高層建筑鋼筋混凝土結構設計問題分析

耿嘉蔚

摘要：對于高層建筑結構設計工作來說，鋼筋混凝土結構的應用是極為常見的一種類型，具體到鋼筋混凝土結構的優化設計中來看，必須要全面控制和把關，鋼筋混凝土具有較高的安全系數，良好的抗震性能，因此成為現代高層建筑的主要材料，在鋼筋混凝土的結構設計方面，有許多需要關注的工作重點和細節，如果處理不當，將會影響整個工程的使用壽命和質量。

關鍵詞：建筑;鋼筋混凝土;結構設計;對策

1 高層建筑混凝土結構設計中注意要點分析

1.1 概念設計

結構概念的設計可以提高結構使用質量，具有優良的抗震性能。做好混凝土結構的概念設計，那就需要建筑與結構設計人員在進行設計過程中，嚴格按照建筑結構設計規范執行，設計也不能完全依靠計算進行，從設計方案到計算再到構件設計等每一個環節都要貫穿結構抗震理念的內容，有幾點需要注意的是：設計人員在進行建筑結構設計時，應充分的、全面的考慮到建筑物外觀、建筑實用性、結構受力性等，從而保證結構的安全性、適用性和耐久性，同時要經濟合理，滿足居民生活的需求。

地震產生的水平作用是雙向的，混凝土結構抗震設計是要保證結構平面上兩個主軸的剛度和抗震力能夠抵擋地震產生的破壞。剛度的設計要適宜，不宜過大或是過小，過大會造成結構自重大、結構自振周期短、材料浪費，剛度過小，一旦發生地震，結構不能承受外力造成建筑損壞。現在很多工程的結構概念設計都為彈性設計，所謂彈性設計，可以解釋為“中震可修，大震不倒”，對于抗震要求特別高的一些超限建筑，在結構設計中，專家實施的彈性設計表現在中震或大震不屈服設計，中震或大震彈性設計。

1.2 結構選型

1.2.1 規則性結構的設計。建筑物平、立面布置的規則性是結構選型所重視的，這樣的結構有利于抗震和抗風，同時經濟合理。結構設計要有明確的計算簡圖，結構之間傳遞地震力的途徑要合理，同時結構兩個主軸方向的動力特征應該相近。平面不規則的結構盡量減少扭轉的影響，并應采取增強抗扭度的措施。豎向不規則結構中要注意結構薄弱部位，要有保護措施，避免局部結構薄弱造成整體結構由于連鎖反應造成破壞。對于結構設計人員來說，對于嚴重不規則的建筑不應該采用，這是設計人員必須要遵循的原則。

1.2.2 超高結構的設計。在抗震規范以及高層建筑結構相關規定都對結構的總高度有嚴格的限制，新的規范對于超高建筑結構適應高度進行了調整，同時還增加了抗震結構設計適用的最大高度要求，結構設計者要對超高結構的高度嚴格的注意，如果B級高度建筑結構超過B級高度，那么在設計以及結構處理的方式都會發生變化。

1.2.3 嵌固端的設置。在高層建筑中地下室或人防地下室的設置一般在兩層或以上，那么選擇其結構的嵌固端是結構計算模式中的重要假定，嵌固端設計要均衡的分配某構件的內力，同時還要考慮到其經濟性。

2 結構計算

2.1 地震作用及結構振動特性

《抗震規范》規定了規則結構不進行扭轉藕連計算時，平行于地震作用方向的兩個邊榀各構件，其地震作用效應應乘以增大系數。一般情況下，短邊可按1.15采用，長邊可按1.05采用;當扭轉剛度較小時，周邊各構件宜按不小于1.3采用。《高規》規定，對于質量和剛度不對稱、不均勻的結構或是建筑高度超過一百米的結構要考慮扭轉藕連振動影響的振型分解反應譜法。任何空間結構分許都可以考慮到扭轉藕連計算，SATWE軟件不論結構是否規則總進行扭轉藕連計算，因此不必考慮結構邊榀地震作用效應增大，只需根據結構設計方案選擇“規則”或“不規則”即可。

