高層建筑鋼筋混凝土結構設計要點解析

袁野

摘? ? 要：當前，我國建筑事業高速發展，工程結構愈加復雜，功能也更加齊全。高層建筑在城市建設中非常普遍。在此背景下，建筑的設計質量一方面影響人們的生活品質，另一方面也對建筑工程歷史文化起到傳承作用。因此應加強對高層建筑鋼筋混凝土結構的設計，本文從其結構設計準則、設計要點方面進行簡要的分析和說明。

關鍵詞：高層建筑;鋼筋混凝土;設計要點

1? 引言

在鋼筋混凝土高層建筑整個建造過程中，設計是工程的第一步，結構設計的水平很大的影響了建筑的安全性、經濟性、功能性。結構設計是通過不斷的探索去找到最優解。高層建筑中的結構設計尤其不能簡單的規范加建模計算，而是要在理解規范的基礎上，去構思結構體系的受力特征，以概念設計去實現建筑師及業主的目標。

2? 高層建筑鋼筋混凝土結構設計準則

2.1? 可靠性原則

結構設計結合建筑的設計年限來進行，在預設過程中針對安全性、可靠性和耐用性等情況，應用的材料和技術等方面必須具備可靠性和耐用性。當前可能存在豆腐渣工程的現象，多是和材料質量存在關聯，材料質量有時候不能達到理想的設計預期標準，因此在后續設計中，需要秉承安全性的原則，在設計過程中進行耐用性分析，提升自身優勢。

2.2? 適用性原則

高層建筑建成投運后，人始終是其使用者，因此在結構設計期間，一定要全面考慮各種因素和建筑使用功能之間的相關性。例如，在結構設計實踐中，應對室內布局的進行合理規劃，結合空間特征有針對性地選擇合理的結構體系，在布置梁柱時，應全面分析其是否影響室內使用面積及結構功能的發揮。只有結構設計具備良好的適用性和使用性，才能促進高層建筑自身效能的有效發揮，協助施工單位獲得良好的經濟效益和社會效益。

2.3? 安全性準則

在高層建筑鋼筋混凝土結構的質量設計中，必須引起重視，進行安全性分析。預設前期，落實以人為本的原則，只有確保安全性能，才能保證建筑本身有價值和意義。在實際設計階段，設計師需要確保安全設計，符合規范需求，在行業安全以及標準化掌握的過程中，只有保證目標符合要求，才能實現合理設計。

3? 高層建筑鋼筋混凝土結構設計要點

3.1? 概念設計

（1）高寬比。高層建筑結構高寬比的規定是對結構整體剛度、抗傾覆能力、整體穩定、承載能力以及經濟合理性的宏觀控制指標，是長期工程經驗的總結，從目前大多數A級高度高層建筑來看，這一限值是比較實用、比較經濟合理的。實際上對側向位移、結構穩定、抗傾覆能力、承載能力等性能的規定也體現了對結構高寬比的要求。

（2）合理地布置抗側力構件。在一個獨立的結構單元內，應避免應力集中的凹角和狹長的縮頸部位;避免在凹角和端部設置樓、電梯間;減少地震作用下的扭轉效應。豎向體型盡量避免外挑，內收也不宜過多、過急，結構剛度、承載力沿房屋高度方向宜均勻、連續分布、避免造成結構的軟弱或薄弱的部位。應避免因部分結構或構件破壞而導致整個結構喪失抗震能力或對重力荷載的承載力。

（3）嵌固端設置。高層建筑在進行結構分析計算之前必須首先確定結構嵌固端的所在位置，而嵌固端的選取卻面臨著各種不同情況，一般有地下室的高層結構會把一層頂板設置為嵌固端。在這個問題上，結構設計工程師需要注意如下幾個方面：嵌固端樓板的設計、嵌固端上下層剛度比的限制、嵌固端上下層抗震等級的一致性、在結構整體計算時嵌固端的設置、結構抗震縫設置與嵌固端位置的協調等問題，而忽略其中任何一個方面都有可能導致后期設計工作的大量修改或埋下安全隱患。

