高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的幾個(gè)技術(shù)要點(diǎn)

楊輝

摘要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和建筑材料技術(shù)的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新，近年來(lái)高層建筑發(fā)展迅速，各類(lèi)的高層建筑應(yīng)運(yùn)而生。這也對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的技術(shù)水平提出了更高要求。設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注建筑的耐久性與安全性，在滿足其功能要求的基礎(chǔ)上，盡可能減少成本投入。高層建筑結(jié)構(gòu)與多層建筑在結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)、整體穩(wěn)定性、構(gòu)件截面的選擇、重要部位的延性和整體的結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)都大不相同，兩者設(shè)計(jì)特點(diǎn)也存在差異。

關(guān)鍵詞：高層建筑;混凝土;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);建筑結(jié)構(gòu);建筑設(shè)計(jì)

1引言

改革開(kāi)放后我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，城市化進(jìn)程逐漸加快，人口數(shù)量的增加，人們對(duì)居住環(huán)境的需求進(jìn)一步增加，這些因素對(duì)建筑業(yè)的影響日趨明顯，大大刺激了建筑業(yè)的發(fā)展。建筑材料、機(jī)械、技術(shù)的不斷進(jìn)步使高層建筑得以更多的運(yùn)用的實(shí)際的建設(shè)項(xiàng)目中。

2高層建筑的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)及要點(diǎn)

高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)體系中應(yīng)用最普遍的是框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)和框架剪力墻結(jié)構(gòu)，常規(guī)的高層建筑這三種結(jié)構(gòu)體系基本都能夠滿足設(shè)計(jì)要求;但隨著建筑技術(shù)和建筑材料的發(fā)展，以及建筑層數(shù)的不斷增加，對(duì)于超高層建筑、不規(guī)則高層建筑往往需要采用框筒結(jié)構(gòu)、束筒結(jié)構(gòu)和筒中筒結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)形式。

2.1高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

相比于多層建筑，高層建筑由于其建筑高度大，層數(shù)多，其結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)、抗側(cè)力構(gòu)件的布置和構(gòu)件承載力設(shè)計(jì)等各方面都有所不同。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要設(shè)計(jì)師具有豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，清晰的結(jié)構(gòu)概念，從宏觀到微觀把握好整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路，從結(jié)構(gòu)的整體指標(biāo)計(jì)算具體到某一個(gè)構(gòu)件的配筋都要認(rèn)真仔細(xì)做好設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)側(cè)向力：在多層建筑中，水平地震作用及風(fēng)荷載相對(duì)較小，不是主要控制荷載;但在高層建筑中，側(cè)向水平力隨高度增加而逐漸增大;結(jié)構(gòu)的延性：高層建筑由于高度的增加，需要更好的結(jié)構(gòu)延性來(lái)消耗及抵抗地震作用，這樣整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)在水平地震作用下，才能具有良好的變形能力和耗能機(jī)制，為人們?cè)诘卣鸢l(fā)生時(shí)爭(zhēng)取更寶貴的逃生時(shí)間。

2.2高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

（1）高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注重概念設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)教育方式使結(jié)構(gòu)工程師對(duì)結(jié)構(gòu)總體的方案不夠關(guān)注，首先考慮細(xì)節(jié)問(wèn)題，認(rèn)為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是規(guī)范+計(jì)算，只包括強(qiáng)度和變行的計(jì)算，而忽略了結(jié)構(gòu)整體的概念設(shè)計(jì)，概念設(shè)計(jì)應(yīng)該在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中占有重要的地位，是影響后期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工程造價(jià)、結(jié)構(gòu)安全的主要因素，因此應(yīng)該引起廣大工程師的重視。

（2）高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該剛?cè)峤Y(jié)合，并設(shè)置多道防線。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不應(yīng)一味追求加大結(jié)構(gòu)的整體剛度來(lái)抵抗地震作用，這樣不僅會(huì)造成浪費(fèi)，而且還可能對(duì)結(jié)構(gòu)造成很大危害。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮使結(jié)構(gòu)具有一定的剛度和承載力來(lái)抵抗地震作用及風(fēng)荷載，在多遇地震下結(jié)構(gòu)應(yīng)處于彈性工作狀態(tài)，在第一道防線屈服后，使結(jié)構(gòu)具有足夠大彈塑性變形能力和延性來(lái)消耗地震作用。然后根據(jù)多道設(shè)防目標(biāo)，再?gòu)木唧w的結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)中滿足要求。

