高層建筑設計中鋼筋混凝土結構的應用

簡國春

【摘要】本研究根據高層建筑鋼筋混凝土結構施工和設計工作，在全面分析高層建筑鋼筋混凝土結構設計靈魂的基礎上，展開了對高層建筑鋼筋混凝土結構設計中關鍵問題的思考，并對短支剪力墻設置、結構體系選擇、結構高度控制等問題進行了研討，提供了新時期高層建筑鋼筋混凝土結構設計中加強抗震功能、高強混凝土合理運用、提高耐久性、加強概念設計等環節的工作，希望達到高層建筑設計中對鋼筋混凝土結構穩定性、耐久性和安全性的保證。

【關鍵詞】高層建筑設計；鋼筋混凝土結構；結構設計

引言

設計是形成高層建筑質量，在初始時期控制鋼筋混凝土結構的基礎，要站在為社會和行業發展負責的高度看待和重視高層建筑設計中鋼筋混凝土結構的相關工作，形成對設計重點和細節的把握，提高高層建筑設計環節中鋼筋混凝土結構的工作水平。在具體的高層建筑鋼筋混凝土結構設計中，應該突出設計的內涵，體現高層建筑鋼筋混凝土結構的靈魂，對高層建筑設計中鋼筋混凝土結構方面的關鍵問題進行全面思考，從短支剪力墻、結構體系、高度控制等關鍵環節展開對高層建筑鋼筋混凝土結構的設計控制和管理，進而為高層建筑鋼筋混凝土結構設計目標的達成起到重點方面和體系方面的支撐作用。

一、高層建筑中的鋼筋混凝土結構設計內涵

隨著鋼筋混凝土結構應用于高層建筑越來越廣泛，要想保證高層建筑混凝土結構設計達到規范規定的標準，就必須遵循一定的原則，加強高層的建筑結構的使用維護、施工及設計。其原則需求主要表現在：第一，安全性。在設計的合理使用年限以內的高層建筑結構，應該可以承擔各種可能發生的突發情況，而且在發生了偶然事件以后，建筑物的結構必須要保持一定的穩定特性。第二，耐久性。在設計的可以使用的年限以內，高層建筑的結構應該具有一定的耐久性。第三，適用性。在設計的能夠合理使用的年限以內，高層建筑結構的設計應該可以滿足使用的要求，具有較好的抗振、抗裂縫或者抗變形的性能。

二、結構選型中常見的問題

2.1結構規則性的問題

在建筑結構設計中，規范對于結構規則性的內容有很大的變化，在舊的規范中增加了很多新的規范條件，比如平面規則性信息、嵌固端上下層剛度比較的信息以及豎向規則性信息等，并且在新的規范中，采用了強制性的規定。所以在高層建筑物結構設計時，應該遵循規范的內容，從而可以有效的避免施工中要求對設計進行改變。

2.2嵌固端的設計問題

目前很多的高層建筑物都有兩層或者兩層以上的人防地下室，所以嵌固端可能設置在人防的頂板位置處，也可能設置在地下室頂板的位置處。在設置嵌固端時，建筑師以及結構設計師很容易忽略嵌固端的設置帶來的問題，如：嵌固端上下層的剛度、樓板的設計、上下層抗震等級的統一性和結構整體計算時嵌固端的位置等一系列的問題，如果在設計中忽略任何一個問題都可能對高層建筑結構造成安全隱患，所以這就要求建筑師和結構設計師在鋼筋混凝土高層結構設計時，注意嵌固端設置的問題。

2.3短肢剪力墻設計的問題

在鋼筋混凝土高層結構設計的規范中，對短肢剪力墻在高層建筑中的應用有很多限制，所以在高層建筑設計中，建筑師以及結構設計師應該盡量減少或者避免采用短肢剪力墻，從而可以有效的避免工程設計中不必要的麻煩。

2.4結構超高問題

在鋼筋混凝土高層結構設計中，對于高層建筑的總高度在抗震規范中具有嚴格的要求，特別是新規范中，除了將原來限制的高度設置為A級高度，還增加了B級建筑物的高度，所以在高層結構設計時，應該嚴格控制建筑物的高度，從而可以減少重新設計以及不符合要求等問題，減少高層結構設計對施工工期的影響。

