高層建筑混凝土框架結構的設計核心要點構架

韓敬敬

摘 ? ?要：隨著城市化進程的加快，高層建筑項目的數(shù)量也在不斷增長。與之相應的是，混凝土框架結構在高層建筑中的應用也越來越廣泛。因此，我們有必要進一步加強高層建筑混凝土框架結構設計。本文將就高層建筑混凝土框架結構設計的主要核心要點展開論述，希望可以幫助設計界的同行提升混凝土結構設計水平。

關鍵詞：高層建筑;混凝土框架結構;設計;核心要點

1 ?引言

隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，我國城市化的進程也在不斷加快。但城市的土地資源畢竟是有限的，為了在城市有限的土地上不斷提升建筑容積，近年來，高層建筑項目以驚人的速度在各大城市發(fā)展起來，在北京、上海、廣州、深圳等一線城市，高層建筑已經(jīng)勾勒出新的城市天際線。與高層建筑快速發(fā)展相適應的是，鋼筋混凝土框架結構在高層建筑項目中的應用也越來越廣泛。為提升高層建筑施工質量，非常有必要提升鋼筋混凝土框架結構的設計水平。

2 ?混凝土框架結構的特點

高層建筑結構必須同時具有足夠的強度與足夠的剛度，必須同時具有一定的承載能力與抗側移能力，因此，框架結構成為高層建筑結構設計的首選。框架結構由梁、柱等構件通過節(jié)點連接構成，各個節(jié)點采用剛性連接，形成完整的豎向承重結構。——框架結構具有以下特點：結構自重較輕，整體性與抗震性較好;結構構件類型少，工業(yè)化程度高、施工快捷;結構造價較低，并方便設計師進行靈活的建筑平面布置。因此，框架結構在寫字樓、商務樓、賓館等高層建筑中的應用越來越廣泛。

3 ?高層建筑混凝土框架結構設計核心要點

3.1 ?掌握框架結構設計的基本規(guī)定

框架結構必須設計為雙向梁柱抗側力體系。框架結構的梁、柱中心線必須重合。梁、柱中心線若出現(xiàn)偏心距，可為梁增設水平加腋。梁水平加腋寬度/梁水平加腋長度必須小于1/2，梁水平加腋寬度/梁截面寬度必須小于2/3[1]。

進行抗震設計時，框架結構可采用砌體填充墻。在布置砌體填充墻時，應沿框架柱全高，每隔50cm設置2根拉筋（直徑6mm）。若砌體填充墻長度超過5m，墻頂應與梁有鋼筋拉結。

3.2 ?進行結構布置

結構布置，通常分為結構平面布置、結構豎向布置兩個方面。

（1）結構平面布置。第一步，柱網(wǎng)布置：在結構圖上明確各個柱的位置，形成矩形柱網(wǎng)網(wǎng)格。布置柱網(wǎng)時必須盡量規(guī)則、整齊，以形成良好的受力結構與傳力體系。設計師須根據(jù)高層建筑項目的具體使用功能，自行選擇小柱網(wǎng)或大柱網(wǎng)。小柱網(wǎng)的柱距有3.3m，3.6m，4.0m等幾種不同情形[2];大柱網(wǎng)的柱距有6m、6.6m、7.2m、7.5m等幾種不同情形，跨度有4.8m、5.4m、6.0m、6.6m、7.5m等幾種不同情形，需要由設計師要根據(jù)項目的具體情況，選擇適宜的柱距與跨度。第二步，設計承重方案：框架結構平面可分為長邊、短邊兩個方面，通常將長邊方向稱為縱向框架，將短邊方向稱為橫向框架。設計師設計橫向框架承重方案時，主梁結構應沿橫向布置，板、次梁、連系梁沿結構進行縱向布置;這樣可以提高結構的橫向抗側剛度。設計縱向框架承重方案時，主梁結構應沿縱向布置，板、次梁、連系梁沿結構進行橫向布置。

（2）結構豎向布置。設計師進行結構豎向布置時，應確保結構的側向剛度和承載力自下而上逐步減小，并保持結構受力的均勻性、連續(xù)性，絕不能使結構受力出現(xiàn)突然改變。

3.3 ?構件選型

設計師為框架結構進行構件選型時，應仔細計算各個構件的尺寸。一般來說，梁截面高度必須控制在梁計算跨度的1/18～梁計算跨度的1/10之間（計算公式為：梁截面高度=（1/10～1/10）×梁計算跨度），梁截面寬度必須控制在梁截面高度的1/4～梁截面高度的1/2之間（計算公式為：梁截面寬度=（1/4～1/2）×梁截面高度）。梁截面寬度不能小于20cm，梁截面的高度與寬度之比不能超過4[3]。

