混凝土结构设计要点问题研究

摘要：随着科学技术的迅速发展，社会随之不断进步，我国建筑行业也越来越发达，高层建筑物异军突起，已经成为一个城市经济发展情况的重要标志物。高层的建筑物已经成为反映这所城市的繁荣度有多高和社会的进步作为标志。本文就混凝土结构设计的几个要点进行了分析。

关键词：混凝土结构;设计；问题

Abstract: With the continuous development of infrastructure in our country city, many new problems in geotechnical engineering an important part of basic construction encountered, such as the selection of construction technology under complex geological conditions, design of operational issues, identify problems of mechanics model and design parameters, the influence of groundwater problems, it has made some the conventional design method cannot adapt to, especially for excavation problems.

Key words: geotechnical engineering investigation and design; seismic;

中图分类号：TU318

引言:近年来，我国建筑业发展迅猛，建筑的功能不断完善，工程设计也越来越复杂，钢筋混凝土是在民用建筑中得到广泛应用和空前发展的结构材料。我国已经基本形成了混凝土结构设计规范体系，但在设计方面仍存在一定的空缺和问题。

一、高层建筑混凝土结构设计的特点

1、结构应具有适宜刚度

随着高度的增加,高层建筑的侧向位移迅速增大。因此设计高层建筑时不经要求结构有足够的强度,而且要求结构有适宜的刚度,使结构有合理的自振频率等动力特性,并使水平力作用下的层位移控制在一定范围之内。

2、结构应具有良好的延性

相对于较低楼房而言,高楼结构更柔一些,在地震作用下的变形更大一些。建筑结构的耐震主要取决于结构的承载力和变形能力两个因素。为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力,避免高层建筑在大震下倒塌,必须在满足必要强度的前提下,通过优良的概念设计和合理的构造措施,来提高整个结构、特别是薄弱层(部位)的变形能力,来保证结构具有足够的延性。因此,在结构设计中应综合考虑这些因素,合理设计,使结构具有足够的强度、适宜的刚度、良好的延性。

3、侧向力(风或水平地震作用)成为影响结构内力、结构变形及建筑物土建造价的主要因素

高层建筑和低层建筑一样,承受自重、活载、雪载等垂直荷载和风、地震等水平力。在低层结构中,水平荷载产生的内力和位移很小,可以忽略不计;在多层结构中,水平荷载的效应(内力和位移)逐渐增大;在高层建筑中,水平荷载和地震力将成为主要的控制因素。

二、结构设计的重点与难点

1、水平荷载的优化

在高层建筑设计中，涉及到的水平荷载问题非常重要。一方面，考虑到高层建筑自身的重量以及各个楼面的荷载作用主要集中于竖向构件，而由此产生的弯矩数值、轴力数值等与建筑高度的一次方呈正比例关系;另一方面，对于高层建筑来说，竖向的荷载力为定值，但是水平荷载力将随着建筑结构特性的不同而有所差异。不同结构形式、不同烈度地区的水平控制荷载主要体现在水平地震作用及风荷载两种情况。

2、结构变形的控制

对于高层建筑结构设计来说，位移问题是设计的关键要素之一。随着当前建筑的高度不断增加，水平荷载力也有所提高，因此建筑结构位移和变形随之加大，如何确保高层建筑结构的安全性、稳定性，是非常重要的话题，这也需要采取有效措施将建筑结构水平荷载作用下的变形幅度控制在规范要求之内。

3、结构延性的调整

在高层建筑结构设计中，应考虑到震动情况下的变形问题。为了确保建筑结构受到变形力之后仍能保持良好性能，而不至破坏或者坍塌，这就需要在设计过程中采取相应措施，对其延性进行优化调整。

4、 竖轴向变形的约束

以高层建筑结构设计的实际情况来看，一般竖向的荷载值比较大，如果在设计过程中忽略这一问题，可能引发轴向变形问题(超高层结构尤其明显)，进而对连续梁弯矩产生影响;这时候，可能对连续梁中间部位的支座负弯矩值造成影响，并且增大端支座的跨中正弯矩与负弯矩等;在高层建筑结构设计中，应该根据轴向变形的实际情况对相应数值进行确定;采取有效方式应对轴向变形问题、加强对构件剪力值、侧移幅度等控制，确保建筑结构的安全性、稳定性.

