期的使用品質，推動現代建筑行業的不斷發展。

[1]張大鵬.高層建筑鋼筋混凝土結構設計問題探討[J].科技與企業，2014 （05）：194.

[2]杜建霞，張全貞.高層建筑鋼筋混凝土結構抗震概念設計淺談[J].建筑結構，2011（S2）：51～53.

[3]張浩.淺談高層建筑鋼筋混凝土結構設計應注意的事項[J].河南建材，2012（01）：80～81.

TU755

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1673-0038（2015）37-0069-02

2015-8-26