簡(jiǎn)析高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)及注意事項(xiàng)

馬亮

【摘要】城市化建設(shè)進(jìn)程的加快，促進(jìn)了高層建筑業(yè)的發(fā)展，使得我國(guó)的高層建筑也越來越多。目前高層建筑主要都采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)有著較高的強(qiáng)度以及荷載能力，可以保證高層建筑的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。由于混凝土施工簡(jiǎn)便且成本較低，在我國(guó)的建筑行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。本文首先闡述了高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則以及高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；要點(diǎn)；原則；注意事項(xiàng)

提高高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平可以保證高層建筑的質(zhì)量與性能，從而促進(jìn)我國(guó)城市的建設(shè)以及建筑業(yè)的發(fā)展。在現(xiàn)代建筑過程中，需要嚴(yán)格對(duì)高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保建筑工程的質(zhì)量。以下就高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)及注意事項(xiàng)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

一、高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1、結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì).為了保證高層建筑結(jié)構(gòu)具有良好的抗震能力，需要設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)采用結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)方式對(duì)建筑師以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師有很高的要求，必需嚴(yán)格地遵守結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的規(guī)范規(guī)程以及各項(xiàng)規(guī)定，設(shè)計(jì)過程中需要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的分析，不能僅僅依靠計(jì)算來進(jìn)行設(shè)計(jì)。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)結(jié)構(gòu)選型以及平面布置的規(guī)律提高重視程度，選用具有較好的抗震能力以及抗風(fēng)性能，并且經(jīng)濟(jì)性較高的結(jié)構(gòu)類型，并要對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算簡(jiǎn)圖的設(shè)計(jì)，保證結(jié)構(gòu)的地震力有合理的傳遞，并保證在兩個(gè)主軸方向有相近的動(dòng)力特性。另外，概念設(shè)計(jì)可以保證高層建筑受到中等級(jí)地震后可以通過修復(fù)繼續(xù)使用，而在遇到高等級(jí)地震時(shí)可以保證不倒。為保證“中震可修，大震不倒”的目標(biāo)，需要專家對(duì)設(shè)計(jì)提出具體指標(biāo)，對(duì)建筑的穩(wěn)定性以及彈性進(jìn)行完善的設(shè)計(jì)。

2、結(jié)構(gòu)選型。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型時(shí)需要考慮三方面的問題：結(jié)構(gòu)規(guī)則性問題、結(jié)構(gòu)超高問題以及嵌固端設(shè)置問題。高層建筑的結(jié)構(gòu)規(guī)范新舊版本有著很大的不同，在新規(guī)范中，對(duì)于結(jié)構(gòu)的限制條件也有所增加。并且，新規(guī)范明文規(guī)定建筑不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計(jì)方案。因此，結(jié)構(gòu)工程師需要在執(zhí)行新規(guī)范時(shí)多注意不同之處，避免施工設(shè)計(jì)時(shí)處于被動(dòng)狀態(tài)。建筑結(jié)構(gòu)的總高度在抗震規(guī)范以及高度規(guī)范當(dāng)中都有著嚴(yán)格的限制，新規(guī)范中對(duì)于超高問題有了新的規(guī)定，增加了除了a級(jí)高度建筑以外的b級(jí)高度建筑。所以在進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型時(shí)需要注意控制超高問題。高層建筑往往帶有地下室，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師需要對(duì)嵌固端設(shè)置進(jìn)行重視。

二、高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則

1、整體性。混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體性是指把各個(gè)部分組成一個(gè)整體，研究整體的功能和設(shè)計(jì)規(guī)律，從整體和部分中發(fā)現(xiàn)整體的特征。

2、結(jié)構(gòu)性。在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，要充分了解其結(jié)構(gòu)及其各要素是非常重要的。建筑結(jié)構(gòu)決定著建筑的性能和質(zhì)量，影響著它在建筑中的使用和其發(fā)展情況，同時(shí)它也是性能的載體，還可以反作用于結(jié)構(gòu)。混凝土結(jié)構(gòu)的各要素運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性與結(jié)構(gòu)息息相關(guān)。

3、優(yōu)化性。混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在差異整合，使建筑的各個(gè)部分合理的組合在一起，差異的部分相互互補(bǔ)，相互支持，相互需要，保證著整合后的性能。建筑結(jié)構(gòu)的形成也離不開差異整合，充分體現(xiàn)了它的重要性，在設(shè)計(jì)過程中，我們要重視這一點(diǎn)。

4、動(dòng)態(tài)性。混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)原則是把握系統(tǒng)的內(nèi)外聯(lián)系，以及發(fā)展趨勢(shì)，動(dòng)力規(guī)律、方式等方面，使混凝土在建筑中提供更好地應(yīng)用，滿足需求，把握時(shí)代的發(fā)展方向，跟隨時(shí)代的腳步。

三、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

高層建筑設(shè)計(jì)從體系選擇、平面布置、豎向布置、抗震概念設(shè)計(jì)無一不體現(xiàn)設(shè)計(jì)師的水平，下面敘述幾個(gè)需注意的問題。

