高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計淺談

徐樂樂

（身份證號：1311271987****3859）

一、高層建筑混凝土的特點(diǎn)

在城市中,建設(shè)高層建筑工程是獲取更多建筑空間和建筑結(jié)構(gòu)的主要形式,也是目前工程項目中的主要發(fā)展目標(biāo)。在城市化發(fā)展中,高層建筑的出現(xiàn)對于解決城市用地緊張、地價過高等缺陷有著重要的意義,但是如果建筑工程施工太高、太過密集的話,極容易引起工程項目出現(xiàn)熱島效應(yīng),進(jìn)而影響了周圍環(huán)境。隨著目前玻璃幕墻使用的日趨增多,由此帶來的光污染現(xiàn)象也日趨嚴(yán)重,造成了嚴(yán)重的生活影響與污染。在多數(shù)情況下,在建筑空間周圍多設(shè)置一些綠化帶和小廣場,不僅能夠為人們休息提供場所,同時還能夠優(yōu)化周圍環(huán)境。

（一）結(jié)構(gòu)應(yīng)具有適宜剛度

隨著高度的增加,高層建筑的側(cè)向位移迅速增大。設(shè)計高層建筑時不僅要求結(jié)構(gòu)有足夠的強(qiáng)度,而且要求結(jié)構(gòu)有適宜的剛度,使結(jié)構(gòu)有合理的自振頻率等動力特性,并使水平力作用下的層位移控制在一定范圍之內(nèi)。

（二）結(jié)構(gòu)應(yīng)具有良好的延性

相對于較低樓房而言,高樓結(jié)構(gòu)更柔一些,在地震作用下的變形更大一些。建筑結(jié)構(gòu)的耐震主要取決于結(jié)構(gòu)的承載力和變形能力兩個因素。為了使結(jié)構(gòu)在進(jìn)入塑性變形階段后仍具有較強(qiáng)的變形能力,避免高層建筑在大震下倒塌,必須在滿足必要強(qiáng)度的前提下,通過優(yōu)良的概念設(shè)計和合理的構(gòu)造措施,來提高整個結(jié)構(gòu),特別是薄弱層的變形能力,來保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。因此,在結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)綜合考慮這些因素,合理設(shè)計,使結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度、適宜的剛度、良好的延性。

（三）側(cè)向力(風(fēng)或水平地震作用)成為影響結(jié)構(gòu)內(nèi)力、結(jié)構(gòu)變形及建筑物土建造價的主要因素

高層建筑和低層建筑一樣,承受自重、活載、雪載等垂直荷載和風(fēng)、地震等水平力。在低層結(jié)構(gòu)中,水平荷載產(chǎn)生的內(nèi)力和位移很小,可以忽略不計；在多層結(jié)構(gòu)中,水平荷載的效應(yīng)(內(nèi)力和位移)逐漸增大；在高層建筑中,水平荷載和地震力將成為主要的控制因素。

（四）混凝土設(shè)計原則

在高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計中,必須要遵循一定是設(shè)計原則,這也是保證混凝土設(shè)計質(zhì)量的關(guān)鍵。首先,混凝土設(shè)計必須要遵循安全性的原則,即所有的施工設(shè)計方案都要以安全為前提,包括施工中的人員安全與混凝土結(jié)構(gòu)的安全以及在使用中建筑的整體安全；其次,適用性也是混凝土設(shè)計的主要原則之一,混凝土的設(shè)計必須要滿足建筑功能的需求,且能夠保證建筑在使用壽命范圍內(nèi)都能夠具備良好的性能。第三,混凝土設(shè)計需要以建筑保持足夠的耐久性為原則,不可使建筑因設(shè)計的缺陷而影響到建筑的使用。第四,混凝土設(shè)計要具備一定的結(jié)構(gòu)可靠性,一般來講,建筑主體結(jié)構(gòu)在達(dá)到使用預(yù)計年限后,并不是就不能再使用,其性能在檢測后若達(dá)到技術(shù)指標(biāo)則仍可以繼續(xù)使用,這就要求建筑設(shè)計要以結(jié)構(gòu)可靠性為原則,運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)技術(shù)手段,優(yōu)化設(shè)計,以保證混凝土建筑結(jié)構(gòu)的安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定。

