高層建筑鋼筋混凝土結構設計

（南京市建筑設計研究院有限責任公司 江蘇南京 210000）

高層建筑鋼筋混凝土結構設計

馬中華

（南京市建筑設計研究院有限責任公司 江蘇南京 210000）

高層建筑在我國的建設規模越來越大，為了解決人口較為密集城市的人口居住問題，隨著高層建筑的體量和規模的增大，設計難度也越來越高。本文以高層建筑為主要論點，著重討論其鋼筋混凝土結構設計的要點，簡要分析高層建筑鋼筋混凝土設計工作中存在的不足之處，并根據具體問題，提出合理適當的建議，簡要說明高層建筑混凝土結構設計問題。

高層建筑；鋼筋混凝土；結構設計

引言：我國高層建筑的結構設計工作已經較為成熟，高層建筑的設計規范也較為完善，但在實際的設計工作中，仍存在不盡人意的缺點，需要設計人員進行不斷完善。

一、鋼筋混凝土結構的不足

1、環境因素

鋼筋混凝土結構的耐久性、結構穩定性等性能都很良好，但目前使用的鋼筋混凝土材料只有在多層建筑的應用情況下較為正常，高層建筑的較高樓層在遭受溫差較大的凍融循環、級別較大的風荷載、高空偶然的沖擊荷載、較高樓層的位移等因素的影響時都極大的損害了鋼筋混凝土構件的外表層，結構在長期的外界環境侵蝕之下會產生明顯的裂縫，對混凝土構件的安全造成了影響。

2、結構因素

高層建筑的結構受外界環境影響較大，高層建筑頂層的偏移非常大，建筑立面的鋼筋經常發生位移，從而不斷產生疲勞載荷，降低鋼筋的壽命，影響結構整體的耐久性；高層建筑整體質量較大，若地基所在地質條件不佳很可能加速地下結構的整體下沉；混凝土結構在經常受強度較大的外界荷載的作用下，會逐漸開裂，提前進入開裂階段，加速了鋼筋進入強化階段的時間，縮短建筑的整體壽命。

3、設計因素

高層建筑設計人員大多以國家規定的設計規范為主要資料開展設計工作，大多數建筑設計人員對現場的勘察并不是非常仔細，根據現場的地質條件、風速、水文條件等指標，在設計規范中找出大致的類別范圍，即完成勘察工作。設計規范制定的標準只適用于大多數工程的設計，若某一高層建筑的地質條件和水文條件不符合設計規范對應的地質條件和水文條件時，再按照規范規定的設計參數繼續進行設計工作，會加速地下結構的下沉速率，嚴重的可能導致擋土墻崩塌，樓體整體傾倒。

在實際設計工作中，設計人員的理論水平參差不齊，較多設計人員并不能掌握概念法繪制彎矩圖的能力，在沒有計算機輔助的情況下無法對結構的穩定性和受力合理性進行快速判斷，對施工過程中的結構改造工作造成較大影響。

二、高層建筑結構分析

1、高度控制

高層建筑的桿件聯系形式屬于串聯方式，因此，高層建筑的位移隨著層數的增加而逐漸增大，這樣的結構形式極大影響了較高樓層房屋的結構耐久性，也在一定程度上削弱了其抗震能力，對高層建筑的層數進行適當的控制是非常必要的。對于發生超高現象的高層建筑，在保證其容積率和綠化率的情況下，應當適當加大其單層建筑面積以減少建筑的層數。

2、體系類型

高層建筑的鋼筋混凝土結構要比一般建筑的鋼筋混凝土結構要求較高，其外部鋼筋混凝土結構的耐久性和結構穩定性要足夠強，對于應該布置抗剪力構件的部位要不斷進行計算和設計方案的優化，內部結構要能起到配合外部框架結構抵御風荷載等外界載荷影響的作用。

三、高層建筑結構設計要點

1、抗震設計

在設計高層建筑時，應盡量減少其振型個數，由于振型的個數與樓層的層數呈正比，因此，高層建筑應盡量控制其層數，層數越高，其位移越大，抗震性能越弱。在室內布置鋼筋混凝土剪力墻，使每一層都可以被簡化為一個剛體，增強其結構穩定性。長度過大的建筑單體應考慮在建筑單體的某一位置將建筑截斷，建筑與建筑之間不可以連接為一個完整的整體，這樣做主要是為了避免建筑受到結構損害時造成危害更大的連續倒塌事故，抗震設計要秉承小震不壞、中震可修、大震不倒的原則。

