高層建筑混凝土結構設計的幾個技術要點

楊輝

摘要：隨著社會經濟的發展和建筑材料技術的不斷進步和創新，近年來高層建筑發展迅速，各類的高層建筑應運而生。這也對建筑結構設計人員的技術水平提出了更高要求。設計人員應當重點關注建筑的耐久性與安全性，在滿足其功能要求的基礎上，盡可能減少成本投入。高層建筑結構與多層建筑在結構概念設計、整體穩定性、構件截面的選擇、重要部位的延性和整體的結構體系設計都大不相同，兩者設計特點也存在差異。

關鍵詞：高層建筑;混凝土;結構設計;建筑結構;建筑設計

1引言

改革開放后我國經濟高速發展，城市化進程逐漸加快，人口數量的增加，人們對居住環境的需求進一步增加，這些因素對建筑業的影響日趨明顯，大大刺激了建筑業的發展。建筑材料、機械、技術的不斷進步使高層建筑得以更多的運用的實際的建設項目中。

2高層建筑的混凝土結構設計特點及要點

高層建筑混凝土結構體系中應用最普遍的是框架結構、剪力墻結構和框架剪力墻結構，常規的高層建筑這三種結構體系基本都能夠滿足設計要求;但隨著建筑技術和建筑材料的發展，以及建筑層數的不斷增加，對于超高層建筑、不規則高層建筑往往需要采用框筒結構、束筒結構和筒中筒結構等結構形式。

2.1高層建筑混凝土結構設計的特點

相比于多層建筑，高層建筑由于其建筑高度大，層數多，其結構的抗震設計、抗側力構件的布置和構件承載力設計等各方面都有所不同。在結構設計中，需要設計師具有豐富的設計經驗，清晰的結構概念，從宏觀到微觀把握好整體結構的設計思路，從結構的整體指標計算具體到某一個構件的配筋都要認真仔細做好設計。結構側向力：在多層建筑中，水平地震作用及風荷載相對較小，不是主要控制荷載;但在高層建筑中，側向水平力隨高度增加而逐漸增大;結構的延性：高層建筑由于高度的增加，需要更好的結構延性來消耗及抵抗地震作用，這樣整個建筑結構在水平地震作用下，才能具有良好的變形能力和耗能機制，為人們在地震發生時爭取更寶貴的逃生時間。

2.2高層建筑混凝土結構設計的要點

（1）高層建筑結構設計應注重概念設計。傳統教育方式使結構工程師對結構總體的方案不夠關注，首先考慮細節問題，認為結構設計就是規范+計算，只包括強度和變行的計算，而忽略了結構整體的概念設計，概念設計應該在結構設計中占有重要的地位，是影響后期結構設計、工程造價、結構安全的主要因素，因此應該引起廣大工程師的重視。

（2）高層建筑結構設計應該剛柔結合，并設置多道防線。結構設計不應一味追求加大結構的整體剛度來抵抗地震作用，這樣不僅會造成浪費，而且還可能對結構造成很大危害。結構設計時應考慮使結構具有一定的剛度和承載力來抵抗地震作用及風荷載，在多遇地震下結構應處于彈性工作狀態，在第一道防線屈服后，使結構具有足夠大彈塑性變形能力和延性來消耗地震作用。然后根據多道設防目標，再從具體的結構整體設計中滿足要求。

3高層建筑混凝土結構設計的注意事項

3.1高層建筑基礎設計

高層建筑因其結構層數多，荷載大，基礎設計等級高等因素，因此在結構設計中不應忽視基礎設計，基礎選型應根據地質勘查報告，因地制宜，選用合理的基礎形式。高層剪力墻結構因其上部荷載較大，多選用筏板基礎或者樁基礎。基礎設計不僅要滿足承載力的要求，地基的沉降也是高層建筑必須要驗算的指標，應選用地質條件好的土層為地基持力層，選取整體剛度好的基礎形式，來減小高層建筑的沉降差，沉降量，來達到工程的要求。最后，高層建筑受水平荷載影響較大，容易產生結構的傾覆，故高層建筑的基礎埋深不能過淺，這點設計師容易忽略，造成嚴重后果，基礎應該埋置一定深度來保證結構的穩定性。

3.2選擇合理結構嵌固端

由于嵌固端的位置選取會對結構整體指標和內力配筋產生很大影響，所以在對結構進行設計和計算時，需要根據土體約束、上下層結構剛度來合理的確定結構嵌固端的位置，使計算模型符合實際情況。

3.3其他需要注意問題

結構的傳力路徑應簡單直接，盡可能避免結構出現連續倒塌的情況;應盡可能使結構質心與剛心靠近，避免在地震力及風荷載作用下產生的扭轉影響;結構豎向抗側力構件應該盡量連續，避免出現剛度突變，軟弱層和薄弱層的出現。

4高層建筑混凝土結構設計的優化

（1）優化建筑整體結構的方案布置，合理布置結構抗側力構建的平面位置、構件截面尺寸、避免出現結構的偏心、扭轉、剛度突變等情況，最大限度的發揮結構構件的承載能力和抗震延性，不宜出現部分構件承載力接近極限，部分構件還未充分發揮承載力得情況。對于剪力墻的布置，可以采取周邊、均勻、對稱的原則來布置，在豎向上宜盡量連續，避免出現承載力和剛度的突變。

（2）把握好建筑整體結構的延性設計，充分發揮結構的耗能

能力，避免結構出現脆性、瞬時的破壞。在遭遇罕遇地震和較強的水平風荷載時，高層建筑由于自身高度較大的因素，結構就需要足夠的抗側剛度和良好的延性來抵抗水平荷載。允許結構部分構件首先出現塑性鉸，這樣就可以不斷的消耗掉地震的能量，避免重要構件發生破壞，造成嚴重后果。在設計過程中，一定要把握好關鍵結構構件的延性設計，如豎向抗側力構件、傳遞水平力構件。把握好結構的延性設計，不僅能在地震下保證結構安全，也能減少工程造價。

5結語

綜上所述，社會經濟的發展帶動了建筑行業的發展。當前，受城市用地規模限制，高層建筑在數量與規模上均有顯著提升。結構設計是建筑工程設計的重要組成和關鍵部分，建筑結構設計水平不僅關系到建筑質量安全，而且影響建筑的使用壽命，而混凝土結構又是高層建筑最常見的結構之一。所以，設計師必須高度重視高層建筑混凝土的結構設計，把握設計要點。在確保建筑結構質量安全的基礎上，利用先進的技術手段、構造措施等優化設計方案，不斷提高高層建筑混凝土結構的設計水平。同時，還要注重新工藝、新材料的應用，根據實際情況選擇最佳方案，為后期施工提供科學指導，推動建筑行業健康、穩定地發展。