简析高层建筑混凝土结构设计的原则及其注意事项

【摘要】近些年来，城市化进程的不断加快，加剧了城市土地利用的紧张趋势，使得高层建筑已成为城市建设的重要组成部分，并显得越来越密集。而混凝土结构作为现代化城市发展的一种客观成果，引领着我国建筑行业整体的发展水平。本文简述了高层建筑混凝土结构设计的选型及概念设计，对高层建筑混凝土结构设计的原则以及高层建筑结构设计的注意事项进行了简要分析，以供参考。

【关键词】高层建筑；混凝土结构设计；原则；注意事项

随着城市的不断发展以及人口密度的增加，近些年我国的高层建筑也越来越多。目前高层建筑主要都采用钢筋混凝土结构，这种结构有着较高的强度以及荷载能力，可以保证高层建筑的结构稳定。由于混凝土施工简便且成本较低，在我国的建筑行业中得到了广泛的应用。高层建筑混凝土结构设计是当今建筑业的一项重要工作，需要提高设计人员的专业素质，建造出高质量高标准的建筑，从而促进我国城市化进程的发展。 下文就高层建筑混凝土结构设计进行浅要分析。

一、高层建筑混凝土结构设计的选型及概念设计

1、结构选型。在进行结构选型时需要考虑三方面的问题：结构规则性问题、结构超高问题以及嵌固端设置问题。高层建筑的结构规范新旧版本有着很大的不同，在新规范中，对于结构的限制条件也有所增加。并且，新规范明文规定建筑不应采用严重不规则的设计方案。因此，结构工程师需要在执行新规范时多注意不同之处，避免施工设计时处于被动状态。建筑结构的总高度在抗震规范以及高度规范当中都有着严格的限制，新规范中对于超高问题有了新的规定，增加了除了a级高度建筑以外的b级高度建筑。所以在进行结构选型时需要注意控制超高问题。高层建筑往往带有地下室，因此结构设计工程师需要对嵌固端设置进行重视。

2、概念设计.为了保证高层建筑结构具有良好的抗震能力，需要设计人员在设计时采用结构概念设计。这种设计方式对建筑师以及结构设计师有很高的要求，必需严格地遵守结构概念设计的规范规程以及各项规定，设计过程中需要对建筑结构进行全面的分析，不能仅仅依靠计算来进行设计。在进行结构体系设计时，需要对结构选型以及平面布置的规律提高重视程度，选用具有较好的抗震能力以及抗风性能，并且经济性较高的结构类型，并要对结构进行计算简图的设计，保证结构的地震力有合理的传递，并保证在两个主轴方向有相近的动力特性。另外，概念设计可以保证高层建筑受到中等级地震后可以通过修复继续使用，而在遇到高等级地震时可以保证不倒。为保证“中震可修，大震不倒”的目标，需要专家对设计提出具体指标，对建筑的稳定性以及弹性进行完善的设计。

二、高层建筑混凝土结构设计的原则

1、整体性。混凝土结构设计的整体性是指把各个部分组成一个整体，研究整体的功能和设计规律，从整体和部分中发现整体的特征。

2、结构性。在混凝土结构设计过程中，要充分了解其结构及其各要素是非常重要的。建筑结构决定着建筑的性能和质量，影响着它在建筑中的使用和其发展情况，同时它也是性能的载体，还可以反作用于结构。混凝土结构的各要素运动的稳定性与结构息息相关。

3、最优化性。混凝土结构设计中存在差异整合，使建筑的各个部分合理的组合在一起，差异的部分相互互补，相互支持，相互需要，保证着整合后的性能。建筑结构的形成也离不开差异整合，充分体现了它的重要性，在设计过程中，我们要重视这一点。

4、动态性。混凝土结构设计的动态原则是把握系统的内外联系，以及发展趋势，动力规律、方式等方面，使混凝土在建筑中提供更好地应用，满足需求，把握时代的发展方向，跟随时代的脚步。

