高層建筑鋼筋混凝土結構設計

龔章強

【摘要】改革開放以來，中國的經濟迅速發展，技術水平也有很大的提高。高層建筑緊跟經濟發展的趨勢，在設計理念和房屋布局等方面發生了巨大變化。高層住宅的平面構造、平面設計、房屋格局等也漸漸迎合大眾需要，鋼筋混凝土的框架結構越來越廣泛的應用于高層建筑中。但是，在建筑施工的過程中，高層混凝土方面出現了很多容易被忽視的問題，例如：混凝土的結合點不明確、工人的技術不高導致對細節的理解不夠等，使得施工單位在相應的高層建筑完美度方面大打折扣。對在高層建筑鋼筋混凝土方面出現的一系列問題，我來談談自己的看法。

【關鍵詞】鋼筋混凝土 高層建筑 設計對比

引文：

一、鋼筋混凝土設計過程

1、混凝土設計強度

鋼筋與混凝土是兩種不同的材料，兩者之所以能夠有機的融合發揮作用是因為粘結力的作用：混凝土在空氣中能硬化，在硬化后可以與鋼筋產生相應的粘結力。這種粘結力是由膠合力、摩阻力和機械咬合力等三方面構成的。機械咬合力在粘結力中占到50%以上，在其中起著決定性作用。為了保證鋼筋與混凝土之間的強大粘合度，鋼筋必須由一定厚度的混凝土進行保護，最重要的一點是鋼筋本身是易被腐蝕的，所以為了保護鋼筋，我們需要在鋼筋四周添加混凝土。根據這個特點，我們能夠解釋為什么在環境不同的地區，我們需要不同的保護層的厚度。

由于混凝土的抗壓強度比抗拉強度高，所以素混凝土結構不能應用于具有強拉力度的梁和板。如果在混凝土梁、板內增加一定量的鋼筋，則混凝土出現裂縫之后產生的拉力即可由內部的鋼筋來承擔，通過此種方法，不僅可以完全發揮混凝土自身的抗壓能力，而且可以提高梁的承載能力。在設計初期，因為混凝土與其結構性能有關，設計者不僅需要先明確鋼筋混凝土的強度范圍、合適的比例，還應當根據自己所掌握的現有技術、現有資金、現有人力物力等來進行分析，從而做出恰當的安排。【1】

2、鋼筋混凝土設計方案

一般地，在板和墻中要布置兩個方向的鋼筋。根據熱脹冷縮的原理，環境和溫度的變化都能使墻面出現裂縫，即使建筑物的受彎作用只發生在一個方向，也必須要在兩個方向安放鋼筋。在建筑物的設計過程中，常常需要附加保護層厚度，此厚度是由其所用的骨料大小決定的，骨料是在混凝土中起骨架或填充作用的粒狀松散材料，根據骨料的性能，可以保證保護層的耐火等級。

二、高層建筑發展過程中產生的問題及解決的辦法

1、高層建筑的相關規定

大眾對高層建筑的理解就是有很多層數的比較高的建筑，但是卻無法定義到底多高才算是高層。在美國，建筑物7層以上或者高度超過24.6米的就是高層建筑；在英國，把24.3米視為一個分界點，低于24.3米的是低層建筑，高于或者等于24.3米的是高層建筑；但是在我國，從2005年起，規定住宅樓層在10層以上，或者其他民用建筑高度超過28m的是高層建筑。（新《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2010）：10層及10層以上或高度超過28m的住宅建筑以及房屋高度大于24m的其它高層民用建筑混凝土結構稱為高層建筑結構。當建筑高度超過100m時，稱為超高層建筑【2】）。

2、在高層建筑中的剪力墻結構（shear wall structure）

在高層建筑中被普遍運用的結構是結構墻，即剪力墻結構，是指用鋼筋混凝土墻板來承受豎向和水平作用力的結構。它的優點是用鋼筋混凝土的墻板來代替框架結構中的梁柱，可以承受不同類的荷載引起的內力，并能有效控制結構的水平力。因為剪力墻的主要作用是承擔豎向荷載（G）和對抗水平荷載（風、地震等），所以根據此特點，剪力墻應沿平面主要軸線方向布置，方可發揮其自身的優勢，保持高層建筑的穩定性。

