完善高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的探討

穆豪鵬（北京東方華脈工程設(shè)計有限公司濟(jì)南分公司，山東 濟(jì)南 250000）

完善高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的探討

穆豪鵬
（北京東方華脈工程設(shè)計有限公司濟(jì)南分公司，山東 濟(jì)南 250000）

摘 要：隨著科技技術(shù)的不斷進(jìn)步發(fā)展，城市樓宇建筑開始向高層建筑發(fā)展，而高層建筑普遍采用混凝土作為建筑材料，本文將從當(dāng)今高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)面臨的問題入手，以結(jié)構(gòu)設(shè)計中的基本原則為基礎(chǔ)，探討高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化改良設(shè)計。

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

一、高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)基本概述

隨著城市人口不斷增多，人們對空間的需求越來越大，高層建筑便得到了建筑行業(yè)的親睞，越來越多的高樓大廈在城市中拔地而起，在看到城市繁榮發(fā)展的同時，我們也應(yīng)當(dāng)保證好城市中人們的人身安全。高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)是保證高層建筑安全性的基礎(chǔ)，無論是混凝土的材料類型，還是高層建筑中每一部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計，都對整個高層建筑的安全能力和使用能力起著決定性的作用。因此，研究和改善高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)是未來城市進(jìn)一步發(fā)展需要完成的首要任務(wù)。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則

同所有建筑一樣，高層建筑的設(shè)計建設(shè)中也應(yīng)當(dāng)遵守低成本高年限的經(jīng)濟(jì)原則，在使用方面也必須遵守安全性強(qiáng)、使用率高、舒適度高和技術(shù)性強(qiáng)等原則。此外，還應(yīng)當(dāng)保證建筑材料的穩(wěn)定耐用性，結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全持久性等高層建筑特有的建設(shè)原則。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求

滿足建筑設(shè)計基本原則是修建高層建筑的前提，相比于普通多層建筑，影響高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的因素更多，相關(guān)性更強(qiáng)。在橫向和縱向兩個方向上就必須涉及到建筑所處空間和自身重量的影響，對抵抗水平方向的風(fēng)力，地震力的要求更加苛刻，豎直方向上在承重方面也有更高的設(shè)計要求。但由于建筑材料的限制，在設(shè)計上必須不斷加強(qiáng)建筑抵抗外力的能力，傳統(tǒng)建筑中的剛性設(shè)計思維不能滿足更高的抵抗能力。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計上提高高層建筑的適應(yīng)性，改善結(jié)構(gòu)延展性是高層建筑設(shè)計的基本要求。

二、高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計面臨的難題

1 地基承重能力容易波動：地基基礎(chǔ)是高層建筑修建的根本，在設(shè)計時往往不能保證地基的沉降對高層建筑的影響，且由于混凝土結(jié)構(gòu)具有相當(dāng)大的重量，在設(shè)計時若建筑結(jié)構(gòu)不均勻很容易導(dǎo)致沉降不均勻，切在某些地理區(qū)域因地下水位波動較大，對地基結(jié)構(gòu)同樣有較大影響，在豎直方向上極易出現(xiàn)落差，導(dǎo)致高層建筑上部結(jié)構(gòu)受到的剪切力增加，抵抗其它外力的能力減弱，增加了大樓整體結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性。

2 剪力墻設(shè)置不均勻：許多高層建筑為追求美觀設(shè)計，對剪力墻的設(shè)置往往集中在一處或在建筑某一側(cè)不設(shè)置剪力墻，短肢剪力墻對建筑整體的承載能力有極大的負(fù)面影響，在受到較強(qiáng)外力時，短肢剪力墻是相當(dāng)薄弱的環(huán)節(jié)，極易因無法支撐而直接被破壞，對高層建筑而言是一個非常大的安全隱患。而單純增加加大柱截面和框架梁截面， 也難以保證結(jié)構(gòu)的第一周期為平動周期，[1]在發(fā)生地震災(zāi)害時，容易因受力不均導(dǎo)致整座建筑快速的崩塌。

3 水平方向抵抗力增強(qiáng)受限：高層建筑因占用空間多，在水平方向需承受的風(fēng)力和橫波地震的水平力也同時增大，對于混凝土框架梁的水平適應(yīng)能力要求較高，過大的水平力會導(dǎo)致梁架杠桿受力不均勻，但梁架設(shè)置有限，過多混凝土鋼筋支撐受力梁架會影響建筑的中心，因此在水平力上的承受能力需要通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行改善。