三、地基與基礎設計問題

地基與基礎設計一直是結構工程師比較重視的方面，不僅僅由于該階段設計的好與壞將直接影響后期設計工作的進行，同時，也是因為地基基礎在整個工程造價中起決定性因素，因此，在這一階段出現問題后果可能更加嚴重甚至造成無法估量的損失。在地基基礎設計中，要注意地方性規范的重要性問題。由于我國占地面積較廣，地質條件相當復雜。作為國家標準，僅僅一本《地基基礎設計規范》無法對全國各地的地基基礎都進行詳細的描述和規定，因此建立在國家標準之下的地方標準、地方性的“地基基礎設計規范”能夠將各地方的地基基礎類型和設計處理方法等，一些成熟的經驗描述和規定更為詳細和準確。

四、結構計算與分析

隨著房屋建筑結構方面新規范的陸續頒布實施，各種計算軟件也都更新版本，但在計算時經常會出現各種各樣的問題。這其中既有軟件自身不完善的因素，也有使用人對規范理解不正確的原因。因此，如何準確、高效地對工程進行內力分析并按照規范要求進行設計和處理，是決定工程設計質量好壞的關鍵。

4.1計算模型的選取

對于常規結構，可采用樓板整體平面內無限剛假定模型；對于多塔或錯層結構，可采用樓板分塊平面內無限剛模型；對于樓板局部開大洞、塔與塔之間上部相連的多塔結構等，可采用樓板分塊平面內無限剛，并帶彈性連接板帶模型；而對于樓板開大洞有中庭等共享空間的特殊樓板結構或要求分析精度高的高層結構則，可采用彈性樓板模型。

4.2抗震等級的確定

對常規高層建筑，與主樓連為整體的裙樓的抗震等級不應低于主樓的抗震等級；對于地下室部分，當地下室頂板作為上部結構的嵌固部位時，地下一層的抗震等級應與上部結構相同，地下一層以下的抗震等級可根據具體情況采用三級或更低等級。

4.3振型數目是否足夠

振型數的多少與結構的層數有關，文獻中對振型的取值都有較為明確的規定。因此，在計算分析階段根據規范要求對計算結果進行判斷，并決定是否要調整振型數目的取值。

4.4非結構構件的計算與設計

在高層建筑中，往往存在一些由于建筑美觀或功能要求且非主體承重骨架體系以內的非結構構件。對這部分內容尤其是高層建筑屋頂處的裝飾構件進行設計時，由于高層建筑地震作用和風荷載較大，必須嚴格按照新規范中增加的非結構構件的處理措施進行設計。

五、提高高層建筑耐久功能

在高層建筑鋼筋混凝土的結構設計中，若以優化結構設計為主要目的，則要根據設計規范來處理主要問題，認清主次，通過多種目標與單一目標的優化使設計的效果令人滿意。因此，必須加強房屋耐久性設計，在原來的混凝土結構設計方案中，混凝土結構設計的耐久性往往沒有得到設計人員的充分考慮，其實就是在規定的使用年限內對于用戶的各種正常使用要求均能夠滿足。在實際情況中，許多方案設計都沒有達到這些要求。出現這種情況的主要原因是設計時沒有完全考慮建筑物在實際運作中由于環境、條件的影響，而導致的建筑的可靠指數明顯降低。因此，在對一般的高層建筑混凝土進行設計時，主要都集中在造價、材料上，所以只有造價小、材料少的結構設計才是滿意的設計。如今人們的生活水平不斷地提高，對工程的質量要求也相應地得到提高，所以當建筑物的特殊使用要求或者技術要求與經濟成為主要矛盾時，就要果斷地放棄經濟這個指標。

六、結束語

簡而言之，鋼筋混凝土結構是高層建筑出現的基礎，如何科學地進行高層建筑鋼筋混凝土結構的設計已經成為行業的重點，應該突出鋼筋混凝土結構的特性，結合高層建筑的特點，把握高層建筑鋼筋混凝土結構設計的關鍵環節和難點，充分發揮鋼筋混凝土結構在整體性和機械性能上的優勢，設計出高層建筑鋼筋混凝土結構的精品，在實現高層建筑穩定和安全的同時，實現高層建筑舒適度和功能性的保證。

參考文獻：

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