2、耐久設計

在高層建筑建設過程中，盡量減少施工難點的產生，在結構設計條件允許的情況下，適當的使用鋼筋用量較少的高強混凝土材料，該混凝土結構不僅在力學性能上與鋼筋混凝土結構相似，而且由于其抗壓強度比傳統混凝土材料要大很多，所以抵御沖擊荷載和凍融循環的能力有所加強，從而加強了混凝土結構的耐久性。高層建筑的耐久性材料不光要考慮其各項指標知否能夠達到設計要求的耐久性要求，更要考慮材料的重量和成本等其他因素，設計單位要對現場進行充分的勘測，全面收集現場的地質情況、水文情況和風荷載情況等因素的數據，針對地下土層較為復雜的施工現場，設計人員不可以粗略勘察后大致確定一個設計級別，要充分了解現場土層承受載荷的極限值，根據實際情況控制高耐久性材料的質量范圍。

并且混凝土結構施工過程中應嚴格按照施工標準執行施工步驟，鋼筋布置時要嚴格按照施工圖所標注的型號和搭接長度進行鋼筋籠的綁扎，墊塊要根據鋼筋籠的體量和重量分類選擇，混凝土的攪拌和澆筑要盡最大可能保證其均勻程度，從而保證鋼筋混凝土構件達到設計要求的力學性能指標。

3、地下設計

地下結構是整個高層建筑最先開始建造也是高層建筑考慮地質因素和水文因素影響最多的結構體系，其設計的質量決定著建筑的整體穩定性。地下結構的設計應當根據現場實際地質情況和水文情況選擇即符合承載能力要求又能控制建筑下沉速度的地基類型。目前，我國的高層建筑多采用箱型基礎，其選擇的用意是箱型基礎能夠有效的增大基礎與地基之間的接觸面積，單位面積的地基上作用的承載力較為均勻，可以保證地基的均勻下沉，箱型基礎可以有效的將地下工程結合為一個整體，并且箱型基礎的凈高較大，可以用作地下停車場，使開發商的銷售工作更易進行。在地下停車場的設計過程中，箱型基礎內部的立柱個數應當根據實際的行車需求相應減少，因此，地下結構采用長寬比較小的大尺寸預應力混凝土梁承受上部建筑柱體的集中荷載，從而用該梁代替被撤除的支撐立柱，拓寬行車的通道。地下結構同時也應當考慮到防水層的設計，以地下結構主體為核心，在其外部建立一個整體防水層，保證地下結構不受地下土層內水滲透的影響和侵蝕。

4、剪力墻設計

剪力墻作為建筑內部布置的有效抗剪構件，既方便又安全。其主要的作用是降低單層樓體的柔度，使房屋的墻體由彈性砌體變為剛彈性砌體，加強房屋抵御風荷載的作用，減小單層樓體因風荷載作用而產生的結構偏移。剪力墻在設計時要充分考慮到居民的宜居問題，剪力墻多布置在室內管線較為密集的部位，在設計過程中應充分考慮到管線布置通道的預留和供管線穿墻而過的混凝土保護層厚度的預留值，同時也要考慮到居民擅自破壞部分混凝土保護層后，保證剪力墻亦能夠繼續正常工作的問題。

目前高層建筑多采用短肢剪力墻，該類剪力墻較為符合建筑整體的結構功能要求。剪力墻的布置個數應當做到適當布置，不知過少不但達不到設計要求的作用，反而會對降低其他構件的力學性能；布置過多則會對今后的維護工作造成很多不便，并造成成本和資源的浪費。

結語：在高層建筑的鋼筋混凝土結構設計工作中，最關鍵的就是設計人員針對實際施工現場的情況進行合理的概念選型，設計人員應當熟練掌握利用概念法繪制簡要彎矩圖的能力，準確判斷建筑結構的受力趨勢，從而更好的進行結構構件的選材和布置。

[1]張大鵬. 高層建筑鋼筋混凝土結構設計問題探討[J]. 工程技術,2016(1)

[2]李林,陳茜,張丹. 淺談高層建筑鋼筋混凝土結構分析與設計要點[J]. 江西建材, 2017(4)

TU7

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1007-6344（2017）06-0069-01

馬中華，男，河南人，出生：1987.10.22，學歷：碩士，職稱：中級，研究方向：結構設計