三、高层建筑结构设计的注意事项

高层建筑设计从体系选择、平面布置、竖向布置、抗震概念设计无一不体现设计师的水平，以下就高层建筑结构设计的注意事项作简要分析。

1、结构体系选择。结构体系的选择，应从建筑、结构、施工技术条件、建材、经济等各专业综合考虑。结构的规则性问题。规范在这方面有相当多的限制条件，例如：平面规则性信息、嵌固端上下层刚度比信息等，而且，采用强制性条文明确规定“建筑不应采用严重不规则的设计方案。”因此，结构工程师在遵循规范规定上必须格外注意，避免后期施工图设计阶段工作的被动。结构的超高问题。在抗震规范与高规中，对结构总高度都有严格限制，除将原来的限制高度设定为A级高度建筑外，还增加了B级高度建筑，因此，必须对结构高度严格控制，一旦结构为B级高度建筑或超过了B级高度，其设计方法和处理措施将有较大的变化。

2、“设缝”。温度伸缩缝、沉降缝、防震缝是高层结构设计中较重要的构造措施。对温度伸缩缝，其影响因素很多，规范用规定结构伸缩缝的最大间距来控制，还规定了最大间距宜适当减小和适当放宽的情况，应根据实际工程的具体情况执行相关条文。如北京朝阳商业中心、广东佛山医院等工程地上结构长度均超过100米，由于采取了可靠措施，也未设温度伸缩缝而效果良好。沉降缝由于同一建筑物中各部分基础显著的沉降差产生，在设计中，通常用“放”、“抗”、“调”等办法解决，即设沉降缝、采用刚度大的基础、调整各部分基础形式或施工顺序。目前，广州、深圳等地多采用基岩端承桩，主楼、裙房间不设缝；北京的高层建筑则一般采用施工时留后浇带的做法。设计师应在实际中灵活掌握。防震缝在规范中有明确规定，但应据实际情况适当放宽或缩小。

3、 侧向位移的限值。高层建筑结构的水平位移随着高度增长而迅速变大，为防止位移过大，规范对顶点位移和层间位移都作了限制。控制顶点位移u/h的主要目的是保证建筑内人体有舒适感和防止房屋在罕遇地震时倒塌。但控制房屋在罕遇地震时倒塌与否的条件是结构极限变形能力而不是u/h限值。另外，为使结构具有较好的防倒塌能力，应在结构计算中考虑相关效应。控制层间位移u/h的主要目的是防止填充墙、装饰物等非结构构件的开裂和损坏。

4、高层建筑结构设计中的扭转问题。建筑结构的几何形心、刚度中心、结构重心即为建筑三心，在结构设计时要求建筑三心尽可能汇于一点，即三心合一。结构的扭转问题就是指在结构设计过程中未做到三心合一，在水平荷载作用下结构发生扭转振动效应。为避免建筑物因水平荷载作用发生扭转破坏，应在结构设计时选择合理的结构形式和平面布局，尽可能使建筑物做到三心合一。在水平荷载作用下，高层建筑扭转作用的大小取决于质量分布。为使楼层水平力作用沿平面分布均匀，减轻结构的扭转振动，应使建筑平面尽可能采用方形、矩形、圆形、正多边形等简面形式。在某些情况下，由于城市规划对街道景观的要求以及建筑场地的限制，高层建筑不可能全部采用简面形式，当需要采用不规则L形、T形、十字形等比较复杂的平面形式时，应将凸出部分厚度与宽度的比值控制在规范允许的范围之内，同时，在结构平面布置时，应尽可能使结构处于对称状态。

结束语

完善高层建筑混凝土结构设计可以保证高层建筑的质量与性能，从而促进我国城市的建设以及建筑业的发展。在现代建筑过程中，需要严格对高层建筑混凝土结构进行设计，确保建筑工程的质量。

参考文献

[1] 李善雷.高层建筑混凝土结构优化设计的探讨[J].科技风，2011（4）：156.

[2] 冯阿巧.关于高层建筑混凝土结构设计的探讨[J].建筑规划与设计，2013（6）：219-227.

[3] 张庆国，丁海英.完善高层建筑混凝土结构设计的探讨[J].科技与企业，2013（10）：254.