三、地基与基础设计

“万丈高楼平地起”，地基的好坏将决定一个工程的最终质量，因此，在高层建筑混凝土结构设计中，地基与基础设计是工程的关键。由于上部荷载的巨大差异，设计满足要求的高层建筑主体结构本身筒体与周边结构之间的沉降差和高层主体与裙房或者纯地下结构之间的沉降差对地基方案的选择起着决定性的作用，因此，高层建筑设计主要要把握沉降设计。

一种方案是设计沉降缝。为避免不均匀沉降对建筑物带来的灾害，对于长度较大的建筑物，在建筑平面的转折部位、建筑物高度差异处以及长高比过大的砌体承重结构、地基土压缩性存在明显差异处设置沉降缝，沉降缝能够将建筑物分割成独立的单元，从而实现使各单元产生的沉降互不影响，因此也就避免了不均匀沉降对建筑物带来的灾害。另一种方案是地基基础处理。在建筑纵横墙体相交处，存在着基础面积重叠现象。从而造成地基受力面积重复，地基应力加大。因此，必须调整某局部基础宽度以满足地基承载力的要求。具体做法：一是当基础底面压力设计值超过地基承载力设计值不足10%时，可采用提高上部结构抵抗不均匀沉降能力的措施。二是当基础底面压力设计值超过地基承载力设计值10%及以上或建筑已出现不容许的沉降和裂缝时，可采取放大基础底面积、加固地基或减少荷载的措施。

四、上部结构设计

1、剪力墙结构设计

高层建筑应有较好的空间工作性能，剪力墙结构应双向布置，形成空间结构。在设计中若框剪结构剪力墙布置不均匀，单肢刚度过大的剪力墙经常出现，从而导致应力的过度集中，造成剪力墙的部分破坏。因此，我们应该通过设计有选择地连接两片剪力墙，从而保持建筑物延性的连梁破坏，从而使柱子的完整性得以保证，这就是我们说的延性设计和连梁设计。设计要点是一方面为加强塑性铰区的塑性转动能力，及防止混凝土压溃前受压钢筋过早压屈，我们应在在梁的两端设置箍筋加密区。同时，为防止粘结破坏，可以在设计中采取措施使塑性铰外移，将塑性铰从柱面移开一定距离，从而避免梁端钢筋屈服后向核心区发展。另一方面，可以设置底部加强区，设置约束边缘构件，从而使截面的塑性变形能力增大。主要包括沿墙肢截面的长度和墙肢的高度，箍筋数量，水平分布筋在约束边缘构件内的锚固以及确保一定的纵筋面积的设计，从而符合约束边缘构件的构造要求。另外，剪力墙的抗侧刚度及承载力均较大，为充分利用剪力墙的能力，减轻结构重量，增大剪力墙结构的可利用空间，墙不宜布置太密，使结构具有适宜的侧向刚度。

2、柱的设计

地震作用下，框架短柱刚度大，吸收较大的地震力，极易产生剪切破坏而形成结构抗震薄弱部位。因此，在框架结构的双跑板式楼梯设计时，为避免“框架短柱”的形成，应采取下列措施：一是采用复合箍筋沿柱全高加密的方式处理，同时保证短柱的纵向钢筋对称布置，且每侧的纵向钢筋配筋率不宜大于1.2%。二是通过提高构件受剪承载力和受压承载力的方法来改善短柱的抗震性能，主要措施有在柱中配置螺旋箍筋、普通复合箍筋，加强对混凝土的约束，使混凝土的抗压强度得到提高，从而防止构件在大剪压比情况下发生剪切破坏。

3、梁的设计

由于地震作用、风荷载等水平力的作用，往往使得框架粱的梁端负弯距远大过跨中正弯距。因此，为了避免框架粱负筋过多过密，在设计中我们往往都应将框架粱的负弯距乘以一个0.85左右的调幅系数进行调幅，减少粱端负弯跑，并使跨中正弯距相应增加，做到粱的上下配筋均匀一致。同时，当不计算活荷载或不计算活荷载不利布置时，可通过此参数调整梁在恒活荷载作用下跨中正弯矩，一般取1.1—1.2，在选用时应注意：如果活荷载考虑不利布置时此系数取1.0。另外，当梁底距外窗顶尺寸较小时，宜加大梁高做至窗顶，使外部框架梁尽量做成梁外皮与柱外皮齐平。当建筑有要求时，梁也可偏出柱边一较小尺寸。梁与柱的偏心可大于1/4柱宽，并宜小于1/3柱宽。同时，折梁阴角在下时纵筋应断开，并锚入受压区内La，还应加附加箍筋。

参考文献：

【1】方鄂华主编.高层建筑结构设计[M].北京:清华大学出版社,2 00 2 (05 ).

【2】于险峰．高层建筑结构设计特点及其体系[J]．建筑技术，2009（24）.

【3】赵西安．现代高层建筑结构设计[M]．北京：科学出版社，2004.