关于高层建筑混凝土结构设计的探讨

摘要：本文阐述了高层建筑结构设计的特点，分析了结构选型时应注意的问题，深入探讨了高层建筑结构设计体系的相关设计要求。

关键词：高层建筑；混凝土；结构设计；探讨

中图分类号：TU984 文献标识码：A 文章编号：

结构设计并不存在所谓的标准模式，所以我们必须不断探索和追求更好的设计思想，在规范的基础上，采取科学的计算、设计方式，创新自身结构设计概念、经验等，为业主与社会设计出更满意的建筑作品。

1 高层建筑结构设计特点

首先，影响高层建筑结构内力、变形就土建造价的核心要素即为侧向力（风或水平地震作用）。高层建筑与低层建筑相同，需承受自重、活载、雪载等垂直荷载以及风、地震等水平力。在低层结构中，水平荷载带来的内力与位移不大，可忽略不计；多层结构中，水平荷载的效应（内力与位移）会越发增加；而高层建筑中，水平荷载与地震力两大因素占主导作用。其次，结构也有其适宜的刚度，与高度成正比例，高层建筑越高，其侧向位移也更大。所以我们设计高层建筑时，既要保证结构的足够强度，又要注重让其有适宜的刚度，让结构拥有自振频率等动力特性，同时还应合理控制水平力作用下的层位移。第三，结构要具有较好的延性。与低楼层相比言，高楼结构要柔和些，在地震作用下也更容易变形。而建筑结构的耐震的两个影响因素是结构的承载力与变形能力。要保证结构进入塑性变形阶段后，始终保持足够的变形能力，在大震下不至于倒塌，就应该控制好其强度，运用好的概念设计与科学的构造措施来增加建筑结构尤其是薄弱层的变形能力，使结构具备较强的延性。

2 结构选型

2.1 结构的规则性问题。新规范在结构的规则性问题上做出了明显的变动，也增加了较多的限制条件，如：平面规则性与嵌固端上下层刚度比信息等，另外，新规范明令提出“建筑不能采取严重不规则的设计方案。”所以，结构工程师应看到和注重上述限制条件，主动控制后期施工图设计阶段中的工作。

2.2 结构超高。抗震规范和高规中都明令限制了结构的总高度，特别是新规范中看待过去的超高问题，除将固有的限制高度划为A 级高度建筑外，还增设了B级高度的建筑，所以，应严格控制好结构的这一因素，如果结构为B 级高度建筑或者超出了B级高度，那么所采用的设计方法及处理措施都将有所改变。

2.3 设置嵌固端的问题。高层建筑通常都自带2层或2层+的地下室或人防，嵌固端往往会被设置在地下室顶板或者人防顶板等地方，所以，在设置嵌固端方面，结构设计工程师通常会忽略设置嵌固端上出现的一些问题，如：设计嵌固端楼板、嵌固端上下层刚度比限制、嵌固端上下层抗震等级不相同、结构抗震缝设置与嵌固端位置不搭等，上述任何一个问题被忽略了，对后期设计工作都会带来不利影响。

2.4 设置短肢剪力墙中的问题。新规范中，对墙肢截面高厚比是5-8的墙，我们称之为短肢剪力墙，按照实验数据及经验，高层建筑中，应用对短肢剪力墙的也受到很多方面的限制，所以，设计高层建筑时，结构工程师要尽可能避开使用短肢剪力墙，减少后期设计工作的难度及麻烦。

3 地基与基础设计

此阶段中，如果出现问题，所带来的损失也是不可估量的。因此，设计地基基础时也应重视要地方性规范中的相关要求。我国国土广阔，地质条件复杂多变，《地基基础设计规范》并不能适用于全国各地的地基基础，也无法对其进行全面规定，此时也就有必要在国家标准下逐步建立某些地方标准。地方性的“地基基础设计规范”是在地基基础类型的基础上建立的，拥有相应的经验，对其规定也更为详细和具体。

4 结构计算与分析

4.1 选择合理的结构整体计算软件。软件不同，其计算模型也不尽相同，计算出来的各结果或多或少也会不一样。因此，计算和分析工程整体结构时要综合考虑结构类型与计算软件模型的特点，挑选合适的计算软件。学会判断计算结果的科学性、可靠性极其重要，结构工程师必须掌握相关的力学理论，并结合自身工程经验，切实做好这点。

