高层建筑混凝土结构稳定性设计的相关问题探讨

【摘要】建筑结构设计专业是一个既有深度又有广度的专业，这就要求设计人员要有更强的创新意识，在工作中不断地学习、总结，才能成为一名合格的设计师。混凝土结构作为高层建筑中最基本的建筑结构，在提高高层建筑混凝土结构的稳定性设计方面，对于提高建筑质量，抵抗相关自然灾害的能力等都具有重要作用。因此，只有精益求精、对自己设计的每一项工程负责，不断学习、汲取前人的经验和教训，才能真正地做好结构设计工作。本文就高层建筑混凝土结构稳定性的相关问题进行了分析探讨。

【关键词】高层建筑；混凝土结构；稳定设计

前言

本文首先对高层建筑混凝土结构的临界荷重及确定进行了详细介绍，其次对高层建筑混凝土结构的稳定设计的要素以及混凝土结构稳定性预测准则进行了阐述，通过分析，结合自身实践经验和相关理论知识，对高层建筑混凝土结构的稳定设计的建议进行了探讨。

一、高层建筑混凝土结构的临界荷重及确定

1、高层建筑混凝土结构的临界荷重

高层建筑混凝土结构可视为其有中等长细比的悬臂杆，其高宽比一般为3～9。此悬臂杆的整体失稳或整体楼层失稳形态有三种可能：剪切型、弯曲型及弯剪型。纯框架结构的失稳形态一般为剪切型；剪力墙结构的失稳形态为弯曲型或弯剪型：框架一剪力墙、框架一简体等带有剪力墙或筒体的结构，

2、高层建筑混凝土结构的临界荷重的确定

根据混凝土设计规范___的规定）对于正常使用极限状态）结构构件应分别按荷载效应的标组合以及荷载效应的标准组合并考虑长期作用的影响进行验算）以保证变形裂缝等计算值不超出规范规定的限制。由于研究性试验并不一定根据某一具体的荷载情况来设计试验结构构件因而不能像检验性试验一样）直接根据荷载的标准值来确定荷载标准组合设计值s，然后再按试验加载图式换算为结构构件的使用状态短期试验荷载值。

对于研究性试验往往是已知钢筋和混凝土材料的实测强度9结构构件的界面几何尺寸实测值及实际配筋率等）因此）应根据结构构件的这些实际参数反求正常使用极限状态标准组合内力计算值s。然后再根据结构构件控制界面上的这个内力计算值和试验加载图式来确定结构构件的使用状态试验荷载值。对于现有结构）由于材料的实测强度9截面几何尺寸9配筋等是已知的）因而也可参照研究性试验方法来确定结构构件的使用状态试验检验值。本试验基于试样本进行分析）主要利用结构抗力9荷载效应中变量的统计结果。再结合预制混凝土构件质量检验评定标准中的结构性能检验方法）对现有钢筋混凝土结构性能做出评定。

二、高层建筑混凝土结构的稳定设计的要素

1、刚度比

刚度比是控制结构竖向不规则的重要指标，规范及软件分别提供了剪切刚度，剪弯刚度和地震力与相应的层间位移比三种刚度比的计算方式，其中剪切刚度主要用于底部大空间为一层的转换结构及对地下室嵌固条件的判定，剪弯刚度主要用于底部大空间为多层的转换结构设计，我们这里强调的是楼层平均剪力与平均层间位移比值的层刚度，通常绝大多数工程都可以用此值来判定结构的竖向规则性，它也是软件刚度比计算的缺省方式。主要为控制结构竖向规则性，以免竖向刚度突变，形成薄弱层，对于形成的薄弱层则应予以加强。

2、轴压比

规范对轴压比限值按照抗震等级进行了规定，限制框架柱的轴压比主要是保证柱的塑性变形能力和框架的抗倒塌能力，控制柱的延性，避免柱在地震作用下的脆性破坏，尽可能使框架柱最终为大偏心受压破坏：确保剪力墙肢底部塑性铰区的延性性能和耗能能力，避免在强烈地震时墙体的压溃和丧失竖向荷载的承载能力。结合对其它结构特性的控制及构造措施来间接实现对该值的限制。轴压比不满足时可增大剪力墙、框架柱的截面尺寸、设置芯柱，采用复合箍筋等办法。

