簡析高層建筑混凝土結構設計的原則及其注意事項

【摘要】近些年來，城市化進程的不斷加快，加劇了城市土地利用的緊張趨勢，使得高層建筑已成為城市建設的重要組成部分，并顯得越來越密集。而混凝土結構作為現代化城市發展的一種客觀成果，引領著我國建筑行業整體的發展水平。本文簡述了高層建筑混凝土結構設計的選型及概念設計，對高層建筑混凝土結構設計的原則以及高層建筑結構設計的注意事項進行了簡要分析，以供參考。

【關鍵詞】高層建筑；混凝土結構設計；原則；注意事項

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。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，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。 下文就高層建筑混凝土結構設計進行淺要分析。

一、高層建筑混凝土結構設計的選型及概念設計

1、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。

2、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。

二、高層建筑混凝土結構設計的原則

1、整體性。混凝土結構設計的整體性是指把各個部分組成一個整體，研究整體的功能和設計規律，從整體和部分中發現整體的特征。

2、結構性。在混凝土結構設計過程中，要充分了解其結構及其各要素是非常重要的。建筑結構決定著建筑的性能和質量，影響著它在建筑中的使用和其發展情況，同時它也是性能的載體，還可以反作用于結構。混凝土結構的各要素運動的穩定性與結構息息相關。

3、最優化性。混凝土結構設計中存在差異整合，使建筑的各個部分合理的組合在一起，差異的部分相互互補，相互支持，相互需要，保證著整合后的性能。建筑結構的形成也離不開差異整合，充分體現了它的重要性，在設計過程中，我們要重視這一點。

4、動態性。混凝土結構設計的動態原則是把握系統的內外聯系，以及發展趨勢，動力規律、方式等方面，使混凝土在建筑中提供更好地應用，滿足需求，把握時代的發展方向，跟隨時代的腳步。

三、高層建筑結構設計的注意事項

高層建筑設計從體系選擇、平面布置、豎向布置、抗震概念設計無一不體現設計師的水平，以下就高層建筑結構設計的注意事項作簡要分析。

1、結構體系選擇。結構體系的選擇，應從建筑、結構、施工技術條件、建材、經濟等各專業綜合考慮。結構的規則性問題。規范在這方面有相當多的限制條件，例如：平面規則性信息、嵌固端上下層剛度比信息等，而且，采用強制性條文明確規定“建筑不應采用嚴重不規則的設計方案。”因此，結構工程師在遵循規范規定上必須格外注意，避免后期施工圖設計階段工作的被動。結構的超高問題。在抗震規范與高規中，對結構總高度都有嚴格限制，除將原來的限制高度設定為A級高度建筑外，還增加了B級高度建筑，因此，必須對結構高度嚴格控制，一旦結構為B級高度建筑或超過了B級高度，其設計方法和處理措施將有較大的變化。

2、“設縫”。溫度伸縮縫、沉降縫、防震縫是高層結構設計中較重要的構造措施。對溫度伸縮縫，其影響因素很多，規范用規定結構伸縮縫的最大間距來控制，還規定了最大間距宜適當減小和適當放寬的情況，應根據實際工程的具體情況執行相關條文。如北京朝陽商業中心、廣東佛山醫院等工程地上結構長度均超過100米，由于采取了可靠措施，也未設溫度伸縮縫而效果良好。沉降縫由于同一建筑物中各部分基礎顯著的沉降差產生，在設計中，通常用“放”、“抗”、“調”等辦法解決，即設沉降縫、采用剛度大的基礎、調整各部分基礎形式或施工順序。目前，廣州、深圳等地多采用基巖端承樁，主樓、裙房間不設縫；北京的高層建筑則一般采用施工時留后澆帶的做法。設計師應在實際中靈活掌握。防震縫在規范中有明確規定，但應據實際情況適當放寬或縮小。

3、 側向位移的限值。高層建筑結構的水平位移隨著高度增長而迅速變大，為防止位移過大，規范對頂點位移和層間位移都作了限制。控制頂點位移u/h的主要目的是保證建筑內人體有舒適感和防止房屋在罕遇地震時倒塌。但控制房屋在罕遇地震時倒塌與否的條件是結構極限變形能力而不是u/h限值。另外，為使結構具有較好的防倒塌能力，應在結構計算中考慮相關效應。控制層間位移△u/h的主要目的是防止填充墻、裝飾物等非結構構件的開裂和損壞。

4、高層建筑結構設計中的扭轉問題。建筑結構的幾何形心、剛度中心、結構重心即為建筑三心，在結構設計時要求建筑三心盡可能匯于一點，即三心合一。結構的扭轉問題就是指在結構設計過程中未做到三心合一，在水平荷載作用下結構發生扭轉振動效應。為避免建筑物因水平荷載作用發生扭轉破壞，應在結構設計時選擇合理的結構形式和平面布局，盡可能使建筑物做到三心合一。在水平荷載作用下，高層建筑扭轉作用的大小取決于質量分布。為使樓層水平力作用沿平面分布均勻，減輕結構的扭轉振動，應使建筑平面盡可能采用方形、矩形、圓形、正多邊形等簡單平面形式。在某些情況下，由于城市規劃對街道景觀的要求以及建筑場地的限制，高層建筑不可能全部采用簡單平面形式，當需要采用不規則L形、T形、十字形等比較復雜的平面形式時，應將凸出部分厚度與寬度的比值控制在規范允許的范圍之內，同時，在結構平面布置時，應盡可能使結構處于對稱狀態。

結束語

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。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，確保建筑工程的質量。

參考文獻

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