淺論高層建筑混凝土結構設計

胡智榮

摘要：隨著高層建筑物的不斷涌現，在進行建筑混凝土結構設計時，要充分考慮建筑物的各個方面因素，對建筑物存在的地震力、自重和地基載荷影響采取有效的措施進行治理，更好的保證建筑物混凝土結構具有足夠的強度、剛度和承載力，提高建筑物的整體質量。

關鍵詞：高層混凝土；結構；設計

1.高層建筑混凝土結構設計的原則

1.1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。

1.2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。

1.3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。

1.4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。

2.高層建筑混凝土結構的具體設計

2.1結構選型及布置

2.1.1結構選型

（1）結構的規則性問題。新舊規范在這方面的內容出現了較大的變動，新規范在這方面增添了相當多的限制條件，例如：平面規則性信息、嵌固端上下層剛度比信息等，而且，新規范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，結構工程師在遵循新規范的這些限制條件上必須嚴格注意，以避免后期施工圖設計階段工作被動。

（2）結構的超高問題。在抗震規范與高規中，對結構的總高度都有嚴格的限制，尤其是新規范中針對以前的超高問題，除了將原來的限制高度設定為A級高度的建筑外，增加了B級高度的建筑，因此，必須對結構的該項控制因素嚴格注意，一旦結構為B級高度建筑甚或超過了B級高度，其設計方法和處理措施將有較大的變化。

（3）嵌固端的設置問題。由于高層建筑一般都帶有二層或二層以上的地下室和人防，嵌固端有可能設置在地下室頂板，也有可能設置在人防頂板等位置，因此，在這個問題上，結構設計工程師往往忽視了由嵌固端的設置帶來的一系列需要注意的方面，如：嵌固端樓板的設計、嵌固端上下層剛度比的限制、嵌固端上下層抗震等級的一致性、在結構整體計算時嵌固端的設置、結構抗震縫設置與嵌固端位置的協調等等問題，而忽略其中任何一個方面都有可能導致后期設計工作的大量修改或埋下安全隱患。

2.1.2結構布置

（1）結構平面布置

一般來說，對于高層建筑內，除了極特殊的設計需求外，在高層建筑內每一個獨立結構單元都不宜采用嚴重不規則的平置布置設計，也就是說，應該追求形狀簡單、規則，盡可能做到剛度和承載力分布均勻，高層建筑宜選用風作用效應較小的平面形狀。

1）結構平面布置應減少扭轉的影響。首先考慮地震作用下的偶然偏心因素，其中最重要的是評估樓層豎向構件的最大水平位移和層間位移。具體規定是，A級高度的高層建筑，其位移值不宜大于該樓層平均值的1.2倍，不應大于該樓層平均值的1.5倍；B級高度的高層建筑、混合結構高層建筑以及復雜高層建筑不應大于該樓層平均值的1.2倍。

2）抗震設計時的高層結構平面布置。高層建筑宜調整平面形狀和結構布置，避免結構不規則，不設防震縫。然而當建筑物平面形狀復雜，我們又無法通過簡單的辦法將其平面形狀和結構布置調整，從而形成較規則的結構時，這時我們就應該設置防震縫，以便將其劃分為幾個較簡單的結構單元。設置防震縫時，對于框架結構房屋來說，高度不超過15米的部分，一般取70毫米；超過15米的部分，還要加寬20毫米。另外，剪力墻結構的房屋可按上述規定數值的一半采用。而對于框架—剪力墻結構房屋可按原規定的70%采用，但無論如論，防震縫的設計不應少于70毫米。同時，防震縫的寬度的確定應按最不利的結構類型確定。具體規定是，如果防震縫兩側的房屋高度不同，那么防震縫的寬度應按照較低的房屋確定。如果出現相鄰結構有較大的沉降差時，還要增大防震縫的寬度。

（2）結構豎向布置

高層建筑的豎向結構更加重要，直接影響到整體建筑的質量。高層建筑的豎向體型宜規則、均勻，如無特殊的設計需要，則應力求避免有過大的外挑和內收。出于重心和穩定的考慮，整體建筑的豎向結構應該下大上小，側向應該是逐漸均勻變化。如果是豎向結構不是直的，或者不是下大上小，出現嚴重不規則的結構，那就需要特殊的結構設計，否則會為整體建筑結構的穩定性帶來隱患。如果建筑結構豎向內收時，從抗震需要的角度，高層建筑結構的樓層側向剛度不宜小于相鄰上部樓層側向剛度的70%，或者說不應小于其上相鄰三層側向剛度平均值的80%。另外一個方面，當高層建筑結構位于上部的樓層，其縮進部位到室外地面的高度與房屋高度之比大于0.2時，上部樓層收進后其長度不宜小于下部樓層長度的75%。

2.2地基與基礎設計

在這一階段，所出現的問題也有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，《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，作為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得更為詳細和準確。

2.3樓蓋結構設計

高層建筑的樓蓋結構，對于整體結構的質量也有著重要影響。出于成本等因素的考慮，很多建筑商傾向于選用樓板預制件，這在地震時產生很大的風險。所以，國家規定，當高層建筑高度超過50米時，框架—剪力墻結構、筒體結構及復雜高層建筑結構應采用現澆樓蓋結構，剪力墻結構和框架結構宜采用現澆樓蓋結構。現澆樓蓋的混凝土強度等級不宜低于C20、不宜高于C40。高層建筑的樓蓋每層宜設置鋼筋混凝土現澆層，現澆混凝土層厚度不應小于50mm，且對于混凝土的強度來說其等級不應低于C20，但也不宜高于C40。同時在混凝土層內應分縱橫兩個方向配置直徑6—8mm、間距150—200mm的鋼筋網，鋼筋應錨固在剪力墻內；同時，樓蓋的預制板板縫寬度過大，當預制板縫大于40mm時應在板縫內配置鋼筋，鋼筋的長充應該足夠長能夠貫穿整個結構單元。對于預制板板縫、板縫梁的混凝土強度來說，其混凝土強度等級應高于預制板的混凝土強度等級，且不應低于C20。

2.4抗震等級的設計

高層結構的抗震等級的設計要結合當地的地震發生狀況，按照百年一遇、兩百年一遇的標準來設計，在可能的情況下，還要提高抗震等級。當本區域的抗震防烈度為6到8度時，抗震等級還要在這個基礎上再提高一度。在進行高層建筑的抗震設計時，其鋼筋混凝土結構構件所采用的抗震等級，主要考慮到設防烈度、結構類型和房屋高度，因這三個因素不同而采用不同的抗震等級。一般來說，高層建筑都是有地下室的，當高層建筑把地下室頂層作為其嵌固端時，這時地下室的抗震強度就應該與整體結構完全相同，否則仍然會對整體建筑有著較大的影響。如果不是這樣，那么地下室的抗震等級可以稍微降低一下需求，根據每個地區的具體情況采用三級或四級。

3.結語

高層建筑結構設計在系統中占據全面的工作，要建設扎實的理論知識、創新的思路和認真負責的工作態度。設計工作人員要從每一個基本的結構抓起，并配合其他的專業人士的工作經驗和教訓。

參考文獻：

[1]段鳳英.對現澆混凝土結構施工的質量控制之我見[J].改革與開放，2009（05）

[2]方鄂華主編.高層建筑結構設計[M].北京：清華大學出版社，2012（05）