3、剪重比

剪重比是某层对应于水平地震作用标准值的楼层剪力与该层及其上各层重力荷载代表值之和的比值。主要是控制各楼层的最小地震剪力，确保结构能够承担足够的地震作用。地震影响系数在长周期段下降较快，对于基本周期大于3.5s的结构，计算所得的水平地震作用下的结构效应可能偏小对于长周期结构，地震动态作用中的地面运动速度和位移对结构的破坏作用可能更大。由于目前规范采用的振型分解反应谱法不能对此做出；隹确估计，为确保结构安全，特提出对结构总水平地震剪力及各楼层水平地震剪力最小值的限制。

三、混凝土结构稳定性预测准则

1、碳化寿命准则

碳化寿命准则是混凝土保护层发生碳化，失去了对钢筋的保护作用，以钢筋开始产生锈蚀的时间作为混凝土结构的寿命。碳化寿命理论是混凝土结构构件寿命分析的基础。在大气环境下，钢筋锈蚀的主要原因是CO作用下混凝土的碳化。目前钢筋开始锈蚀的标志是混凝土碳化深度己达钢筋表面。

2、锈胀开裂寿命准则

锈胀开裂寿命准则是混凝土表面产生沿钢筋锈胀裂缝需要的时间，以此来作为混凝土结构的寿命。这就是说，钢筋锈蚀使混凝土纵裂，而此时钢筋锈蚀的速度大幅度提高，把这个界限看做是危及结构安全，需要采取维修加固措施的前兆。

3、裂缝宽度与钢筋锈蚀量限值寿命准则

裂缝宽度与钢筋锈蚀量限值寿命准则是锈胀裂缝宽度或钢筋锈蚀量达到某一限值时寿命终止。与锈胀开裂寿命准则相比，由于锈蚀开裂的标准很难定量，且锈胀开裂对大多数结构的安全性和适用性影响不大，所以裂缝宽度与钢筋锈蚀量限值寿命准则显得更加实用。

4、承载力寿命准则

承载力寿命理论是抗力的退化是由钢筋锈蚀引起的，以混凝土构件的承载力降低到某一限值作为耐久性极限状态。《钢铁工业建筑可靠性鉴定规程》以一半主筋破坏为丧失承载力标志.给出了构件剩余寿命的计算公式。

四、高层建筑混凝土结构的稳定设计的建议

1、风荷戴或多遇地震作用下结构的稳定设计

高层建筑混凝土结构在风荷载或多遇地震作用下的稳定设计拟控制结构的刚重比，以限制P.A效应，同时在结构位移计算及构件承载力设计中需考虑P.A效应的不利影响。

2、稳定设计中刚重比控制值与位移限值的关系

“高层规定”中对不同结构体系提出了位移限值，以控制结构刚度不致过弱。但是，结构满足位移限值并不一定都能满足稳定设计对刚重比的控制值。特别是当结构的设计水平荷载较小时，结构刚度虽然较低，其计算位移仍能满足位移限值要求；然而，稳定设计中对刚度的控制与水平荷载的大小是无关的。地震作用下.结构稳定设计主要是做好在多遇地震作用下的稳定设计，从而使结构在罕遇地震作用下的P.效应得到控制，弥补结构耗能能力的下降，并可防止结构的失稳倒塌。对罕遇地震作用下结构薄弱层的弹塑性变形考虑P.效应的计算，可采用非弹性P-A效应分析法。

结语

随着社会的发展，人们对于高层建筑质量的要求越来越高，加强高层建筑混凝土结构的稳定设计将成为一种必然趋势，因此，加强高层建筑混凝土结构的稳定设计是当务之急。

参考文献

[1]刘俊岐.在役混凝土框架结构可靠性评估及维修加固决策研究[D].湖南大学.2012.

[2]国家标准：GB50068―2001建筑结构可靠度设计统一标准[s].中国建筑工业出版。2011.

[3]潘慧敏.钢纤维混凝土碳化和钢筋锈蚀性能研究[D].西南交通大学，2009.

[4]俞燕京，王林建筑物结构可靠性鉴定的研究和应用硼.森林工程，2012，l8（5）：54―57.