完善高層建筑混凝土結構設計的探討

穆豪鵬（北京東方華脈工程設計有限公司濟南分公司，山東 濟南 250000）

完善高層建筑混凝土結構設計的探討

穆豪鵬
（北京東方華脈工程設計有限公司濟南分公司，山東 濟南 250000）

摘 要：隨著科技技術的不斷進步發展，城市樓宇建筑開始向高層建筑發展，而高層建筑普遍采用混凝土作為建筑材料，本文將從當今高層建筑混凝土結構面臨的問題入手，以結構設計中的基本原則為基礎，探討高層建筑混凝土結構的優化改良設計。

關鍵詞：高層建筑；混凝土；結構設計

一、高層建筑混凝土結構基本概述

隨著城市人口不斷增多，人們對空間的需求越來越大，高層建筑便得到了建筑行業的親睞，越來越多的高樓大廈在城市中拔地而起，在看到城市繁榮發展的同時，我們也應當保證好城市中人們的人身安全。高層建筑混凝土結構是保證高層建筑安全性的基礎，無論是混凝土的材料類型，還是高層建筑中每一部分的結構設計，都對整個高層建筑的安全能力和使用能力起著決定性的作用。因此，研究和改善高層建筑混凝土結構是未來城市進一步發展需要完成的首要任務。

1 結構設計的基本原則

同所有建筑一樣，高層建筑的設計建設中也應當遵守低成本高年限的經濟原則，在使用方面也必須遵守安全性強、使用率高、舒適度高和技術性強等原則。此外，還應當保證建筑材料的穩定耐用性，結構設計的安全持久性等高層建筑特有的建設原則。

2 結構設計的基本要求

滿足建筑設計基本原則是修建高層建筑的前提，相比于普通多層建筑，影響高層建筑混凝土結構的因素更多，相關性更強。在橫向和縱向兩個方向上就必須涉及到建筑所處空間和自身重量的影響，對抵抗水平方向的風力，地震力的要求更加苛刻，豎直方向上在承重方面也有更高的設計要求。但由于建筑材料的限制，在設計上必須不斷加強建筑抵抗外力的能力，傳統建筑中的剛性設計思維不能滿足更高的抵抗能力。因此，在結構設計上提高高層建筑的適應性，改善結構延展性是高層建筑設計的基本要求。

二、高層建筑混凝土結構設計面臨的難題

1 地基承重能力容易波動：地基基礎是高層建筑修建的根本，在設計時往往不能保證地基的沉降對高層建筑的影響，且由于混凝土結構具有相當大的重量，在設計時若建筑結構不均勻很容易導致沉降不均勻，切在某些地理區域因地下水位波動較大，對地基結構同樣有較大影響，在豎直方向上極易出現落差，導致高層建筑上部結構受到的剪切力增加，抵抗其它外力的能力減弱，增加了大樓整體結構的不穩定性。

2 剪力墻設置不均勻：許多高層建筑為追求美觀設計，對剪力墻的設置往往集中在一處或在建筑某一側不設置剪力墻，短肢剪力墻對建筑整體的承載能力有極大的負面影響，在受到較強外力時，短肢剪力墻是相當薄弱的環節，極易因無法支撐而直接被破壞，對高層建筑而言是一個非常大的安全隱患。而單純增加加大柱截面和框架梁截面， 也難以保證結構的第一周期為平動周期，[1]在發生地震災害時，容易因受力不均導致整座建筑快速的崩塌。

3 水平方向抵抗力增強受限：高層建筑因占用空間多，在水平方向需承受的風力和橫波地震的水平力也同時增大，對于混凝土框架梁的水平適應能力要求較高，過大的水平力會導致梁架杠桿受力不均勻，但梁架設置有限，過多混凝土鋼筋支撐受力梁架會影響建筑的中心，因此在水平力上的承受能力需要通過優化結構設計進行改善。

三、高層建筑混凝土結構優化設計方法

1 優化設計的主要方向

依照建筑修建原則，高層建筑主要在安全性上需要改善的方面較多，因此，我們應當以優化高層建筑的結構設計為主要方向，對建筑在豎直和水平的承載能力進一步提高。通過提高建筑安全性進而對建筑的耐久耐用進行優化改善。

2 優化設計的具體方法

（1）保證地基的穩定要求地基的承載能力值與上部建筑對地面的壓力值在5%的等值范圍內，對此，應當在通過采取在地基和上部建筑結構間增添優化地基承載能力的沉降縫或增大地基底面積等措施，增強地基的承載能力。并同時對上部結構進行優化，如安裝提高上部結構剛度的高層剪力墻，增加梁柱面積，優化梁柱材料結構，讓地底面受力更加均勻，保證地基的均勻沉降。并通過減少上部結構中混凝土與鋼筋的使用數量，保證建筑整體質量的同時，提高建筑結構的穩定性，降低結構自振性，減少建筑的承載量。（2）針對剪力墻在結構設計上的重視度不高，導致建筑中部分區域剪力墻的軸壓比始終高于正常承受范圍的問題，應該保證剪力墻的均勻設計，在結構設計中，要堅持剪力墻分布設置中均勻、對稱、強邊角的原則。采用對稱分布，雙向布置剪力墻能有效避免在構造中出現短肢剪力墻的情況發生。如若考慮到各方面的因素無法做到剪力墻對稱分布，則應當在底部加強剪力墻的承載能力，保證剪力墻能承受更大負荷的外力，或對核心受力的剪力墻進行強化設計，可使用高層數、高厚度的剪力墻支撐高層建筑的上部結構。（3）提高水平方向承受外力的能力不僅需要對建筑整體框架進行加固處理，當主要框架梁應上的次梁負筋配置過大時，會導致對框架梁的不利影響，此時為避免框架梁負筋過多，運用從元到總的思想，對每一個基本框架結構進行加固處理，增加每一個框架梁的跨中正彎矩，盡量使每一個單元結構的水平承受力均勻，提高每一個單元結構的結構強度和剛度，再經過整合之后，就能在有效節約混凝土材料的基礎上，增強高層建筑水平方向的承受能力。（4）優化建筑材料的選擇，盡管混凝土是高層建筑的主要結構材料，但混凝土是一個材料大類，如同鋼鐵，包含了許多成分配比不同而性質不同的子材料，充分了解各混凝土材料的性質特點及其功能應用，在選用材料時應針對不同性能的需求進行合理選取，才能為建筑抗震性、安全性、耐久性提供更好的質量保證。

結語

高層建筑必將成為未來城市建筑行業主要的發展對象，優化建筑的設計，改良混凝土建筑結構是促進高層建筑大力發展的重要前提，堅持結構設計的基本原則，以改進當前高層建筑中的主要問題為首要任務，以現有的設計理念和設計專業知識作為依據，以高層建筑實用性、安全性和美觀作為前提保障，制定符合當地地質、氣候條件的高層建筑結構設計方案，對混凝土結構進行優化設計，才能保證高層建筑在未來的順利發展。

參考文獻

[1]馮阿巧.關于高層建筑混凝土結構設計的探討[J].門窗：建筑規劃與設計，2013 （06）.

[2]邵志利，孟凡偉.高層建筑混凝土結構設計的相關問題探討[J].門窗：研究與探討，2014（11）.

中圖分類號：TU97

文獻標識碼：A