浅谈高层建筑混凝土结构设计

作者：张福，安璐

来源：《中国住宅设施》 2019年第5期

张 福 安 璐/ 天津市建筑设计院 天津 300074

摘 要：如今高层建筑数量及规模不断扩张，并成为城市建设的重要标志。与低层建筑相比，高层建筑结构设计更加复杂，其中，混凝土结构设计在诸多方面均表现出独特优势。基于此，本文围绕高层建筑混凝土结构设计展开了探究。

关键词：高层建筑；混凝土；结构设计

在现代化城市建设进程中，高层建筑兴起是必然的趋势。一方面，新时期背景下，城市建设面貌日新月异，大量外来人口涌入城市， 而城市现有土地资源有限， 推广高层建筑可增大土地资源利用率， 满足日益增长的住房需求；另一方面，从城市发展的宏观角度来说，高层建筑也是凸显时代化特征的重要载体。

1 简述混凝土结构设计的基本要求与个性化特征

1.1 混凝土结构设计的基本要求

与低层建筑相比，高层建筑混凝土结构设计具有个性化特征，且设计难度系数较高。为此，在高层建筑混凝土结构设计过程中，设计人员要着重把控如下两方面内容：

1 . 1 . 1 可靠度

从某种角度来说，可靠度是一种通过形式化表现验证无形化特征的能力，是指预先设定一段使用时间，若主体建筑结构在此段时间内的承载负荷力、安全稳固性与耐久性符合要求， 则代表建筑物具有可靠度。当然， 建筑物的综合性能会随着使用年限的推移逐步退化，此时，应当作报废处理，杜绝安全事故，保障公众财产安全。

1 . 1 . 2 功能性

为进一步强化高层建筑施工质量，在结构设计过程中，要着重把控如下三方面内容：

1）安全性：建筑结构设计人员要综合考量结构承载负荷强度与安全稳固性等因素，以避免发生突发事故，出现建筑结构的整体垮塌。

2 ）耐久性：耐久性是指建筑物的使用年限及耐用程度，施工人员需优化结构设计，积极落实保养维护工作。3）适用性：建筑结构的性能要切实满足使用者的多元化需求。

1.2 混凝土结构设计的个性化特征

当下，高层建筑在日常生活中随处可见，而如何推广应用混凝土结构则成为工程建设单位在新时期发展背景下致力研讨的新课题。高层建筑对地基基础结构的承载负荷强度有较高的要求， 其结构设计具有如下几方面基本特征：

1）水平侧向力：针对高层建筑结构设计来说，水平侧向力与变形设计存在紧密关联。建筑物的水平侧向力主要包括风力水平荷载与地震波产生的水平拉应力。若高层建筑受到较大的水

平荷载力， 其结构内力体系变化与位移程度要远超过低层建筑，进而影响建筑结构的安全稳定性。

2） 刚度设计： 高层建筑要具备动力特征， 如自振频率等。为此， 在高层建筑结构设计过程中， 要综合考量结构刚度与强度，并将由水平荷载产生的位移变化系数控制在合理范围内。

2 混凝土结构设计的关键工序

2.1 地基基础结构设计

2 . 1 . 1 布设沉降缝，控制地基不规则沉降：建筑结构在投入使用过程中，最常见的问题就是地基不规则沉降，过度的不规则沉降势必会在一定程度上影响建筑结构的安全性。针对高层建筑来说， 应当在建筑结构转折部位或地基土渗透性强、压缩空间大的部位设置沉降缝，并在此基础上，将整个建筑结构划分为独立化的分支结构，消除各结构单元的不良干预，进而缓解不规则沉降问题的负面影响。

2 . 1 . 2 地基基础结构设计： 高层建筑的地基基础结构需承载一定强度的压力， 若地基结构底面所承载的实际压力值趋近于工程压力设计值， 则应当增强上部结构刚度， 并在框架结构的恰当位置增设拉应梁， 扩张梁柱截面积， 提高配筋率， 从而强化整个基础结构的抗沉降能力； 若超出预估沉降值限定范围， 则需增大基础底面积， 并对地基基础结构实施夯实加固处理， 以此提高高层建筑的荷载力。由于各工程项目的结构类型、地基基础结构的承载负荷强度与所处区域的地质结构条件存在较大差异， 所以地基夯实加固处理的施工方式也各不相同。

