混凝土在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探討

+王元璽

摘要：城市化建設(shè)進(jìn)程的逐漸加快，逐漸涌現(xiàn)出更多高層建筑，使得建筑類型與建筑功能住家取向復(fù)雜化，結(jié)構(gòu)體系也更復(fù)雜，現(xiàn)在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)成為了建筑設(shè)計(jì)的重點(diǎn)之一。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直接決定著建筑的可靠性與安全性，而混凝土因其所具有的延展性與強(qiáng)度，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中起到的作用越來越大。文章分析了混凝土在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用。

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

建筑行業(yè)的快速發(fā)展，涌現(xiàn)出更多新型的施工材料，相對(duì)于傳統(tǒng)的土木磚石而言，混凝土結(jié)構(gòu)逐漸成為高層建筑建設(shè)的主要結(jié)構(gòu)形式，被應(yīng)用的范圍越來越廣泛。高層建筑的增多以及人們要求的日益多樣化，使得建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更為復(fù)雜，這就對(duì)混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了更高的要求。

1混凝土在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的要求

隨著建筑物層數(shù)的不斷增加，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與抗震性要求更為嚴(yán)格，混凝土在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，可以更有效的提升建筑的穩(wěn)定性。因此，混凝土在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用的要求主要可以分為三個(gè)方面，即安全性、持久性和實(shí)用性。第一，安全性。主要是強(qiáng)調(diào)混凝土結(jié)構(gòu)不僅能夠承擔(dān)正常的負(fù)載、溫度變化，以及建筑支座沉降因素等影響，還需要保證建筑在遇到強(qiáng)力的外力影響下，如強(qiáng)力的撞擊或者爆炸時(shí)，也能夠保持建筑整體的穩(wěn)定性，確保建筑結(jié)構(gòu)的安全性，以此來降低外界因素對(duì)建筑造成的不利影響。第二，持久性。主要是指混凝土結(jié)構(gòu)在正常使用情況下，具有持久性特點(diǎn)，材料所具有的抗腐蝕能力可以滿足建筑使用需求。與傳統(tǒng)建筑施工材料相比，混凝土具有更強(qiáng)的持久性，而通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以更大程度上提升建筑結(jié)構(gòu)的持久性。第三，實(shí)用性。主要是指混凝土結(jié)構(gòu)能夠擁有優(yōu)越的性能，將斷裂與變形等情況控制在合理的范圍之內(nèi)?；炷辆哂袑?shí)用性可以更好的滿足建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，并且存在設(shè)計(jì)與施工方便等優(yōu)點(diǎn)。

2混凝土在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用分析

2.1概念設(shè)計(jì)

在對(duì)高層建筑進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要是保證建筑結(jié)果后具有優(yōu)良的抗震性能，而這可以通過結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)來體現(xiàn)。選擇提升建筑結(jié)構(gòu)抗震能力的方案進(jìn)行布置，確定可以提高建筑抗扭剛度或者減少扭轉(zhuǎn)反應(yīng)的相關(guān)措施，對(duì)眼形結(jié)構(gòu)以及構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)，并需要加強(qiáng)對(duì)建筑相對(duì)薄弱的環(huán)節(jié)進(jìn)行深入的分析研究。以此方式來降低外力對(duì)建筑造成的影響，避免建筑薄弱層過早被破壞，可以有效避免因?yàn)榫植勘黄茐亩鸬恼w聯(lián)鎖反應(yīng)，提高建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性。對(duì)于抗震烈度比較高的地區(qū)，需要注意重要建筑與超限建筑的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，要求設(shè)計(jì)單位在對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，必須要滿足中震或者大震彈性設(shè)計(jì)、中震或大震屈服設(shè)計(jì)等，保證可以實(shí)現(xiàn)“三水準(zhǔn)”目標(biāo)。另外，在獨(dú)立結(jié)構(gòu)單元內(nèi)，必須要避免凹角部位應(yīng)力的過于集中，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，盡量不要在凹角和端部設(shè)置樓、電梯間，使其可以受到較少的地震作用扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。

