高層建筑混凝土結構設計的相關問題探討

任俊

（貴陽市建筑設計院有限公司　貴州　貴陽　550000）

高層建筑混凝土結構設計的相關問題探討

任俊

（貴陽市建筑設計院有限公司貴州貴陽550000）

在經濟發展的帶動下，我國的建筑行業得到了飛速發展和進步，高層建筑的不斷涌現，對于建筑的穩定性和安全性也提出了更高的要求。本文重點就高層建筑混凝土結構設計的相關問題進行了研究。

高層建筑；混凝土；結構設計

引言

高層建筑作為建筑行業主要的發展形式，為環境城市土地緊張和住房需求起到了很好的緩解作用，高層的混凝土結構設計作為高層建筑施工質量的重要影響因素，一定要進行不斷的完善，設計人員通過理論聯系實踐經驗，不斷的提升設計水平，與時俱進，促進建筑行業的不斷發展。

1　高層建筑結構設計特點

①側向力成為影響結構內力、結構變形及建筑物土建造價的主要因素。高層建筑和低層建筑一樣，承受自重、活載、雪載等垂直荷載和風、地震等水平力。在低層結構中，水平荷載產生的內力和位移很小，可以忽略不計；在多層結構中，水平荷載的效應（內力和位移）逐漸增大；在高層建筑中，水平荷載和地震力將成為主要的控制因素。②結構應具有適宜剛度。隨著高度的增加，高層建筑的側向位移迅速增大。因此設計高層建筑時不經要求結構有足夠的強度，而且要求結構有適宜的剛度，使結構有合理的自振頻率等動力特性，并使水平力作用下的層位移控制在一定范圍之內。③結構應具有良好的延性。相對于較低樓房而言，高樓結構更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。建筑結構的耐震主要取決于結構的承載力和變形能力兩個因素。為了使結構在進入塑性變形階段后仍具有較強的變形能力，避免高層建筑在大震下倒塌，必須在滿足必要強度的前提下，通過優良的概念設計和合理的構造措施，來提高整個結構、特別是薄弱層（部位）的變形能力，來保證結構具有足夠的延性。因此，在結構設計中應綜合考慮這些因素，合理設計，使結構具有足夠的強度、適宜的剛度、良好的延性。

2　高層建筑結構設計問題

2.1結構設計容易忽視縱向框架

抗震性能是高層建筑結構設計必須考慮的問題。當前國內通用的建筑設計規范，要求必須以水平地震作用于兩個主軸方向上分別計算抗震結構，各個方面地震和有該方向上抗側力構件作支撐。設計高層建筑框架結構時，應該多關注橫、縱向的框架設計。如果不對建筑結構的抗震設計作嚴格要求，則可按一般連續梁的標準設計縱向框架，但是梁柱節點以及框架中箍筋、縱筋的配置往往達不到設計要求。在建筑設計中，地震縱向作用常常得不到重視，設計出的框架結構極易產生支座負筋、縱筋和箍筋配置不合理的問題。

2.2連續梁根據單梁設計

在高層建筑結構陽臺變量設計上，連續梁常采用單梁設計。荷重較小的陽臺邊梁通常都會成為建筑設計的“死角”，得不到重視。因此設計出的邊梁支座上部負筋設置較少引起梁支座上部配筋受拉區域產生豎向開裂現象，如果陽臺邊梁長過設計值，就會造成嚴重的后果。為了節省室內空間，設計者很少將陽臺邊梁布置在室內。曝露在室外的邊梁受風吹日曬，外部環境溫度如果過高或過低，就會嚴重影響邊梁的伸縮性，或者導致挑梁應力減小，使得梁內產生收縮應力，最終導致支座附近開裂并向四周擴展。梁體開裂是嚴重的質量缺陷，其承載能力會大大折扣，使用性能就難以達到業主要求。

2.3底層框架-剪力墻砌體結構挑梁裂縫問題

底層框架剪力墻砌體結構系一類高層建筑。它的上部是多層砌體結構，底層為鋼混框架剪力墻結構。在城市建筑中，分布在市區主干道上的大型商場、寫字樓和住宅小區多采用高層建筑設計，以提高土地資源利用率，降低空間成本。但設計人員追求建筑使用面積，使二層往上的部分橫墻采用了懸挑梁設計，使得底層框架一剪力墻砌體結構梁開裂。

