谈高层建筑混凝土结构设计

谈高层建筑混凝土结构设计

孙文龙 ,杨继波

四川省建筑设计研究院有限公司昆明分公司    云南省昆明市 650000

摘要：随着社会经济的快速发展，人们对于生活品质的要求越来越高，同时，对于建筑工程的需求也逐渐增多，与此同时，城市土地资源紧缺，而通过规划建设高层建筑，即可有效解决这一问题，因此，在各大城市规划建设中，很多新建工程项目均为高层建筑。与普通建筑工程相比，高层建筑结构复杂程度比较高，在结构设计和施工方面均面临很多难点，在高层建筑结构设计中，要求保证结构强度以及刚度，因此，需综合考虑各类影响因素，保证高层建筑结构设计方案的完善性。

关键词：高层建筑；混凝土；结构设计

中途分类号：TU972文献标识码：A

引言

高层建筑混凝土结构的受力复杂，在设计时需要熟知相关规范，并以此为基础，结合工程实际情况，针对其受力、荷载、变形等特征，以保证结构安全适用、技术先进、经济合理为目的，给出最优的混凝土结构设计方案。混凝土结构设计主要是根据规范及概念设计，需要设计人员对相关规范和概念有充分的认识和理解，才能设计出高水平、高质量的高层混凝土结构方案，从而有效保证高层混凝土结构的设计质量，得到更加安全经济的高层建筑工程。

1 高层建筑混凝土结构类型

（1）框架结构。在高层建筑设计中应用框架结构，可显著提升平面布置的灵活性，即可根据高层建筑建设需求对内部空间进行灵活分割。在框架结构设计中，可将其设计为延性框架，由于结构类型比较少，因此设计计算工作量小。由于框架结构的侧向刚度小，因此，主要被应用于高度在60m以下的高层建筑结构设计中。（2）剪力墙结构。剪力墙结构的刚度比较大，是由钢筋混凝土结构所组成的，在高层建筑结构设计中应用剪力墙结构，可有效承担建筑水平荷载以及竖向荷载。通常情况下，剪力墙结构开间为 3m~8m 之间，一般被应用于高层住宅工程建设中。在剪力墙结构施工中，可避免墙角部位露出棱角，同时改善结构美观性。剪力墙结构侧向刚度和承载能力均比较强，并且弹塑性变形能力强，一般被应用于高度低于140m的高层建筑结构设计中。

2 高层混凝土结构设计需要注意的常见问题

高层混凝土结构的设计对高层建筑的整体质量起着重要的作用。为了建造安全、适用、技术先进、经济合理、方便的高层混凝土建筑，在具体设计中需要考虑以下几个方面。第一，在进行高层混凝土结构整体设计时，需要采取符合实际情况的楼板刚度计算假定，如果高层混凝土结构存在不连续的楼板，或是开大洞的楼板，以及存在弱连接问题的楼板，不符合刚性楼板假定时，应选择“弹性楼板假定”等多模型分析比较的方法，但在高层混凝土结构的位移比、周期等控制参数计算时，需要选择对所有楼层强制采取先假定设计，再结合高层混凝土结构特点以及各空间结构布局情况，进行有效调整，以保证整个结构的稳定性。第二，对于有转换层结构的建筑，如果转换层在一、二层时，则以等效剪切刚度比对转换层与其相邻上层结构的侧向刚度比进行计算。当转换层在三层及以上时，则需要采取高层混凝土结构侧向刚度和等效侧向刚度的比值，来对转换层上下层结构的侧向刚度进行计算。

