鋼筋混凝土高層建筑結構設技

楊少帆 羅旭

【摘 要】近年來，高層建筑不斷涌現(xiàn)，不僅規(guī)模逐漸擴大，形式也日趨多樣，但與此同時也暴露出了一系列弊端，畢竟安全性是建筑工程設計的第一原則，這一點不容置疑，如此一來，其鋼筋混凝土結構設計便得到了廣泛關注和高度重視。對此，本文結合高層建筑鋼筋混凝土結構設計要點，就其設計優(yōu)化策略進行了探討。

【關鍵詞】高層建筑；鋼筋混凝土結構；設計

隨著城市化建設進程的不斷加快，高層建筑如雨后春筍般大量出現(xiàn)，足以見得其發(fā)展空間廣闊，其中鋼筋混凝土結構以其位移小、剛度大、整體性好等優(yōu)越性逐漸成為其主要的結構形式，但在具體實踐中卻面臨著設計難題，畢竟高層建筑對剛度、強度和穩(wěn)定性有著極高的要求。可見探討高層建筑鋼筋混凝土結構設計意義重大。

一、鋼筋混凝土結構簡介

混凝土是由膠凝材料水泥、砂子、石子和水，及摻和材料、外加劑等按一定的比例拌和而成。凝固后堅硬如石，受壓能力好，但受拉能力差，容易因受拉而斷裂。（為了解決這個矛盾，充分發(fā)揮混凝土的受壓能力，常在混凝土受拉區(qū)域內或相應部位加入一定數(shù)量的鋼筋，使兩種材料粘結成一個整體，共同承受外力。這種配有鋼筋的混凝土，稱為鋼筋混凝土。鋼筋混凝土粘結錨固能力可以由四種途徑得到：

①鋼筋與混凝土接觸面上化學吸附作用力，也稱膠結力。

②混凝土收縮，將鋼筋緊緊握固而產生摩擦力。

③鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間產生的機械咬合作用，也稱咬合力。

④鋼筋端部加彎鉤、彎折或在錨固區(qū)焊短鋼筋、焊角鋼來提供錨固能力。

特性編輯混凝土的收縮和徐變（蠕變）對鋼筋混凝土結構具有重要意義。

二、鋼筋混凝土結構特點

1.優(yōu)點

（1）就地取材。

（2）耐久性、耐火性好（與鋼結構比較）。

（3）整體性好。

（4）可模性好。

（5）比鋼結構節(jié)約鋼材。

2.缺點

（1）自重大。

（2）混凝土抗拉強度較低，易裂。

（3）費工、費模板周期長。

（4）施工受季節(jié)影響。

（5）補強修復困難。

鋼筋混凝土最主要當然與其材料：也就是鋼筋和混凝土有關啦，其中鋼筋的抗拉強度和混凝土的抗壓強度最重要。另外，施工之中還和天氣的溫度濕度等有關，因為會影響到混凝土的凝結速度。

三、高層建筑鋼筋混凝土結構設計要點

對于高層建筑混凝土結構而言，安全性、適用性和耐久性是其設計原則，而設計要點則主要涉及下述幾點：結構選型要合理，如盡量在設計中減少短肢剪力墻結構的應用；若地基穩(wěn)固，且上部結構與變形限值相吻合，可盡量降低結構剛度；建筑高度設計必須在與之對應的規(guī)定范圍內，以減少不必要的麻煩和損失；同時注意從抗震等級、平面布置、樓蓋結構、豎向布置等多方面、多角度加以分析和設計，如綜合考慮房屋類型、結構、高度、烈度等因素優(yōu)化抗震設計[1]；盡量選用風力效應小、規(guī)則簡單、受力分布均勻的平面形狀；優(yōu)先考慮現(xiàn)澆樓蓋結構，以提高高層建筑的舒適性和堅固性等。

四、高層建筑鋼筋混凝土結構設計優(yōu)化

1.重點優(yōu)化豎向結構設計

高層建筑鋼筋混凝土結構的豎向設計質量對整個建筑來說尤為關鍵，故為防止出現(xiàn)較大的內收和外挑，建議盡量使其保持均勻和規(guī)則，就是從穩(wěn)定和重心角度出發(fā)，將其設計為側向變化均勻且上小下大的結構形式。但若高層建筑豎向結構既不垂直，也非正常的上小下大型，則要采取針對性設計措施以平衡、穩(wěn)定整體。如針對內收豎向結構的高層建筑，其樓層的側向剛度既要大于上一樓層剛度的70%，也要大于上三個相鄰樓層平均剛度的80%；若樓層質量是隨著高度變化而均勻分布的，則樓層質量應小于下方相鄰樓層質量的1.5倍等。此外樓層間的受剪承載力應根據(jù)高層建筑級別加以合理設計。

2.合理設計建筑結構平面

若對高層建筑鋼筋混凝土結構設計無特殊要求，則要盡量選用形狀規(guī)則而簡單的平面布置結構，以此合理分布承載力和剛度，并弱化風力影響。如對于A級高層建筑而言，不適宜將其設計為細腰形或角部重疊式的平面圖形，而且出于對扭轉的考慮，必須將豎向構件水平和層間最大位移控制在該樓層平均位移值的1.2倍和1.5倍之內[2]；對于必須設計的框架結構防震縫，其縫寬、高度通常分別大于100mm和小于15m；若防震縫兩側具有不同的房屋高度，則要根據(jù)低高度房屋確定縫寬；雖然不提倡采用短肢剪力墻，但若不得不采用，則必須使其截面厚度低于30cm，且每個肢截面的高厚最大比值必須處于4-8之間。

3.規(guī)范建筑抗震性能設計

抗震設計是高層建筑鋼筋混凝土結構的關鍵環(huán)節(jié)之一，為切實提高建筑結構的穩(wěn)定性和抗震能力，就必須對房屋結構、高度、烈度等要素加以認真分析，并結合建筑抗震規(guī)范要求設計抗震功能。一般情況下，若建筑結構具有較大的剛度突變系數(shù)或層數(shù)較多，應盡量多取振型數(shù)，如針對含有轉換層、小塔樓、多塔結構的高層建筑，其振型數(shù)一般要大于12，小于建筑層數(shù)總數(shù)的3倍，而且只有在分析總剛性時方可取值更大；同時為提高建筑抗震能力，要求在石灰和水泥中添加合適的添加劑，結合濕度養(yǎng)護，以增強混凝土的實際配筋率，并減少部件變形；如果要求高層建筑抗震水平為特一級，則宜采用鋼管或型鋼類混凝土柱，并將其上層彎矩和底部強化位置的設計值設計為墻底截面彎矩值的1.1倍。

五、結束語

總之，鋼筋混凝土結構既是高層建筑設計工作的重點，也是難點，一旦某個環(huán)節(jié)有誤，都可能對整個高層建筑功能性能埋下隱患，這就要求我們認真遵循設計原則和規(guī)范，加強對以往設計不足和缺陷的分析，并予以有效克服和避免，以此提高高層建筑鋼筋混凝土結構設計質量和水平，使其更安全、更適用、更耐用。

【參考文獻】

[1]張濤，于洪斌.論鋼筋混凝土高層結構設計常見問題[J].才智，2010；

[2]崔立成；鋼筋混凝土高層結構設計中的幾個問題[J]；中國新技術新產品；2010年01期；

[3]張嵐.對高層建筑鋼筋混凝土結構設計實踐的分析[J].廣東科技， 2012（22）；

[4]董良鳳.淺談高層建筑混凝土結構的優(yōu)化設計[J].福建建筑，2011（01）。