1、結(jié)構(gòu)體系選擇。結(jié)構(gòu)體系的選擇，應(yīng)從建筑、結(jié)構(gòu)、施工技術(shù)條件、建材、經(jīng)濟(jì)等各專業(yè)綜合考慮。結(jié)構(gòu)的規(guī)則性問題。規(guī)范在這方面有相當(dāng)多的限制條件，例如：平面規(guī)則性信息、嵌固端上下層剛度比信息等，而且，采用強(qiáng)制性條文明確規(guī)定“建筑不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計(jì)方案。”因此，結(jié)構(gòu)工程師在遵循規(guī)范規(guī)定上必須格外注意，避免后期施工圖設(shè)計(jì)階段工作的被動(dòng)。結(jié)構(gòu)的超高問題。在抗震規(guī)范與高規(guī)中，對(duì)結(jié)構(gòu)總高度都有嚴(yán)格限制，除將原來的限制高度設(shè)定為A級(jí)高度建筑外，還增加了B級(jí)高度建筑，因此，必須對(duì)結(jié)構(gòu)高度嚴(yán)格控制，一旦結(jié)構(gòu)為B級(jí)高度建筑或超過了B級(jí)高度，其設(shè)計(jì)方法和處理措施將有較大的變化。

2、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)留縫問題。溫度伸縮縫、沉降縫、防震縫是高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中較重要的構(gòu)造措施。對(duì)溫度伸縮縫，其影響因素很多，規(guī)范用規(guī)定結(jié)構(gòu)伸縮縫的最大間距來控制，還規(guī)定了最大間距宜適當(dāng)減小和適當(dāng)放寬的情況，應(yīng)根據(jù)實(shí)際工程的具體情況執(zhí)行相關(guān)條文。如北京朝陽(yáng)商業(yè)中心、廣東佛山醫(yī)院等工程地上結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度均超過100米，由于采取了可靠措施，也未設(shè)溫度伸縮縫而效果良好。沉降縫由于同一建筑物中各部分基礎(chǔ)顯著的沉降差產(chǎn)生，在設(shè)計(jì)中，通常用“放”、“抗”、“調(diào)”等辦法解決，即設(shè)沉降縫、采用剛度大的基礎(chǔ)、調(diào)整各部分基礎(chǔ)形式或施工順序。目前，廣州、深圳等地多采用基巖端承樁，主樓、裙房間不設(shè)縫；北京的高層建筑則一般采用施工時(shí)留后澆帶的做法。設(shè)計(jì)師應(yīng)在實(shí)際中靈活掌握。防震縫在規(guī)范中有明確規(guī)定，但應(yīng)據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)放寬或縮小。

3、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的扭轉(zhuǎn)問題。建筑結(jié)構(gòu)的幾何形心、剛度中心、結(jié)構(gòu)重心即為建筑三心，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要求建筑三心盡可能匯于一點(diǎn)，即三心合一。結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)問題就是指在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中未做到三心合一，在水平荷載作用下結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)效應(yīng)。為避免建筑物因水平荷載作用發(fā)生扭轉(zhuǎn)破壞，應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)選擇合理的結(jié)構(gòu)形式和平面布局，盡可能使建筑物做到三心合一。在水平荷載作用下，高層建筑扭轉(zhuǎn)作用的大小取決于質(zhì)量分布。為使樓層水平力作用沿平面分布均勻，減輕結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，應(yīng)使建筑平面盡可能采用方形、矩形、圓形、正多邊形等簡(jiǎn)單平面形式。在某些情況下，由于城市規(guī)劃對(duì)街道景觀的要求以及建筑場(chǎng)地的限制，高層建筑不可能全部采用簡(jiǎn)單平面形式，當(dāng)需要采用不規(guī)則L形、T形、十字形等比較復(fù)雜的平面形式時(shí)，應(yīng)將凸出部分厚度與寬度的比值控制在規(guī)范允許的范圍之內(nèi)，同時(shí)，在結(jié)構(gòu)平面布置時(shí)，應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)處于對(duì)稱狀態(tài)。

4、 側(cè)向位移的限值。高層建筑結(jié)構(gòu)的水平位移隨著高度增長(zhǎng)而迅速變大，為防止位移過大，規(guī)范對(duì)頂點(diǎn)位移和層間位移都作了限制。控制頂點(diǎn)位移u/h的主要目的是保證建筑內(nèi)人體有舒適感和防止房屋在罕遇地震時(shí)倒塌。但控制房屋在罕遇地震時(shí)倒塌與否的條件是結(jié)構(gòu)極限變形能力而不是u/h限值。另外，為使結(jié)構(gòu)具有較好的防倒塌能力，應(yīng)在結(jié)構(gòu)計(jì)算中考慮相關(guān)效應(yīng)。控制層間位移△u/h的主要目的是防止填充墻、裝飾物等非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的開裂和損壞。

四、結(jié)束語(yǔ)

高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是當(dāng)今建筑業(yè)的一項(xiàng)重要工作，需要提高設(shè)計(jì)人員的專業(yè)素質(zhì)，建造出高質(zhì)量高標(biāo)準(zhǔn)的建筑，從而促進(jìn)我國(guó)城市化進(jìn)程的發(fā)展。 近些年來，城市化進(jìn)程的不斷加快，加劇了城市土地利用的緊張趨勢(shì)，使得高層建筑已成為城市建設(shè)的重要組成部分，并顯得越來越密集。而混凝土結(jié)構(gòu)作為現(xiàn)代化城市發(fā)展的一種客觀成果，引領(lǐng)著我國(guó)建筑行業(yè)整體的發(fā)展水平。

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