2.2 高层建筑上部结构设计

针对高层建筑的混凝土结构设计，除了要保证基础结构的安稳定性，还需综合考量多方面制约因素，优化上部结构设计。

2 . 2 . 1 合理布置剪力墙结构： 在高层建筑混凝土结构设计体系中， 剪力墙布置是最基础且最重要的问题之一。无论是纯剪力墙结构还是框架剪力墙结构， 都或多或少存在着一些布置问题。在工程建设过程中， 为优化高层建筑空间性能， 应采用双向布置的方式， 确保剪力墙布置的均匀性与对称性， 最大限度的强化剪力墙结构刚度。在框架剪力墙结构设计过程中， 若剪力墙刚度分布不均匀， 则会导致整体结构发生扭曲， 为此， 应当采取加大柱截面积的方式， 增强结构的安全性。需要格外注意的是， 框架剪力墙的结构设计要尽可能的避免布置短肢剪力墙， 若存在必要性， 则需严格控制短肢剪力墙数量， 并优化布置方式， 同时采取必要的加固处理措施。

2 . 2 . 2 设计框架短柱： 在发生地震时， 建筑结构框架短柱的刚度条件越突出， 对地震波的吸收能力就越强。在高层建筑中， 各楼层含有短柱的部位极易发生剪切破坏问题， 进而制约建筑的抗震性能。在框架结构中， 双跑楼梯与平台板连接的部位以及三跑、四跑楼梯的四角框架柱都可能成为框架短柱。针对此类框架短柱， 应当采取如下几方面加固处理措施：

①采用复合箍筋的方式，提升配筋率，确保纵向钢筋分配的均匀性；②提高配用构件的承载负荷强度，强化框架短柱抗震性能。

2 . 2 . 3 设计框架梁： 风力荷载与地震水平拉应力会对整个楼体框架结构产生一定的水平作用力， 进而导致梁柱端的负弯距离超过一定限度。为控制框架梁的负筋率，应当在结构设计过程中，适当调整框架梁的负弯距离，加大跨中正弯矩。若排除活荷载因素，则需适当的增加框架梁的跨中正弯矩，将其参数变化范围控制在1 . 1 — 1 . 2之间。

2.3 建筑抗震设计

在建筑结构抗震设计过程中，要最大限度的增大混凝土筒体的承载负荷强度。对于部分高层建筑，为提高抗震性能， 会根据主体建筑结构的高度系数布控型钢柱。工程设计人员需将型钢柱布设在筒体的四个端角位置，若建筑物高度超过1 3 0 米， 其抗震等级可达7 级； 在楼面与型钢混凝土的连接部位设置型钢柱， 若建筑物的高度小于1 3 0 米，其抗震等级在7 — 9 级之间。

2.4 优先选用高强度钢筋

在建筑施工过程中，用钢量直接决定了工程造价等级。为此，要在提高建筑结构质量安全等级的基础上，适当缩减用钢量， 且配置高强度钢筋。若高层建筑的地基基础结构较弱， 使用高强度钢筋， 可进一步减轻地基结构的荷载压力， 并简化施工流程， 从而降低整体施工难度系数， 压缩工程建设成本。建筑结构的自体重量直接决定了地震效应对建筑的破坏程度，换言之，建筑自体重量越大，受破坏的程度就越大。为此，在工程建设环节，应适当减轻建筑自体重量，使用高强度钢筋，减小地震对建筑结构的损害。

2.5 合理选用高强度混凝土材料

在高层建筑混凝土结构设计过程中，应用高强度混凝土是最基础的环节。为控制建筑用钢量，应当优先选择高强度混凝土， 合理压缩工程建设成本， 不断提升建筑质量的安全等级， 强化应用效果。此外， 还需加大对概念设计的重视度。高层建筑结构设计人员需秉承与时俱进的基本原则， 创新结构设计手段， 确保建筑结构综合性能符合现代化工程建设要求。在建筑行业蓬勃发展的大环境背景下， 应当深化对概念设计的认知， 提高工程设计的延展性与适用性，从而开辟高层建筑设计行业发展的新纪元。成为破坏园林建筑的败笔， 甚至影响园林的使用。第四建筑小品的设计和应用要与时俱进， 在设计和应用过程中的理念不能一成不变， 既要满足游客游览和应用的要求， 又必须合理应用符合当前时代的理念， 充分把握当前时代的审美观，让建筑小品可以长期保留。

结语

综合全文内容可知，在高层建筑施工过程中，混凝土结构设计水平直接决定了整体工程建设质量。在混凝土结构设计环节， 应制定完善且合理的规划设计方案， 严密控制地基基础结构、梁柱及剪力墙结构等重点部位，优化结构设计，以此提高施工效率与精确性，改善高层建筑的综合性能。

参考文献

[1] 徐永秋. 高层建筑结构设计中关键技术问题分析及研究[J]. 住宅与房地产.2018(27)

[2] 余华秋. 高层建筑结构设计的要点探析[J]. 居舍.2017(24)