三、高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法

1 優(yōu)化設(shè)計的主要方向

依照建筑修建原則，高層建筑主要在安全性上需要改善的方面較多，因此，我們應(yīng)當(dāng)以優(yōu)化高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計為主要方向，對建筑在豎直和水平的承載能力進(jìn)一步提高。通過提高建筑安全性進(jìn)而對建筑的耐久耐用進(jìn)行優(yōu)化改善。

2 優(yōu)化設(shè)計的具體方法

（1）保證地基的穩(wěn)定要求地基的承載能力值與上部建筑對地面的壓力值在5%的等值范圍內(nèi)，對此，應(yīng)當(dāng)在通過采取在地基和上部建筑結(jié)構(gòu)間增添優(yōu)化地基承載能力的沉降縫或增大地基底面積等措施，增強(qiáng)地基的承載能力。并同時對上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，如安裝提高上部結(jié)構(gòu)剛度的高層剪力墻，增加梁柱面積，優(yōu)化梁柱材料結(jié)構(gòu)，讓地底面受力更加均勻，保證地基的均勻沉降。并通過減少上部結(jié)構(gòu)中混凝土與鋼筋的使用數(shù)量，保證建筑整體質(zhì)量的同時，提高建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，降低結(jié)構(gòu)自振性，減少建筑的承載量。（2）針對剪力墻在結(jié)構(gòu)設(shè)計上的重視度不高，導(dǎo)致建筑中部分區(qū)域剪力墻的軸壓比始終高于正常承受范圍的問題，應(yīng)該保證剪力墻的均勻設(shè)計，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，要堅持剪力墻分布設(shè)置中均勻、對稱、強(qiáng)邊角的原則。采用對稱分布，雙向布置剪力墻能有效避免在構(gòu)造中出現(xiàn)短肢剪力墻的情況發(fā)生。如若考慮到各方面的因素?zé)o法做到剪力墻對稱分布，則應(yīng)當(dāng)在底部加強(qiáng)剪力墻的承載能力，保證剪力墻能承受更大負(fù)荷的外力，或?qū)诵氖芰Φ募袅M(jìn)行強(qiáng)化設(shè)計，可使用高層數(shù)、高厚度的剪力墻支撐高層建筑的上部結(jié)構(gòu)。（3）提高水平方向承受外力的能力不僅需要對建筑整體框架進(jìn)行加固處理，當(dāng)主要框架梁應(yīng)上的次梁負(fù)筋配置過大時，會導(dǎo)致對框架梁的不利影響，此時為避免框架梁負(fù)筋過多，運用從元到總的思想，對每一個基本框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理，增加每一個框架梁的跨中正彎矩，盡量使每一個單元結(jié)構(gòu)的水平承受力均勻，提高每一個單元結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度，再經(jīng)過整合之后，就能在有效節(jié)約混凝土材料的基礎(chǔ)上，增強(qiáng)高層建筑水平方向的承受能力。（4）優(yōu)化建筑材料的選擇，盡管混凝土是高層建筑的主要結(jié)構(gòu)材料，但混凝土是一個材料大類，如同鋼鐵，包含了許多成分配比不同而性質(zhì)不同的子材料，充分了解各混凝土材料的性質(zhì)特點及其功能應(yīng)用，在選用材料時應(yīng)針對不同性能的需求進(jìn)行合理選取，才能為建筑抗震性、安全性、耐久性提供更好的質(zhì)量保證。

結(jié)語

高層建筑必將成為未來城市建筑行業(yè)主要的發(fā)展對象，優(yōu)化建筑的設(shè)計，改良混凝土建筑結(jié)構(gòu)是促進(jìn)高層建筑大力發(fā)展的重要前提，堅持結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則，以改進(jìn)當(dāng)前高層建筑中的主要問題為首要任務(wù)，以現(xiàn)有的設(shè)計理念和設(shè)計專業(yè)知識作為依據(jù)，以高層建筑實用性、安全性和美觀作為前提保障，制定符合當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)、氣候條件的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，對混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，才能保證高層建筑在未來的順利發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]馮阿巧.關(guān)于高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的探討[J].門窗：建筑規(guī)劃與設(shè)計，2013 （06）.

[2]邵志利，孟凡偉.高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)問題探討[J].門窗：研究與探討，2014（11）.

中圖分類號：TU97

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A