計算柱截面尺寸時，須根據(jù)柱所承受的軸向壓力設計值與混凝土軸心抗壓強度設計值計算柱截面面積。具體計算公式為：柱截面面積>[（1.1～1.2）×柱所承受的軸向壓力設計值]/與混凝土軸心抗壓強度設計值

若截面柱為矩形，則最小截面尺寸不應小于40cm;若截面柱為圓柱，則最小截面直徑不能小于45cm。柱截面長邊與短邊之比不能超過3。

3.4 ?進行荷載計算

高層建筑的荷載按方向分為水平荷載與豎向荷載。豎向荷載包括恒載、樓面活荷載、雪荷載等;水平荷載包括風荷載、水平地震作用等。恒載包括結構自重、土壓力、預加應力、結構表面構造層（找平層、保溫層、防水層）等重力荷載，設計師須根據(jù)構件設計尺寸與材料自重標準計算值恒載的標準值。一般來說，杉木自重為4kN·m-3，木板條自重為5kN·m-3，鋼自重為78.5kN·m-3，壓實后的石棉自重為10kN·m-3，含水量小于15%、松散的石棉自重為4kN·m-3，石膏自重為13kN·m-3～14.5kN·m-3，干黏土自重為16kN·m-3，濕黏土自重18為kN·m-3，砂夾卵石自重為18.9kN·m-3～19.2kN·m-3，卵石自重為16～18kN·m-3，花崗巖、大理石自重為28kN·m-3，普通磚自重為19kN·m-3，煤渣磚自重為17kN·m-3～18.5kN·m-3，礦渣磚自重為18.5kN·m-3，鋼筋混凝土自重為24～25kN·m-3。

計算雪荷載時，須測算高層建筑項目所在地的基本雪壓，與屋面積雪分布系數(shù)。具體計算公式為：雪荷載標準值=屋面積雪分布系數(shù)×當?shù)鼗狙骸?/p>

計算樓面活荷載時，須確定樓面均布活荷載標準值、組合值系數(shù)、頻遇值系數(shù)與準永久值系數(shù)。旅館、辦公樓樓面均布活荷載標準值一般為2.0kN·m-2，組合值系數(shù)一般為0.7，頻遇值系數(shù)一般為0.5，準永久值系數(shù)一般為0.4。商店樓面均布活荷載標準值一般為3.5kN·m-2，組合值系數(shù)一般為0.7，頻遇值系數(shù)一般為0.6，準永久值系數(shù)一般為0.5。

計算風荷載時，須確定高層建筑項目所在地的基本風壓值、建筑結構設計高度的風振系數(shù)，風荷載體型系數(shù)、風壓高度變化系數(shù)。若高層建筑項目所在地為城市郊區(qū)，高層建筑項目設計高度超過200m，則風壓高度變化系數(shù)為2.46。若高層建筑項目所在地附近有許多其它高層建筑，高層建筑項目設計高度超過200m，則風壓高度變化系數(shù)為1.58。——具體計算公式為：基本風壓值=建筑結構設計高度的風振系數(shù)×風荷載體型系數(shù)×風壓高度變化系數(shù)

3.5 ?進行內(nèi)力計算

在恒荷載下進行內(nèi)力計算，可采用分層法，需要進行分配系數(shù)計算、固端彎矩及縱向梁偏心引起的柱端附加彎矩計算、以及各層彎矩計算等。

4 ?結束語

以上是高層建筑混凝土框架結構設計的主要核心要點。——隨著高層建筑項目的進一步發(fā)展，混凝土框架結構在高層建筑中的應用將更加廣泛。因此，設計師必須詳細了解相關設計規(guī)范，認真學習相關專業(yè)理論知識，并在設計實踐中不斷總結經(jīng)驗，從而不斷提高設計水平。

參考文獻：

[1] 韓凱.高層混凝土結構優(yōu)化設計方法探究[J].綠色環(huán)保建材，2020（6）：88+90.

[2] 朱金坤，盧建峰，劉斌，賀星新.建筑高度對鋼筋混凝土框架-核心筒結構的影響[J].工程建設與設計，2020（8）：5～7.

[3] 吳世誠.工業(yè)與民用建筑混凝土結構設計的分析[J].江西建材，2019（12）：89+91.