（五）高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計

在現(xiàn)在的高層建筑當(dāng)中,雖然豎向荷載對結(jié)構(gòu)的設(shè)計能夠產(chǎn)生很重要的影響,但是水平荷載卻起著至關(guān)重要的作用。這主要是因為建筑的自重和樓面所使用的荷載在豎向構(gòu)件中所引起的軸力與彎矩的數(shù)值,僅僅是與建筑高度的一次方成正比,而水平荷載對于結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩以及在豎向構(gòu)件中引起的軸力,與建筑高度的兩次方成正比。而對于具有一定高度的建筑來說,豎向荷載在大體上基本是定值。

二、高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點(diǎn)

（一）結(jié)構(gòu)選型

1.結(jié)構(gòu)的規(guī)則性

高層建筑的結(jié)構(gòu)需要符合以下要求：（1）結(jié)構(gòu)的豎向和水平布置需要具有合理的剛度和承載力分布,避免因為局部的突變和扭轉(zhuǎn)效應(yīng)而最終形成薄弱的部位；（2）需要具有多道抗震防線。

2.規(guī)則結(jié)構(gòu)的主要特征

首先是建筑以及抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的平面布置要規(guī)則,其次是建筑的立面和豎向剖面要規(guī)則,結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度要均勻變化,豎向的抗側(cè)力構(gòu)件截面的尺寸和材料強(qiáng)度要自下而上的逐漸的減小,避免抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和承載力的突變。

3.規(guī)則平面布置需滿足的要求

（1）有利于抵抗水平和豎向荷載,受力明確,傳力直接,力爭均勻?qū)ΨQ,減少扭轉(zhuǎn)的影響；（2）在地震的作用下,建筑平面需要力求簡單規(guī)則,而在風(fēng)力作用下可以適當(dāng)放寬；（3）抗震設(shè)防的高層建筑的平面形狀要簡單、對稱、規(guī)則,以減少震害。

4.概念設(shè)計

結(jié)構(gòu)概念設(shè)計是保證結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良抗震性能的一種方法。結(jié)構(gòu)概念設(shè)計是要求建筑師和結(jié)構(gòu)師在建筑設(shè)計中應(yīng)特別重視規(guī)范、規(guī)程中有關(guān)結(jié)構(gòu)概念設(shè)計的各條規(guī)定，設(shè)計中不能陷入只憑計算的誤區(qū)。以下一些要點(diǎn)值得注意：

（1）在結(jié)構(gòu)體系上，應(yīng)重視結(jié)構(gòu)的選型和平、立面布置的規(guī)則性，擇優(yōu)選用抗震和抗風(fēng)性能好且經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)體系。結(jié)構(gòu)應(yīng)具有明確的計算簡圖和合理的傳遞地震力途徑，結(jié)構(gòu)在兩個主軸方向的動力特性宜相近。

（2）一般工程都僅進(jìn)行小震下的彈性設(shè)計，而用概念設(shè)計和構(gòu)造措施保證“中震可修，大震不倒”，但沒有驗算和證實，那么建筑物是否真能做到“中震可修，大震不倒”，無人知曉。對抗震設(shè)防烈度較高地區(qū)的特別重要建筑和超限建筑，審查專家往往會提出更具體的設(shè)計指標(biāo)：①中震或大震不屈服設(shè)計；②中震或大震彈性設(shè)計；要求設(shè)計單位確保實現(xiàn)“三水準(zhǔn)”的設(shè)計目標(biāo)。

（3）水平地震作用是雙向的，結(jié)構(gòu)布置應(yīng)使結(jié)構(gòu)能抵抗任意方向的地震作用，應(yīng)使結(jié)構(gòu)沿平面上兩個主軸方向具有足夠的剛度和抗震能力；結(jié)構(gòu)剛度選擇時，雖可考慮場地特征，選擇結(jié)構(gòu)剛度以減少地震作用效應(yīng)，但是也要注意控制結(jié)構(gòu)變形的增大，過大的變形將會因p-δ效應(yīng)過大而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。