高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對策

嵇道坤

摘要：混凝土結(jié)構(gòu)在高層建筑中應(yīng)用較為頻繁，為了提高混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用效益，必須合理設(shè)計(jì)方案參數(shù)，規(guī)避混凝土結(jié)構(gòu)缺陷問題，提高建筑整體結(jié)構(gòu)的可靠性與安全性，下面給出高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，希望對建筑領(lǐng)域的工作人員有所幫助。

關(guān)鍵詞：高層建筑;混凝土結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì)原則;優(yōu)化對策

高層建筑在滿足大眾用房需求的同時，解決了我國城市土地短缺的問題，已經(jīng)成為城市建筑的主要發(fā)展形勢，但是建筑樓層變高后會帶來很多問題，為了保證建筑使用安全，設(shè)計(jì)人員需要按照高層建筑特征，確定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求，關(guān)注結(jié)構(gòu)的可靠性與穩(wěn)定性，按照設(shè)計(jì)原則編制設(shè)計(jì)方案，保證建筑結(jié)構(gòu)擁有良好的安全性、穩(wěn)定性。

一、高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

（一）安全性原則

安全性是高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容，一旦混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)安全問題，將會影響到工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性引發(fā)安全事故，直接侵害用戶的利益，同時還會威脅到用戶的人身安全，更會造成不良的社會影響。從安全層面設(shè)計(jì)高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)，分析各方面對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全性形成的影響，從混凝土結(jié)構(gòu)抗震性角度出發(fā)，計(jì)算混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的應(yīng)力，按照規(guī)范內(nèi)容調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的合理性[1]。

（二）耐久性原則

耐久性是高層建筑混凝土在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，為實(shí)現(xiàn)長時間應(yīng)用且獲得良好穩(wěn)定效果必須著重關(guān)注的內(nèi)容，從耐久層面分析高層混凝土結(jié)構(gòu)，提高建筑的使用壽命，可以防止其在應(yīng)用一段時間后出現(xiàn)明顯缺陷。對高層建筑混凝土進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)該關(guān)注配筋率與截面積等混凝土結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)，同時需要根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范，結(jié)合項(xiàng)目建設(shè)要求優(yōu)化相應(yīng)參數(shù)，從而可以降低不穩(wěn)定因素對建筑結(jié)構(gòu)可靠性、耐久性形成的影響。從建筑耐久性出發(fā)，優(yōu)化高層混凝土結(jié)構(gòu)配筋率與截面積等參數(shù)，使高層建筑擁有良好的耐久性。

（三）適用性原則

高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要考慮到建筑樓層變高對建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性形成的影響，還應(yīng)該增加對建筑使用方面的關(guān)注程度，需要合理的設(shè)計(jì)高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)，使其具備良好的應(yīng)用效益，可以滿足后期應(yīng)用的要求，充分顯示建筑自身的價(jià)值功效。在高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)期間，合理分布空間，優(yōu)化建筑空間內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高建筑內(nèi)部空間的利用率。

二、高層建筑結(jié)構(gòu)體系的選擇

（一）結(jié)構(gòu)體系分類

鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代高層建筑中常用的主體結(jié)構(gòu)體系。結(jié)構(gòu)類型包含框架、筒中筒和其他組合結(jié)構(gòu)，高層主體結(jié)構(gòu)體系在設(shè)置階段需要從安全層面考量，安置加強(qiáng)層。還可以選擇寬扁梁、非預(yù)應(yīng)力扁梁、預(yù)應(yīng)力扁梁、壓型鋼板組合樓板，相應(yīng)結(jié)構(gòu)形式均可以減小樓蓋高度。

（二）結(jié)構(gòu)體系選用原則

地震作用、水平風(fēng)荷載均是超高層建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)階段需要考量的因素。高層建筑為了平衡自身受到的力，考慮豎向荷載、水平荷載所需結(jié)構(gòu)材料高度與數(shù)量的關(guān)系，前者層數(shù)與數(shù)量二者呈現(xiàn)線性關(guān)系增加，而后者高度與數(shù)量呈現(xiàn)指數(shù)關(guān)系增加。結(jié)合掌握的信息于高層結(jié)構(gòu)體系選擇階段，優(yōu)選高效的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系，在結(jié)構(gòu)體系選擇期間考慮載荷與非載荷對建筑結(jié)構(gòu)形成的影響，溫度變化、混凝土徐變收縮、地基差異沉降均會對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利的影響，使內(nèi)部出現(xiàn)變形等情況。

在高層結(jié)構(gòu)體系選用階段應(yīng)該遵循平面均勻、結(jié)構(gòu)，質(zhì)量、剛度沿豎向均勻變化的原則進(jìn)行，必須保證在豎向重力載荷作用下結(jié)構(gòu)的受力依然均勻。

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

（一）嵌固端設(shè)計(jì)

嵌固端是高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容，高層建筑一般配備地下室，嵌固端則應(yīng)用在人防地下室的頂板位置。在設(shè)置嵌固端階段應(yīng)該分析嵌固端應(yīng)用到人防地下室后可能引發(fā)的安全性問題，對相應(yīng)問題進(jìn)行分析，如果其對建筑結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重的損傷，則采取合理的處理手段，比如在連接嵌固端結(jié)構(gòu)時，應(yīng)該保證上下層的剛度達(dá)到規(guī)范要求。分析建筑抗震等級，保證整體嵌固端協(xié)調(diào)、穩(wěn)固。另外，樓板的應(yīng)用是嵌固端設(shè)計(jì)需要考量的內(nèi)容，樓板設(shè)計(jì)應(yīng)該協(xié)調(diào)有序的進(jìn)行，防止因設(shè)計(jì)問題影響建筑混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用成效。