但是根據中國現狀，純剪力墻結構會耗費大量鋼材導致成本很高、施工人員又缺少專業技能以致施工困難。施工單位為了降低成本，只得在設計抗震結構時降低標準，以致抗震結構不能達到法律規定的數值，從而增加了房屋倒塌的風險。

3、抗震性能分析

中國近幾年，地震頻發，比如2008年震驚中外的汶川地震、2010年的青海玉樹地震，以及2014年四川省雅安市蘆山縣發生的地震。地震頻繁發生，房屋倒塌造成的死傷數目越來越多，在設計者設計房屋時，應當關注的重點是怎樣提高房屋的抗震性。

除了要考慮概念設計，結構抗震驗算外，還要結合多次地震的經驗，從設防烈度、結構類型和房屋的高度等方面入手，以此來提高建筑的結構延性、限制高層建筑的高度。設計者不能一味的追求樓層的高度而忽視了維護剪力墻結構的穩定性。

為了做到以上幾點，我們要通過“兩階段”來實現。第一階段：根據第一水準烈度----在遭受低于本地區規定的設防烈度的地震影響時，建筑物一般不受損壞或不需要修理仍可繼續使用，我們需要第一水準烈度的地震動參數，根據地震動參數得到高層建筑的層間位移角，使層間位移角的參數不超過抗震的限值；同時為了達到第二水準（建筑物雖有一定的損壞，但不至于危及人民生命和生產設備的安全，經一般修理或不需修理仍可繼續使用），我們需要保證結構具有足夠的延性、變形能力和塑性耗能，對此我們普遍使用抗震構造措施。第二階段：為了達到第三水準地震動參數，除了要計算出結構（特別是柔弱樓層和抗震薄弱環節）的彈塑性層間位移角，使位移角小于抗震規范的限值外，還必須要采取相應的措施來維護抗震構造的穩定。【3】

三、鋼筋混凝土結構設計優勢

高層建筑物鋼筋混凝土工程是比較復雜的，一毫米一厘米的失誤都可能導致房屋不合格。但同時鋼筋混凝土相比較鋼結構來說還是具有一定的優勢。

（1）采用鋼筋混凝土結構設計的房屋寬度很大，具有良好的柔韌性。由于采用預應力，防止房屋的裂縫，建筑物的梁采用雙層雙向通長配筋，從而加強了部分承受力不足的缺陷。

（2）混凝土結構擁有獨有的的外形、優雅的房間布局，可以節約空間，增加了陽臺的面積。在裝修設計的過程中，使住戶和設計者們發揮豐富的想象力，不僅在房屋設計方面更加注重舒適程度和美觀，而且可以節省資源，節約資本。

盡管鋼筋混凝土得到了普遍的運用，但是現階段，由于設計分析軟件還處在完善階段，我們普遍采用的依舊是人工測量的方式即人工分析的方法進行混凝土數據的對比。我們應當通過對概念、原則以及規則的運用，對類似的結構設計以及規劃進行不斷的對比分析，從而選擇更加完善的方法去解決問題。譬如，我們可以采用概念設計的方法，雖然相對比其它的方法來說，概念設計方法對設計者的能力以及設計時間的安排要求很高，但是概念設計方案是最完善、最節約成本的。【4】

四、結語

因為人口基數的不斷擴大，住宅是我們亟待解決的問題，通過以上對高層住宅建筑的分析，我們應該加大科技發展的力度，給施工單位，設計單位更多的數據分析用以解決好高層建筑中出現的混凝土難合成的問題。對于更多的建筑工程師來講，應該在設計中發揮建筑學材料的優勢，根據實踐經驗完美的處理好建筑作品，增加建筑的可塑性，保證社會群體的良好住宅環境。

參考文獻：

[1]蔣魯蓉.鋼筋混凝土框架結構設計有關問題的初步探討[J].山西建筑， 2008.（01）

[2] 《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2002）中國建筑工業.

[3] 《建筑抗震規范》（GB50011-2001）中國建筑工業.2010.8.1

[4]程全豐.鋼筋混凝土框架結構設計的幾個問題分析[J].今日科苑. 2008.（08）.176.