2.2混凝土結(jié)構(gòu)選型

在高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)選型中，必須要符合結(jié)構(gòu)規(guī)則性如平面規(guī)則性信息、嵌固端上下層剛度比信息等，必須要嚴(yán)格遵循“建筑不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計(jì)方案”原則。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須要嚴(yán)格遵守各種限制條件，避免在后期施工圖設(shè)計(jì)階段處于被動(dòng)位置。對(duì)于設(shè)計(jì)規(guī)范主要可以分為三個(gè)方面：

2.2.1結(jié)構(gòu)超高

在對(duì)高層建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，最主要的就是要限制建筑總高度，嚴(yán)格控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的高度。如果結(jié)構(gòu)為B級(jí)高度建筑超高，對(duì)其采用的設(shè)計(jì)方法以及處理措施會(huì)隨之改變。在實(shí)際工作中，往往會(huì)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)類型的變更而忽略掉對(duì)建筑限高問題，造成施工圖不能通過審查，嚴(yán)重影響工程工期、造價(jià)等整體規(guī)劃。

2.2.2短肢剪力墻設(shè)置

短肢剪力墻即對(duì)墻肢截面高厚比為5~8的墻，就現(xiàn)在高層建筑設(shè)計(jì)規(guī)范來看，對(duì)短肢剪力墻進(jìn)行了很多設(shè)置。因此，結(jié)構(gòu)工程師在對(duì)高層建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量少選用短肢剪力墻，避免在后期設(shè)計(jì)中增加不必要的麻煩。

2.2.3嵌固端設(shè)置

高層建筑一般都會(huì)存在地下室與人防結(jié)構(gòu)，嵌固端大多設(shè)置在地下室頂板。因此在對(duì)高層建筑進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)嵌固端設(shè)置位置的重視，避免因?yàn)楹雎远沟煤笃谠O(shè)計(jì)進(jìn)行大量修改或者是工程施工造成一定安全隱患。

2.3混凝土剛度處理

隨著高層建筑的逐漸增多，有效的促進(jìn)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，并緩解了城市發(fā)展過程中的土地壓力。與之同時(shí)高層建筑的安全性與穩(wěn)定性問題，也更受社會(huì)各界的關(guān)注。為了確保建筑的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，必須要增強(qiáng)建筑的豎向負(fù)載能力。就我國高層建筑建設(shè)現(xiàn)狀來看，剪力墻應(yīng)用比較頻繁。雖然剪力墻可以更好的提升建筑結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，但是過多的應(yīng)用剪力墻對(duì)于大多部分地質(zhì)條件良好的地區(qū)，成為了一種資源浪費(fèi)。因此，在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要在滿足建筑位移要求的基礎(chǔ)上，適當(dāng)減少對(duì)剪力墻的使用，可以有效降低施工成本。

2.4混凝土加固

混凝土加固是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中比較常用的一種方法，主要包括碳纖維加固與預(yù)應(yīng)力加固兩種。碳纖維加固即將具有極強(qiáng)抗拉性的碳纖維用環(huán)氧樹脂粘劑粘貼到建筑結(jié)構(gòu)上，可以有效提高建筑抗拉能力，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。此種加固方法，主要做好維護(hù)和管理工作，避免造成火災(zāi)。預(yù)應(yīng)力加固即充分利用預(yù)應(yīng)力技術(shù)，強(qiáng)制性的加固后加拉桿，提高建筑的機(jī)構(gòu)強(qiáng)度。此種加固法在一定程度上改變了混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可以有效改善混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)力不足現(xiàn)狀。

2.5混凝土裂紋處理

混凝土由于材料自身以及自身存在的不均衡而形成裂紋，而裂紋的擴(kuò)展與貫通等，是影響混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素。為保證高層建筑的穩(wěn)定性與安全性，必須要加強(qiáng)對(duì)混凝土材料裂紋的處理。

3結(jié)語

混凝土是現(xiàn)在建筑建設(shè)的主要施工材料，其性能如何在很大程度上影響著整個(gè)工程的質(zhì)量，對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)具有重要意義。因此，結(jié)構(gòu)工程師在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要結(jié)構(gòu)建筑當(dāng)?shù)丨h(huán)境、氣候等因素進(jìn)行綜合分析與考察，做好混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不斷提高建筑的抗震性與穩(wěn)定性，不斷優(yōu)化建筑整體性能。

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