（二）結(jié)構(gòu)規(guī)則性

整體結(jié)構(gòu)規(guī)則性是高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須關(guān)注的要點(diǎn)，應(yīng)該分析高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)部形式，如果其內(nèi)部使用相對規(guī)則的結(jié)構(gòu)形式，可以提高建筑結(jié)構(gòu)的可靠性以及穩(wěn)定性。但是隨著高層建筑的快速發(fā)展，大部分建筑建材著重藝術(shù)性設(shè)計(jì)，容易導(dǎo)致建筑的部分結(jié)構(gòu)無法提高對規(guī)則問題的把控能力，影響到結(jié)構(gòu)的可靠性。因此，對混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，必須考量嵌固端規(guī)則、平面規(guī)則，豎向結(jié)構(gòu)規(guī)則等方面內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)影響混凝土結(jié)構(gòu)的因素并采取合理的方式，在設(shè)計(jì)階段給出詳細(xì)的計(jì)算內(nèi)容，按照當(dāng)下最新的標(biāo)準(zhǔn)以及規(guī)范，保證高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)擁有良好的效益。

（三）內(nèi)力分析

內(nèi)力分析是混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求，關(guān)系到高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的可靠性、穩(wěn)定性，如果考量不周容易出現(xiàn)內(nèi)力計(jì)算值與實(shí)際出現(xiàn)過大偏差的問題，可能在工程后續(xù)環(huán)節(jié)發(fā)生嚴(yán)重的安全問題。在高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間，因?yàn)榛炷翗?gòu)件截面積設(shè)計(jì)沒有滿足規(guī)范要求，直接降低高層建筑結(jié)構(gòu)的安全性，為了防止相關(guān)情況的出現(xiàn)，需要分析混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)力情況，確定高層建筑整體結(jié)構(gòu)狀態(tài)，掌握高層建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)承載能力以及建筑自重承載能力，判斷建筑整體結(jié)構(gòu)是否擁有良好的穩(wěn)定性，在此前提下整改基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，提高建筑混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力。

（四）短肢剪力墻設(shè)計(jì)

短肢剪力墻的應(yīng)用是高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須掌握短肢剪力墻的作用，同時為讓建筑達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，提高短肢剪力墻參數(shù)的合理性，使其擁有良好的實(shí)用性、可靠性。

對高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)短肢剪力墻設(shè)計(jì)方案，因?yàn)楣ぷ魅藛T考慮不周出現(xiàn)偏差。設(shè)計(jì)人員應(yīng)該減少在混凝土結(jié)構(gòu)中短肢剪力墻的使用量，從而可以更好的規(guī)避其帶來的偏差問題，進(jìn)而提升混凝土結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)性。針對對于必須安置短肢剪力墻的情況，應(yīng)該計(jì)算短肢剪力墻受到的力，考慮建筑整體結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)需要，調(diào)整結(jié)構(gòu)方案，由此可以良好地規(guī)避短肢剪力墻帶來的一系列問題[2]。

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

（一）進(jìn)行建筑整體結(jié)構(gòu)延性設(shè)計(jì)

分析高層建筑并按照要求設(shè)計(jì)混凝土結(jié)構(gòu)，為充分提高建筑結(jié)構(gòu)的耗能能力，規(guī)避結(jié)構(gòu)瞬時破壞、脆性破壞等情況，需要掌握整體結(jié)構(gòu)延性設(shè)計(jì)要點(diǎn)，在遇到較強(qiáng)水平風(fēng)荷載與地震時，高層建筑受到自身高度的影響，使結(jié)構(gòu)必須擁有良好的延性以及抗側(cè)剛度，從而才能抵消水平載荷。在建筑整體結(jié)構(gòu)延性設(shè)計(jì)階段，需要避免構(gòu)件破損，允許結(jié)構(gòu)部分構(gòu)件出現(xiàn)塑性鉸，其目的是消除地震對建筑造成的作用力。另外，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段必須關(guān)注關(guān)鍵結(jié)構(gòu)構(gòu)件的延性設(shè)計(jì)，傳遞水平構(gòu)件、豎向抗側(cè)力構(gòu)件均為延性設(shè)計(jì)需要重點(diǎn)關(guān)注的對象，通過科學(xué)的調(diào)制，提升高層建筑結(jié)構(gòu)的安全性[3]。

（二）優(yōu)化建筑整體結(jié)構(gòu)的布置方案

構(gòu)件截面尺寸、平面位置均是建筑整體結(jié)構(gòu)方案布置需要重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容，確定建筑結(jié)構(gòu)在穩(wěn)定性方面的要求，選擇建筑結(jié)構(gòu)體系與結(jié)構(gòu)體系所用到的材料，對相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行科學(xué)的管控，防止結(jié)構(gòu)出現(xiàn)剛度突變扭轉(zhuǎn)等情況。在剪力墻設(shè)計(jì)期間，應(yīng)該遵循均勻、周邊、對稱等原則布置，在豎向方向剪力墻應(yīng)該從連續(xù)的角度進(jìn)行設(shè)計(jì)，規(guī)避結(jié)構(gòu)剛度突變等狀況。

結(jié)語：

在我國工程項(xiàng)目日益增多的過程中，建筑企業(yè)必須看到高層建筑的發(fā)現(xiàn)潛力，考慮到高層建筑是未來建筑主要方向的前提下，應(yīng)該按照大眾對建筑提出的要求，分析混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式，掌握設(shè)計(jì)要點(diǎn)，提高結(jié)構(gòu)體系的可靠性與安全性，由此可以讓其帶來良好的效益。

參考文獻(xiàn)：

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[2]鄭鵬.高層混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法探究[J].城市建筑，2020，370（29）：96-97.

[3]張浩.高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀及策略分析[J].中國住宅設(shè)施，2020，209（10）：14-15.

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