3高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

3.1高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

高層建筑因其結(jié)構(gòu)層數(shù)多，荷載大，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)高等因素，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不應(yīng)忽視基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，基礎(chǔ)選型應(yīng)根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告，因地制宜，選用合理的基礎(chǔ)形式。高層剪力墻結(jié)構(gòu)因其上部荷載較大，多選用筏板基礎(chǔ)或者樁基礎(chǔ)?；A(chǔ)設(shè)計(jì)不僅要滿足承載力的要求，地基的沉降也是高層建筑必須要驗(yàn)算的指標(biāo)，應(yīng)選用地質(zhì)條件好的土層為地基持力層，選取整體剛度好的基礎(chǔ)形式，來(lái)減小高層建筑的沉降差，沉降量，來(lái)達(dá)到工程的要求。最后，高層建筑受水平荷載影響較大，容易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的傾覆，故高層建筑的基礎(chǔ)埋深不能過(guò)淺，這點(diǎn)設(shè)計(jì)師容易忽略，造成嚴(yán)重后果，基礎(chǔ)應(yīng)該埋置一定深度來(lái)保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3.2選擇合理結(jié)構(gòu)嵌固端

由于嵌固端的位置選取會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)整體指標(biāo)和內(nèi)力配筋產(chǎn)生很大影響，所以在對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算時(shí)，需要根據(jù)土體約束、上下層結(jié)構(gòu)剛度來(lái)合理的確定結(jié)構(gòu)嵌固端的位置，使計(jì)算模型符合實(shí)際情況。

3.3其他需要注意問(wèn)題

結(jié)構(gòu)的傳力路徑應(yīng)簡(jiǎn)單直接，盡可能避免結(jié)構(gòu)出現(xiàn)連續(xù)倒塌的情況;應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)質(zhì)心與剛心靠近，避免在地震力及風(fēng)荷載作用下產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)影響;結(jié)構(gòu)豎向抗側(cè)力構(gòu)件應(yīng)該盡量連續(xù)，避免出現(xiàn)剛度突變，軟弱層和薄弱層的出現(xiàn)。

4高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化

（1）優(yōu)化建筑整體結(jié)構(gòu)的方案布置，合理布置結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)建的平面位置、構(gòu)件截面尺寸、避免出現(xiàn)結(jié)構(gòu)的偏心、扭轉(zhuǎn)、剛度突變等情況，最大限度的發(fā)揮結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力和抗震延性，不宜出現(xiàn)部分構(gòu)件承載力接近極限，部分構(gòu)件還未充分發(fā)揮承載力得情況。對(duì)于剪力墻的布置，可以采取周邊、均勻、對(duì)稱的原則來(lái)布置，在豎向上宜盡量連續(xù)，避免出現(xiàn)承載力和剛度的突變。

（2）把握好建筑整體結(jié)構(gòu)的延性設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)的耗能

能力，避免結(jié)構(gòu)出現(xiàn)脆性、瞬時(shí)的破壞。在遭遇罕遇地震和較強(qiáng)的水平風(fēng)荷載時(shí)，高層建筑由于自身高度較大的因素，結(jié)構(gòu)就需要足夠的抗側(cè)剛度和良好的延性來(lái)抵抗水平荷載。允許結(jié)構(gòu)部分構(gòu)件首先出現(xiàn)塑性鉸，這樣就可以不斷的消耗掉地震的能量，避免重要構(gòu)件發(fā)生破壞，造成嚴(yán)重后果。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，一定要把握好關(guān)鍵結(jié)構(gòu)構(gòu)件的延性設(shè)計(jì)，如豎向抗側(cè)力構(gòu)件、傳遞水平力構(gòu)件。把握好結(jié)構(gòu)的延性設(shè)計(jì)，不僅能在地震下保證結(jié)構(gòu)安全，也能減少工程造價(jià)。

5結(jié)語(yǔ)

綜上所述，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶動(dòng)了建筑行業(yè)的發(fā)展。當(dāng)前，受城市用地規(guī)模限制，高層建筑在數(shù)量與規(guī)模上均有顯著提升。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建筑工程設(shè)計(jì)的重要組成和關(guān)鍵部分，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平不僅關(guān)系到建筑質(zhì)量安全，而且影響建筑的使用壽命，而混凝土結(jié)構(gòu)又是高層建筑最常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)之一。所以，設(shè)計(jì)師必須高度重視高層建筑混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，把握設(shè)計(jì)要點(diǎn)。在確保建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量安全的基礎(chǔ)上，利用先進(jìn)的技術(shù)手段、構(gòu)造措施等優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，不斷提高高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)水平。同時(shí)，還要注重新工藝、新材料的應(yīng)用，根據(jù)實(shí)際情況選擇最佳方案，為后期施工提供科學(xué)指導(dǎo)，推動(dòng)建筑行業(yè)健康、穩(wěn)定地發(fā)展。