3 高层建筑混凝土结构设计要点

3.1 概念设计

在高层建筑混凝土结构设计中，概念设计是保证结构抗震性能的关键。在结构的概念设计中，要求设计人员详细了解与概念设计相关的各种设计规范和规定，以避免盲目计算和违反相关规范。概念设计要点如下：①在结构体系设计方面，需保证结构选型以及内部布置的规则性，选用经济效益高、抗风性能及抗震性能好的结构体系。在结构设计方案中，需确定具体的计算简图，保证地震力传递的合理性，同时还要求保证在两个轴方向，结构的动力特性大致相同；②水平地震作用具有双向性特征，在结构布置方面，应当尽量使结构可抵抗来自于各个方向的地震作用力，保证结构沿平面两个主轴方向均具有较强的刚度以及抗震性能。在结构刚度设计方面，要求综合考虑建筑工程建设场地特征，合理确定结构刚度，尽量减小地震作用效应，同时还需注意对结构变形问题予以有效控制，如果结构变形量比较大，则会造成P-Δ效应过大，对结构整体性造成不良影响；在结构设计中，还需注意提升水平向刚度、抗扭刚度以及抗震性；③在独立结构单元设计中，应当注意在凹角以及缩颈部位发生应力集中问题；对于楼梯间、电梯间，应当尽量避免设置在凹角以及端部；尽量减小地震作用下所产生的扭转效应。

3.2 控制好楼板开洞的位置及范围

高层混凝土结构对完整性要求非常高。为了减少楼板洞口对整体结构的不利影响，在实际设计中，需要结合相关规范和保证，合理控制楼板洞口的位置和范围。如果地板上有更多的开口，地板的强度和刚度将大大降低，从而影响整体结构的稳定性和安全性。若楼板的面积比较大，可进行适当开洞，但需要控制好开洞的面积及位置，以免对整体结构的稳定性造成不良影响。楼板开洞时，开洞的最大面积不能超过楼板总面积的30%，否则会对整个楼层使用的安全性、抗震性等造成不良影响。但如果遇到特殊情况，需要在楼板上开洞大面积超过总楼板面积的30%，此时，并非不能设计，但需要对楼板开洞位置进行补强处理。常用的楼板开洞补强方法有三种，一种是提升开洞楼板的厚度，在进行钢筋配置中，要选择了双层双向配筋的方法，以提升楼板的整体强度;一种是结合开洞位置和开洞的需求，在洞口边缘位置设置高强度的边梁;另一种是在开洞位置通过斜向钢筋进行加固处理。

3.3 加固方案设计

通过检测和鉴定可知，建筑物梁、柱等主体结构存在较为严重的裂缝，且混凝土强度低于原有设计要求，因此，针对上述问题设计加固方案。应对存在裂缝的混凝土结构最有效的加固手段是灌浆，特别对纵深较大的裂缝有明显改善效果。灌浆方法不仅可以填充裂缝，使钢筋避免因暴露在湿润的空气中引发锈蚀，同时可提高混凝土整体的强度。因此，首先对存在裂缝的混凝土结构进行灌浆处理。针对混凝土强度低于设计要求，工程上通常采用增大截面法、外粘型钢加固法、粘贴钢板加固法、粘贴纤维复合材加固法等提高混凝土结构强度。

3.4 地基与基础设计

①如果建筑工程基础结构柱下扩展基础宽度比较大，在4m以上，或者地基为软弱地层，则应当采用柱下条基，同时还需注意适当增加基础结构宽度；②如果建筑工程项目建设场地地质条件好，基础埋深在3m以上，则可设计地下室，如果地基结构承载力已能够满足设计要求，则无需将地下室底板外伸，以改善结构防水性，另外，每间隔30m～40m均需设置后浇带，并应用微膨胀混凝土浇筑施工方式，以改善基础结构承载能力，尽量减小地震作用对上部结构造成不良影响；③对于新建建筑工程基础结构深度，应当控制在周围已建项目基础结构深度以下，如果与原有基础结构相比深度更大，则应当将二者之间的净距控制在基础结构高差的2倍以上，如果没有采用这一结构设计方式，则需联合应用抗滑移桩，改善基础结构稳定性。

结束语

综上所述，高层混凝土结构在设计中要注重对延性的设计，和多层混凝土建筑结构相比，高层建筑需要有更好的柔性，才能抵抗和消除地震带来的不利影响，以避免地震来临时高层混凝土结构发生的严重变形。影响高层混凝土结构耐久性的因素比较多，增大保护层、顶层加强保温隔热处理、布设后浇带等方法有助于提升混凝土结构的耐久性。

参考文献

[1] 杨峰斌，晋娟茹，陈雪君.混凝土结构加固设计方法优选［J］.施工技术，2016，45（21）：22-24.

[2] 郝斌.浅谈高层建筑钢筋混凝土结构设计应注意的事项[J].城市建设理论研究(电子版),2018(35):76.