鋼筋混凝土在高層建筑結構設計中的應用

林方文

摘要：隨著中國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，建筑業(yè)發(fā)展迅速，人們對建筑工程的設計要求也越來越高。鋼筋混凝土直接關系到高層建筑物的安全性和可靠性，并具有良好的強度和延展度。本文講述了鋼筋混凝土的結構特點以及結構選型，并提出了鋼筋混凝土在高層建筑結構設計中的應用。

關鍵詞：鋼筋混凝土；建筑設計；結構選型

0 引言

簡單的混凝土結構不足以完全滿足建筑物的安全要求，采用鋼筋混凝土和混凝土有效的補救缺陷。施工前，需要詳細的建筑結構、穩(wěn)定的設計是非常重要的，以確保施工質(zhì)量。用于鋼筋混凝土建筑結構的設計中，有效地提高了建筑物的結構強度，以保證抗壓強度和建筑物的抗張強度。

1 鋼筋混凝土的原理和結構特點

1.1 鋼筋混凝土結構原理

混凝土的抗壓能力較強，而抗拉能力卻很弱。鋼筋的抗拉和抗壓能力都很強。為了提高結構承載能力，把這兩種材料結合在一起共同工作，充分發(fā)揮了混凝土的抗壓性能和鋼筋的抗拉性能。我們把凡是由鋼筋和混凝土組成的結構構件統(tǒng)稱為鋼筋混凝土結構。鋼筋混凝土結構除了結構強度較大，防火性能較好外，工程造價也相對較低，在現(xiàn)代建筑中的使用較為廣泛。

1.2 鋼筋混凝土結構優(yōu)點

1.2.1就地取材。鋼筋混凝土結構中，砂和石料所占比例很大，水泥和鋼筋所占比例較小，砂和石料一般都可以由建筑工地附近提供。

1.2.2節(jié)約鋼材。鋼筋混凝土結構的承載力較高，大多數(shù)情況下可用來代替鋼結構，因而節(jié)約鋼材。

1.2.3耐久、耐火。鋼筋埋放在混凝土中，經(jīng)混凝土保護不易發(fā)生銹蝕，因而提高了結構的耐久性。當火災發(fā)生時，鋼筋混凝土結構不會像木結構那樣被燃燒，也不會像鋼結構那樣很快達到軟化溫度而破壞。

1.2.4可模性好。鋼筋混凝土結構可以根據(jù)需要澆搗成任意形狀。

1.2.5現(xiàn)澆式或裝配整體式鋼筋混凝土結構的整體性好，剛度大。

2 鋼筋混凝土在高層結構中的結構選型

2.1 結構規(guī)則性

在結構規(guī)則性方面新舊規(guī)范內(nèi)容變動較大，新規(guī)范在此增加了較多的限制條件，如：平面規(guī)則性信息、嵌固端上下層剛度比信息等，新規(guī)范明確規(guī)定“建筑不應采用嚴重不規(guī)則的設計方案?！彼?，結構工程師要嚴格遵守新規(guī)范的這些限制條件，避免在后期施工圖設計階段

的工作比較被動。

2.2 結構超高

在關于抗震的有關規(guī)范中， 最嚴格的是對結構的總高度的限制，特別是新規(guī)范中對于以前的超高問題， 不僅將原限制高度設定為A級高度的建筑外，還增加B 級高度的建筑，所以，一定要注意在結構設計中嚴格控制該因素，當結構為B 級高度建筑超高，對其采取的設計方法與處理措施就會有很大變化。在實際建筑工程設計中，容易發(fā)生因結構類型的變更而忽略此方面的問題，造成施工圖在審查時不能通過，就要重新設計或組織專家進行論證等一些情況，嚴重影響工程工期、造價等整體規(guī)劃。

2.3 嵌固端設置

因高層建筑在設計中通常要帶有地下室及人防結構，嵌固端大都設置在地下室頂板，也會設置在人防頂板等一些位置，所以，結構設計工程師在此方面容易忽視由嵌固端設置的不同位置而產(chǎn)生的相關需特別注意的問題，例如嵌固端上下層剛度比的限制、樓板設計、在對結構進行整體計算時嵌固端設置、位置協(xié)調(diào)與結構抗震縫設置等一些問題，上述問題若忽略其中任何一個都可能發(fā)生后期設計工作需要大量修改以及造成一定的安全隱患。