（4）短肢剪力墻設置。對大部分墻肢截面高厚比為4～8的墻定義為短肢剪力墻結構，且根據實驗數據和實際經驗，對短肢剪力墻結構在高層建筑中的應用增加了相當多的限制，因此，在高層建筑設計中，結構工程師應盡可能少采用或不用短肢剪力墻結構，尤其是設防烈度為8[°]且房屋層數較多時，要慎重使用短肢剪力墻結構。

（5）立面設計。立面是高層建筑中的非常重要的一部分，其設計的優劣直接關系到了建筑的安全性與穩定性，最終決定著建筑的品質。在設計立面時，需要讓建筑整體最好呈下部大上部小逐漸變化的模式，這樣可以讓建筑更好的保證重心穩定，且豎向需要較為規整、均勻，不易出現較大的內收與外挑。為保證建筑整體的穩定性和抗震能力，當豎向結構呈現內收時，該層的側向剛度不應小于相鄰上一層的70%，同時不應小于其上相鄰三個樓層側向剛度平均值的80%。在進行設計時，樓層質量需要沿著高度進行均勻布置，樓層質量不宜大于相鄰下部樓層質量的1.5倍，A級與B級高度的高層建筑的樓層抗側力結構的層間受剪承載力與其相鄰上一層受剪承載力之間的關系不相同，前者為不宜小于其相鄰上一層樓層受剪承載力的80%，不應小于其相鄰上一層樓層受剪承載力的65%，后者為不應小于75%。

3.2? 結構體系選擇

根據抗側力構件的不同，鋼筋混凝土結構體系主要有框架、剪力墻、框架-剪力墻、框架-核心筒、筒中筒結構等，結構工程師應根據工程的實際情況來選擇合適的結構體系。

（1）框架結構的特點是建筑平面布置靈活，可做成較大空間的會議室、餐廳、辦公室及實驗室等，加隔墻后，也可以做成小房間。如果采用輕質隔墻，則可以減輕建筑物重量。高層住宅中較少使用框架結構，主要原因是柱截面較大，以致柱腳突出墻面，影響家具放置。并且框架結構沒有多道防線，抗震能力低，所以高層建筑盡量避免采用純框架結構。

（2）剪力墻結構是利用建筑物的分隔墻，作為豎向承重和抵抗側力的結構，其特點是結構整體性好，可以使用大模板等先進施工方法，縮短工期，節省人力。剪力墻具有多道防線，在遭遇地震時，連梁是第一道防線，在中震情況下，它首先出現彎曲屈服，消耗一部分地震能量，在大震作用下，連梁會產生剪切破壞。因此連梁的延性大小對結構的安全至關重要，連梁配筋應符合最大配筋率要求，才能既經濟又保證結構整體的安全。

（3）框架-剪力墻結構是把框架和剪力墻結合在一起，共同抵抗豎向和水平荷載的一種體系，它通過平面內剛度很大的樓蓋的連接來完成框架與剪力墻協同工作，在底部樓層，剪力墻限制框架的側移，在上部樓層，框架限制剪力墻的側移。并且框剪結構具有多道抗震防線，經驗顯示這是一種抗震性能很好的結構體系。并且由于它只在部分位置上有剪力墻，又保持了框架結構具有較大的靈活空間的優點，彌補了剪力墻結構開間過小的缺點，既可使建筑物平面布置靈活，又能對結構提供足夠的抗側剛度。

3.3? 耐久性設計

耐久性設計是直接影響高層建筑建設質量與使用壽命的主要因素之一，在實踐期間，在環境溫度、技術等多種因素的作用下可能會降低建筑的可靠性，影響高層建筑使用壽命，甚至會誘發安全隱患問題。因此在結構設計過程中，應全面分析樓房結構功能預設，提前設定相關標準，加強對成本的控制，提升對材料的有效利用率，加強對耐久性的預設計。

4? 結語

綜上可知，在高層建筑鋼筋混凝結構設計過程中，其結構的功能特性是較為復雜。因此，在設計過程中，應嚴格遵循相關規范、規定，合理地控制建筑鋼筋混凝土結構的設計強度及相關構件布設數量。從而在保證高層建筑抗震目標達成的基礎上，最大可能性地降低建筑鋼筋混凝土結構風險因素，從而確保后期高層建筑鋼筋混凝土結構建設工作得以順利開展。

參考文獻：

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