2.2 結構基本自振周期

程序中給出的結構基本自振周期都是近似的計算，計算出結構基本自振周期后要重新代回計算，需要注意的是，結構扭轉為主的第一自振周期Tt與平動為主的第一自振周期T1之比，A級高度高層建筑和B級高度高層建筑的比是不一樣的，前者不應大于0.9，后者不應大于0.85。為了減小震害，高層建筑結構設計需要扭轉為主的震型不應靠前。

2.3 有效質量系數與計算振型

通常單塔樓多層結構計算振型數取3的倍數，在普通工程結構計算中，最少要9個。但若是兩層的結構，不得超過6個，因為每層的自由度為3，所以兩層不得超過6個。若震型數取太多會使結構出現異常。計算之后要檢查X和Y兩個方向的有效質量系數是否大于0.9大于0.9說明地震剪力誤差小，可以滿足計算震型的要求。

2.4 樓層最小剪重比（地震剪力系數值）

在“技術規范”中對剪重比有著明確規定：抗震驗算時，結構每一層的水平地震剪重比不得低于規范規定的最小值。若是樓層剪重比不達標時，首先要檢查有效質量系數是否合格。樓層的剪重比要達到質量系數的百分之九十，若達到質量系數不能滿足建筑需要，結構剛度和質量之間的分布可能不合理，要對結構方案進行分析進行調整。結構的底部總震力不能滿足要求，要對每個結構的樓層的剪力進行調整。

2.5 結構的位移

層間位移角：最大層間位移與層高之間比△U/h是作為剛度控制指標的重要比，抗震設計可以不考慮偏心的影響。位移比：如果考慮到偏心影響水平地震力的作用，那么要取樓層最大彈性水平位移與該樓層兩端彈性水平位移的平均值。作為控制結構扭轉系數的位移比，若不滿足建筑結構的要求，要人工改變結構，減小結構剛心與形心的偏心距，直到符合要求。

2.6 結構設計中其它幾個重要的比值

（1）剛度比：計算剛度比是為了控制高層結構豎向規則性，避免發生剛度突變，一般地下室結構頂板的嵌固端是否滿足結構要求都要依據剛度比進行設計。（2）剛重比：高層建筑會受到風力荷載的作用或是地震的影響，因此，為了不使結構失去穩定性，要將剛重比控制在合理的設計范圍，適宜的減少墻、柱等豎向構件的截面面積。（3）層間受剪承載力之比：按照設計規范進行計算，避免樓層受剪承載力出現突變影響結構性能。（4）軸壓比：會影響到墻（柱）抗震性能，限制（柱）軸壓比，可以提高結構的延性和耗能能力。如果計算的軸壓比不能滿足建筑施工要求，在進行人工調整的時候要增大墻（柱）的截面或提高其混凝土強度等級。

3 鋼筋混凝土結構設計的建議

3.1 合理簡化結構體系

結合工程實際，對復雜結構體系加以合理簡化，在概念設計理念的指導之下，在對配筋進行計算時，要充分考慮到客觀存在但又容易被忽視的變形及受力影響。對于結構易出問題的部位，要及時采取有效的預防措施進行預先處理。

3.2 對板類構件裂縫控制采取防治措施

對于易出現裂縫的屋面及樓面鋼筋混凝土構件，在結構設計時可采用預應力混凝土，或適當增加板厚和設置溫度鋼筋，在樓面板預埋管線時，對管線進行支架固定，在管線交叉處要采用專門設計的接線盒以減少鋼筋混凝土板的剛度削弱。

4 結語

鋼筋混凝土結構是高層建筑出現的基礎，應該突出鋼筋混凝土結構的特性，結合高層建筑的特點，把握高層建筑鋼筋混凝土結構設計的關鍵環節和難點，充分發揮鋼筋混凝土結構在整體性和機械性能上的優勢，設計出高層建筑鋼筋混凝土結構的精品，在實現高層建筑穩定和安全的同時，實現高層建筑舒適度和功能性的保證。

參考文獻：

[1]萬超，曾志興.基于耐久性的高性能混凝土配合比設計方法[J].建筑科學.2011（05）

[2]李九，冀曉紅.鋼筋混凝土結構的耐久性設計[J].科技情報開發與經濟.2015（16）