3　改善高層混凝土建筑抗震結構設計的有效對策

3.1選定建設位置分析

不同的地震災害案例造成的損失可得出，建筑物選址的地質條件不同，所受的地震災害的程度有很大不同，主要原因就是所選擇的地理地質條件有區別。以此對建設項目位置確定提出了以下兩點要求：①工程項目建設位置的在選取時應選擇地質環境具備一定的緩解地震能力的地方；②避免與重大威脅場地相鄰，例如變電站、大型石油儲存設施等，降低除地震外其他因素帶來的安全隱患問題。

3.2改進結構設計方案

結構工程師提交的方案要求設計出的建筑能夠在現行國家規定建筑抗震能力標準下達標，其設計主題要能滿足其規定范圍內的調整變形空間，并可以在結構上強化其延性作用，自動恢復至原狀態下，這樣就大幅削減主體變形對整個建筑結構帶來的影響，保證建筑結構保持在持久穩定的平衡狀態下。對不同等級的地震產生的影響進行計算、推演，要對其布局進行合理設計，最大程度的使高層混凝土建筑結構各種設施之間的保持平衡分布，并使其得到相應的提高，要考慮側重點房子結構、縱向重力作用方面，使其受力平和均勻，還需達到設計剛度的要求，同步做到設計結構有條理、不紊亂、有層次、不交錯，根據現場地質要素在設計中選用最為合適的防震措施，必須對核心關鍵部位要做到嚴謹處理及重視，使整體結構達到上到下受力均衡的目的，保證建筑的整體對稱，這種重力變化可以很大程度的削減地震帶來的水平與豎向不規則的作用力產生的影響。

3.3研究高層混凝土建筑各層結構參數設置

在對高層混凝土結構設計進行預處理階段，必須充分了解項目的選址、地質條件、材料選擇、施工專業技術、質量檢測等多方面相結合，著眼于其中重點，建造建筑設計的基本框架，運用先進合理的設計理念與專業技能相結合設計出切實有效的設計方案，其關鍵部位要做出詳盡準確的注明，使得建筑抗震結構得以更好地完成，同時建立系統完善、內容詳盡的建筑結構設計信息數據庫，方便結構工程師對相關案例的提取，以此總結經驗，采用先進的設計方式來開展工作。

3.4抗震支座設計

抗震支座多用于地震影響比較大的部分或者伸縮梁較大，需要通過滑動釋放內應力的部分。通常來講，要想保證對地震作用的有效隔離，抗震支座必須具備幾個方面的性能：①應該能夠承擔上部建筑的荷載，同時變形較小，具備良好的豎向剛度和豎向承載力；②在水平方向上必須具備較小的水平剛度，以延長結構的自振周期，減少上部結構的加速度反應及下部結構的層間剪力；③必須有適當的阻尼，以限制結構位移；④抗震支架的使用壽命不能少于建筑結構的使用年限。對于建筑設計人員而言，不僅需要熟悉抗震支座的各項性能，而且還應該熟練掌握其實驗方法，以保證抗震支座的耐久性和相關力學性能。

在對抗震支座進行設計和選擇時，通常需要注意以下幾個方面的內容：①地震波設計：指通過人工地震波的方式，對抗震支座的性能進行檢驗。假定地震震級為8級，震中距50km，則在彈性分析時，輸入速度為25cm/s，在彈塑性分析時，輸入速度為50cm/s。②抗震裝置計算：在輸入地震波對抗震裝置的相關參數進行計算時，去大震時固有周期目標值為3s，等效粘性阻尼比的目標值為10%。③上部結構截面計算：采用基于長期應力和一次設計用剪力的地震應力，對上部結構的構件進步性容許應力設計。此時，以一次設計用建立超過輸入25cm/s的地震反應建立；當輸入波為50cm/s時，以上部結構基本上不屈服為目標進行設計。④設計準則：對應地震動為25cm/s和50cm/s的地震反應分析，對于抗震支座最大位移量的確定方法為：取疊合橡膠墊的容許水平位移37.5mm的1/1.5為輸入波水平達50cm/s時的最大位移，再取此值的1/1.5為輸入水平達25cm/s時的最大值。

4　結束語

總而言之，在混凝土結構建筑中，做好抗震結構設計是非常重要的，直接影響著建筑整體的穩定和安全，需要相關設計人員的充分重視。

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2015-2-26