高层建筑钢筋混凝土结构设计探讨

摘要：近年来，高层建筑不断涌现，不仅规模逐渐扩大，形式也日趋多样，但与此同时也暴露出了一系列弊端，毕竟安全性是建筑工程设计的第一原则，这一点不容置疑，如此一来，其钢筋混凝土结构设计便得到了广泛关注和高度重视。对此，本文结合高层建筑钢筋混凝土结构设计要点，就其设计优化策略进行了探讨。

关键词：高层建筑；钢筋混凝土结构；设计

中图分类号：TU97文献标识码： A

随着城市化建设进程的不断加快，高层建筑如雨后春笋般大量出现，足以见得其发展空间广阔，其中钢筋混凝土结构以其位移小、刚度大、整体性好等优越性逐渐成为其主要的结构形式，但在具体实践中却面临着设计难题，毕竟高层建筑对刚度、强度和稳定性有着极高的要求。可见探讨高层建筑钢筋混凝土结构设计意义重大。

一、高层建筑钢筋混凝土结构设计要点

对于高层建筑混凝土结构而言，安全性、适用性和耐久性是其设计原则，而设计要点则主要涉及下述几点：结构选型要合理，如尽量在设计中减少短肢剪力墙结构的应用；若地基稳固，且上部结构与变形限值相吻合，可尽量降低结构刚度；建筑高度设计必须在与之对应的规定范围内，以减少不必要的麻烦和损失；同时注意从抗震等级、平面布置、楼盖结构、竖向布置等多方面、多角度加以分析和设计，如综合考虑房屋类型、结构、高度、烈度等因素优化抗震设计[1]；尽量选用风力效应小、规则简单、受力分布均匀的平面形状；优先考虑现浇楼盖结构，以提高高层建筑的舒适性和坚固性等。

二、高层建筑钢筋混凝土结构设计优化

1.重点优化竖向结构设计

高层建筑钢筋混凝土结构的竖向设计质量对整个建筑来说尤为关键，故为防止出现较大的内收和外挑，建议尽量使其保持均匀和规则，就是从稳定和重心角度出发，将其设计为侧向变化均匀且上小下大的结构形式。但若高层建筑竖向结构既不垂直，也非正常的上小下大型，则要采取针对性设计措施以平衡、稳定整体。如针对内收竖向结构的高层建筑，其楼层的侧向刚度既要大于上一楼层刚度的70%，也要大于上三个相邻楼层平均刚度的80%；若楼层质量是随着高度变化而均匀分布的，则楼层质量应小于下方相邻楼层质量的1.5倍等。此外楼层间的受剪承载力应根据高层建筑级别加以合理设计。

2.合理设计建筑结构平面

若对高层建筑钢筋混凝土结构设计无特殊要求，则要尽量选用形状规则而简单的平面布置结构，以此合理分布承载力和刚度，并弱化风力影响。如对于A级高层建筑而言，不适宜将其设计为细腰形或角部重叠式的平面图形，而且出于对扭转的考虑，必须将竖向构件水平和层间最大位移控制在该楼层平均位移值的1.2倍和1.5倍之内[2]；对于必须设计的框架结构防震缝，其缝宽、高度通常分别大于100mm和小于15m；若防震缝两侧具有不同的房屋高度，则要根据低高度房屋确定缝宽；虽然不提倡采用短肢剪力墙，但若不得不采用，则必须使其截面厚度低于30cm，且每个肢截面的高厚最大比值必须处于4-8之间。

3.规范建筑抗震性能设计

抗震设计是高层建筑钢筋混凝土结构的关键环节之一，为切实提高建筑结构的稳定性和抗震能力，就必须对房屋结构、高度、烈度等要素加以认真分析，并结合建筑抗震规范要求设计抗震功能。一般情况下，若建筑结构具有较大的刚度突变系数或层数较多，应尽量多取振型数，如针对含有转换层、小塔楼、多塔结构的高层建筑，其振型数一般要大于12，小于建筑层数总数的3倍，而且只有在分析总刚性时方可取值更大；同时为提高建筑抗震能力，要求在石灰和水泥中添加合适的添加剂，结合湿度养护，以增强混凝土的实际配筋率，并减少部件变形；如果要求高层建筑抗震水平为特一级，则宜采用钢管或型钢类混凝土柱，并将其上层弯矩和底部强化位置的设计值设计为墙底截面弯矩值的1.1倍。

4.科学选择建筑楼盖结构

楼盖结构是否合理与高层建筑质量也有很大关系。通常当建筑高度大于50m时，适宜在框架或剪力墙结构中设计现浇楼盖结构，但必须使其混凝土强度处于C20-C40之间，厚度在50mm以上，并在内部纵横方向分别设计间距为15-20cm、直径为6-8mm的钢筋网，若此时预制板缝超过40mm.，则必须设计长度可贯穿结构单元的钢筋[3]；若建筑高度低于50m，可将楼盖结构设计为装配式，但顶层、开阔楼层、转换层、地下室楼层等重要楼层，必须仍然采用现浇楼盖，且一般板厚大于80mm，其中转换层和最高顶层的板厚应分别在180mm和120mm以上，以此进一步提高建筑结构的稳定性。

此外，还应根据实际情况对纵筋间距、配筋节点、柱子轴压、钢筋等级等细节加以科学设计，并注意合理计算框架结构的周期性折减系数，以及设计的经济性和技术的可行性，以此实现高层建筑混凝土结构设计的整体优化，进而为提高建筑使用效益奠定有力基础。

结束语：

总之，钢筋混凝土结构既是高层建筑设计工作的重点，也是难点，一旦某个环节有误，都可能对整个高层建筑功能性能埋下隐患，这就要求我们认真遵循设计原则和规范，加强对以往设计不足和缺陷的分析，并予以有效克服和避免，以此提高高层建筑钢筋混凝土结构设计质量和水平，使其更安全、更适用、更耐用。

参考文献：

[1] 张岚.对高层建筑钢筋混凝土结构设计实践的分析[J].广东科技, 2012(22).

[2] 王小平.钢筋混凝土高层结构设计常见问题浅析[J].中国高新技术企业, 2010(13).

[3] 董良凤.浅谈高层建筑混凝土结构的优化设计[J].福建建筑,2011(01).

作者简介：Igor Ostapov (1991年)，男，Ukraine，本科，研究方向： Analysis of reinforced concrete, steel, steel-concrete composite structures