4.2 结构整体计算中的几个参数。剪重比，它能有效控制各楼层的最小地震剪力，保持结构的安全性。如果剪重比太小，底部剪力不足，就必须分析结构位移与结构稳定能否达到设计要求。剪重比太大了，要检查输入信息错误与否，剪力墙结构的刚性是否过大。刚度比，它影响着结构竖向规则性，能减少刚度骤然发生变化。位移比，主要针对结构平面规则性而言，位移比要控制好，建筑才不会发生扭转。位移比能体现出质心和刚心相互偏离的程度。平面布置宜规则，应对称，质心与刚心应尽可能重合。周期比，控制结构扭转效应。对比结构扭转为主与平动为主的第一自振周期，A 级高度高层建筑应低于0.9，B级高度高层建筑应小于0.85。层间受剪承载力比，能确保竖向的规则性。

4.3 计算分析多塔结构与分缝结构。直至现在，大底盘、多塔楼的高层建筑类型频繁出现，我们在计算分析这种类型的高层建筑时，是把它看作一个整体并按多塔类型来计算，亦或分开其结构来计算，结构工程师都必须引起重视。假如分开计算，下部裙房和基础计算可能出现很大误差，且顾及不到各塔之间带来的影响。所以要先按照整体来计算，在计算周期比的时候再分开各塔。

4.4 计算与设计非结构构件。在高层建筑中，通常有一些为满足建筑美观或功能需求而要的非结构构件。特别是设计高层建筑屋顶处的装饰构件时，要考虑到高层建筑受地震与风荷载明显作用的这一事实。所以，设计时必须根据规范中的非结构构件进行。

4.5 建筑结构的周期性折减系数

高层建筑的框架结构、顶盖等结构设计中，由于填充墙体的出现，其结构的实际刚度会比设计刚度要大，周期也是如此，因此，当设计的结构的剪力较小时，建筑某些结构的安全性也会降低，此时我们应适度减少结构的房屋结构的计算周期，不过针对建筑的框架结构而言，周期性折减系数的方法不适合在此运用。而针对框架结构，采用砌填充墙，计算周期的折减系数约为0.6到0.7；砌体的填充墙选用轻质砌块时，折减系数可为0.7-0.8；全部运用轻质墙体板时，该系数可为0.9。有墙的纯框架，其计算周期军营做出合理折减。

4.7 耐久性优化设计

在很多混凝土的结构设计方案种，建筑结构设计的耐久性是容易被忽视的一个方面，殊不知，其是确保高层建筑建成后，满足用户在使用周期内的使用要求的基础。不过很多设计都做不到，究其原因，还是在于忽略了建筑结构在其使用过程中也会受到外在条件或使用环境的影响，给建筑带来不必要的损失，或导致房屋可靠度指数降低。针对常见的高层建筑混凝土结构设计，结构设计时往往都强调低造价、节约材料，不过伴随社会生活水平的提高，在实际工程建设过程中，当其他使用要求或技术指标成为设计难点的时候，设计者就无法只考虑经济因素这一个方面。因此，设计高层混凝土的结构时，要看清和分析结构设计中出现的核心问题，主次分明，选多个或单个目标来达到优化设计的最终效果。

4.8 建筑结构的抗震性设计

设计工程图纸的过程中，建筑结构抗震等级也是不可忽略的重点，根据其抗震设防分类，建筑的抗震等级可按照不同房屋高度、烈度与结构类型进行划分。地震震力振型组合数据。计算这一数据时应忽略高层的建筑的耦联扭转；当建筑振型数超过3，计算时应取其整数倍，且该数据应小于建筑物的层数；当建筑的层数

5 结束语

混凝土的结构设计是一项复杂工作，设计人员要掌握足够的理论知识与实际经验、通过合理、科学地调整混凝土结构设计，来提高整体高层建筑结构设计的可靠性。随着经济技术和城市化进程的快速发展，高层建筑也随着增多，带来了最大化的建筑空间，缓解了城市用地紧张与人口不断增加的矛盾，体现着城市的繁荣和社会的进步。所以高层建筑结构的安全性、可靠性和耐久性成为了社会共同关注的问题，而混凝土结构的设计及应用直接关系到高层建筑结构的整体使用性能，必须得到工程师的高度重视。

参考文献：

[1]《高层建筑混凝土结构技术规程》[M].北京：中国建筑工业出版社，2009.

[2] 国家标准.《建筑结构荷载规范》（GB50009- 2007）.北京：中国建筑工业出版社，2007

[3] 胡海涛，高层建筑混凝土结构设计浅析[J].山西建筑，2011，（03）.