淺談超高層混凝土結構設計

【摘 要】 隨著城市化發展的不斷加快，高層建筑越來越多，成為了城市繁榮與發展的重要標志，但是，高層建筑的結構安全性、可靠性、耐久性成為了一個重要的控制因素，其中，混凝土結構的設計更是不容忽視，并直接關系到高層建筑結構的整體性能，應該要引起高度的重視。因此，從多方面采用技術性的運用手段，圍繞高層建筑的實際需要，突出混凝土施工的整體效能，將有重要的現實意義。本文旨在圍繞高層建筑對混凝土施工的整體要求出發，并概述存在的一些問題，進而分析高層建筑混凝土施工結構設計的原則，從多方面探討高層混凝土結構設計的具體應用模式，實現高層建筑的質量安全與技術提升。

【關鍵詞】 超高層；混凝土結構；設計運用

隨著超高層施工的不斷涌現，圍繞高層建筑的各種結構設計等相繼而出，因此，要從多方面尋求超高層建筑混凝土施工的技術運用，圍繞高層建筑在每一個環節的具體應用，從而實現對高層建筑混凝土施工工程的全面進步。

一、概括超高層建筑工程中混凝土結構設計的要求

1、降低混凝土的絕熱升溫

在遵循上述基本原則的前提下，還要考慮各方面的要求，降低混凝土的絕熱升溫。適當提高混凝土凝結的時間，防止產生溫度裂縫等問題，在設計時，注重確保混凝土的強度，適當提高骨料以及摻合料的配比用量，在對相關的水化熱進行測量的同時，降低單方混凝土中水泥的用量配比，減少造成裂縫的可能性。

2、注意配比設計的整體確定

在混凝土的配比設計上，根據具體的實際施工進行安排，在滿足施工要求的前提下，適當考慮一些客觀的因素，譬如天氣、設備、運輸方式等等，在此基礎上，適當配備比拌和用水的設計，更好的確保混凝土的穩定性能，并在混凝土拌合之前，檢測現場砂石料中的含水量，為更好的配備提供數據調整，如果變動礦物摻合料的摻量時，必須要根據漿體體積法再進行配比設計并進行調整，從而保證混凝土的質量。

二、分析超高層建筑混凝土結構設計的原則

1、保證平面的整體平整

在超高層建筑的混凝土結構設計中，要突出超高層建筑的整體規劃，保證建筑的平面需要，還要思考在立面以及結構布置等多種因素，尤其是當前在抗地震以及各種地質災害的影響方面，形成合理的傳力途徑，并形成上部結構的水平力與豎向力之間的相互平衡，更好的減少中斷與迂回現象的產生。

2、安全性能的全面實現

在超高層建筑混凝土的結構設計中，要圍繞安全第一的結構設計理念，尤其是突出整體的可靠性與牢固性，避免超高層建筑結構受到外力的影響而形成倒塌等現象，并且要確定好構件與構件、結構與結構之間的相互作用，形成質量第一的設計模式，并在設計過程中嗎，考慮好結構單元與結構構件承載能力之間的關系，減少抗震防線，提升超高層建筑的整體安全運行能力。

三、探討超高層建筑混凝土結構設計的具體應用模式

1、結構的平面與豎向布置

從結構平面布置上，規范要求平面宜簡單、規則、對稱，盡量減少突出、凹進等復雜平面。如圖一，建筑平面有`較深的凹角，對抗震十分不利。我們結構試算時在凹角處增設拉梁，經計算加拉梁后結構周期由原來的1.23s，扭轉系數為0.33改善為現在的1.27s，扭轉系數為0.26。在不影響立面美觀的前提下，拉梁的設置增加了結構剛度從而使結構的抗震性能得到改善，效果很好。另外，高層住宅通常將樓電梯間集中配置于中央部位以利于通風采光，為此從構造上我加厚了樓電梯間周邊的樓板并提高了板的配筋率，采用雙排雙向的通長配筋以改善樓面因樓電梯間無板而產生的較大削弱。起初建筑方案如圖二所示，經SATWE計算得出Y向剛度中心偏于形心下方2.3m。剛心偏下說明：平面的下部剛度比上部剛度大，下部豎向墻體較多而上部的橫向墻體多。

2、結構計算參數的取用

1）周期折減系數

這一參數是考慮填充墻的剛度對結構的影響而設置的。對于砌塊墻其受力早期彈性階段剛度較大，會吸收很大的地震力，應通過設定周期折減0.7～1.0來放大地震力；對于輕質隔墻，其剛度有限，可設定周期折減為0.9～1.0。在剪力墻結構中，由于隔墻數量少且其剛度遠小于鋼筋混凝土墻的剛度，實測周期與計算周期比較接近

2）混凝土容重

程序缺省為25KN/m3，未包括構件的粉刷面層重量。根據工程的一般情況（按兩側抹灰）實際容重取27～29 KN/m3 （以200厚的墻為例：25+2X20X0.015/0.2=28）為宜。

3）水平力與整體坐標的夾角

在計算地震作用時，沿兩個正交主軸輸入。對于平面規則的結構，一般只需沿建筑物平面主軸方向輸入即可。但對于相交角大于15度的L形、斜交、Y形等不規則的平面應選擇各抗力構件兩個主軸方向進行抗震作用計算。

4）連梁剛度折減系數

洞口上部與剪力墻相連的連梁由于剛度相對墻體較小，而承受很大的地震彎矩和剪力，配筋設計困難。在地震作用下連梁往往最先開裂進入彈塑性狀態，此時連梁將把原來由其自身承擔的地震作用卸載給剪力墻。連梁剛度折減的目的就是要模擬這一現象，根據規范要求和工程經驗，在8度地區，通常該系數取用0.55。在7度地區可能是風荷載控制，取0.7。

3、連梁的設計

在剪力墻結構計算中，連梁超筋是經常遇到的問題。常用的解決方法有以下幾種：

1）首先對連梁的抗扭剛度進行折減，一般取0.4。

2）增加洞口的寬度以減小連梁剛度。這種方法雖然能夠有效的改善連梁超筋問題，但在實際施工中，還要用砌塊或其他材料進行封堵，兩種不同的材料在交接處很容易產生裂縫。雖然這樣的裂縫對結構安全無影響，但用戶可能因此產生不必要的誤解。因此對于這類的結構洞我們用φ6@200的鋼筋網片并澆筑混凝土。

3）增加洞口的高度，即減小連梁的高度。這種方法也能夠減少連梁剛度，但在建筑的門洞上方應設門頂過梁。

4）如果程序選用的是TAT軟件，那么可以在特殊梁柱定義菜單中，將超筋的連梁兩端定義成鉸接，讓地震力由墻肢承擔，連梁箍筋配足而主筋只承受垂直荷載和連梁剪力與跨度一半之積的較大值。

四、結語

超高層建筑中混凝土結構設計是一個綜合性的技術運用方式，尤其是要在全盤思考的基礎上，結合當前超高層建筑的總體需求，采取嚴格的措施，從混凝土結構設計的各項要求出發，注重施工過程中的穩定性，同時，注重對原材料的合理控制，包括鋼筋的合理配備設計等等，考慮對于混凝土進行現場施工以及運輸條件、養護作業等方面都是作為保證混凝土結構設計的關鍵因素，注重整體技術的全面提升，將具有深遠的實踐意義。

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