2.4 短肢剪力墻設置

短肢剪力墻在新規(guī)范中是指對墻肢截面高厚比為5～8 的墻，結合實驗數(shù)據(jù)和經(jīng)驗，在高層建筑中對短肢剪力墻增加了較多限制，所以，結構工程師在高層建筑設計中， 要盡量少采用或不用短肢剪力墻，以避免在后期設計工作中增加不必要的麻煩。

3 鋼筋混凝土在高層建筑結構設計中的應用。

3.1 選擇鋼筋混凝土的結構

在高層建筑結構設計的過程中，由于受到地理環(huán)境、風俗習慣等因素的影響，建筑設計的風格會有所區(qū)別。所以在建筑設計之前，要求設計人員能夠充分了解當?shù)氐娘L俗習慣和建筑特點，科學合理的設計建筑。例如鋼筋混凝土框架剪力墻是我國目前使用較為廣泛的建筑設計方式，其優(yōu)點在于成本低、施工方便、占地面積小，而且具有良好的結構強度和降噪效果。

3.2 對混凝土結構剛度的處理

隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，建筑行業(yè)也發(fā)生了翻天覆地的變化。高層建筑的出現(xiàn)有效緩解了城市發(fā)展中的土地壓力，促進了社會的和諧和經(jīng)濟的發(fā)展。高層建筑的建筑安全受到越來

越多的重視，建筑的穩(wěn)定性是建筑安全的重要保障。為了確保建筑的結構強度，就需要提高建筑的豎向負載能力。目前，我國建筑設計中，對剪力墻的使用過于頻繁。雖然剪力墻能夠有效提高建筑的結構強度，但是過多的剪力墻設計在地質(zhì)條件良好的地區(qū)也是一種資源浪費。因此，建筑的設計應該在充分滿足位移要求的基礎上，適當減少剪力墻的使用，降低建筑成本。

3.3 加固方法的應用

加固法是鋼筋混凝土結構在建筑使用的方法之一，主要的加固方法有兩種，一種是采用碳纖維加固法，另一種是預應力加固法。

3.3.1 碳纖維加固法

采用環(huán)氧樹脂膠粘劑將具有極強抗拉性的碳纖維粘貼到建筑結構上去，有效提高混凝土結構的抗拉能力，增強其結構強度。碳纖維加固法的加固效果較好，但是如果使用和維護不當，容易造成火災，不利于建筑安全。而且碳纖維加固法的能夠使用的環(huán)境非常有限，因此，這種加固法使用并不廣泛。

3.3.2 預應力加固法

預應力加固法就是充分利用預應力的作用，強制性的加固后加拉桿，提高建筑的結構強度。這種加固方式在一定程度上改變了混凝土的內(nèi)部結構，有效解決了原有混凝土結構中應力不足的現(xiàn)象，這種方法在大跨度的混凝土建筑施工中使用較為

廣泛，在重型結構的混凝土結構中也得到了長足的應用。

3.4 混凝土的節(jié)約化

在滿足建筑物結構強度要求，符合建筑質(zhì)量規(guī)范的基礎上，節(jié)約成本，降低工程造價，不僅是企業(yè)自身發(fā)展的需求，更是國家發(fā)展戰(zhàn)略的要求。在我國建筑設計中，針對建筑不同部分的不同作用，采用的混凝土也有一定的區(qū)別，比如梁和柱往往就會采用不同強度等級的混凝土。如果梁和柱采用了不同等級的混凝土時，在設計時應該強調(diào)強柱弱梁的理念，也就是說在梁、柱的節(jié)點處，柱采用的混凝土等級應該高于梁。混凝土澆筑施工中，必須要嚴格按照設計圖紙進行，施工過程嚴格按照規(guī)范。梁、柱周邊的固定方式也有一定的要求，一般采用鋼絲網(wǎng)固定，有時也會采用小板固定。梁柱的澆筑順序也有嚴格的要求，一般來說首先澆筑的是接頭處的混凝土，然后才能對梁板進行澆筑施工。這種澆筑方式施工較為復雜，因此，在現(xiàn)實的施工過程中，應該在充分考慮實際情況的基礎上，選擇最合適的建筑方式。

4 結語；

以上這些設計問題的研究有助于施工人員解決施工中出現(xiàn)的問題，提高工程項目的安全性和功能性。任何遺漏或錯誤都可能會造成非常嚴重的后果， 需要結構設計工程師加強重視，才能設計出更多高質(zhì)量的高層建筑。

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