对于浅析高层建筑混凝土结构设计浅析

论文导读：
摘要：随着经济的飞速发展，高层建筑日益增多，高层钢筋混凝土建筑结构设计已成为结构工程师设计工源于：大学生论文www.7ctime.com
作中的重点和难点。本文就混凝土结构设计的基本要求、高层建筑结构设计特点、高层建筑混凝土结构类型以及高层建筑混凝土结构设计中注意要点分析 进行了探讨。
关键词：高层建筑；混凝土；结构设计

引言
混凝土结构的高层建筑迅速发展是随着社会生产的发展和人们生活的需要而发展起来的，是商业化、工业化和城市化的结果。

一、混凝土结构设计的基本要求 

1、建筑结构的功能要求 

建筑结构在正常设计、正常施工、正常使用和正常维修条件下的功能要求，有下列三个：

1.1 安全性

建筑结构在其设计使用年限内应能够承受可能出现的各种作用。且在设计规定的偶然事件发生时及发生后，结构应能保持必需的整体稳定性，不致倒塌。

1.2 适用性

建筑结构在其设计使用年限内应能满足预定的使用要求，有良好的工作性能，其变形、裂缝或振动等性能均不超过规定的限度等。

1.3 耐久性

建筑结构在其设计使用年限内应有足够的耐久性。例如保护层厚度不得过薄、裂缝不得过宽而引起钢筋锈蚀等。 

2、结构可靠度 

结构可靠性是指结构在规定的时间内（即设计基准期），在规定的条件下（结构正常的设计、施工、使用和维修条件），完成预定功能（如承载力、刚度、稳定性、抗裂性、耐久性和动力性能等）的能力。需要说明的是，当建筑结构的使用年限到达或超过设计基准使用期后，并不意味该结构立即报废不能使用了，而是说它的可靠性水平从此要逐渐降低了，在做结构鉴定及必要加固后，仍可继续使用。
结构可靠度是指结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率，即结构可靠度是结构可靠性的概率度量。结构可靠度的分析就是要合理地确定结构的可靠度水平，使结构设计符合技术先进、经济合理、安全适用和确保质量的要求。简而言之，进行建筑结构设计的基本目的就是要采取最经济的手段，使结构在设计基准期内，具有各种预期的功能。

二、高层建筑结构设计特点 

1、侧向力成为影响结构内力、结构变形及建筑物土建造价的主要因素

高层建筑和低层建筑一样，承受自重活载 雪载等垂直荷载和风 地震等水平力 在低层结构中，水平荷载产生的内力和位移很小，可以忽略不计；在多层结构中，水平荷载的效应逐渐增大；在高层建筑中，水平荷载和地震力将成为主要的控制因素。 

2、结构应具有适宜刚度

随着高度的增加，高层建筑的侧向位移迅速增大。因此设计高层建筑时，不仅要求结构有足够的强度，而且要求结构有适宜的刚度，使结构有合理的自振频率等动力特性，并使水平力作用下的层位移控制在一定范围之内。

3、结构应具有良好的延性

相对于较低楼房而言，高楼结构更柔一些，在地震作用下的变形更大一些。建筑结构的耐震主要取决于结构的承载力和变形能力两个因素。为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，避免高层建筑在大震下倒塌，必须在满足必要强度的前提下，通过优良的概念设计和合理的构造措施，来提高整个结构 特别是薄弱层（部位）的变形能力，来保证结构具有足够的延性。

三、高层建筑混凝土结构优化设计的具体方法 

如果想要塑造一个完美的整体，局部就必须与整体达成一致，适应整体。高层建筑混凝土结构设计作为高层建筑结构设计的主要部分，它必须能够与高层建筑的结构设计相适应。目前，在整体结构合理的条件下，追求结构中各个构件的最大承载力成为国内外学者追求的主要目标。目前为止，对于各个构件的优化，尽管各国学者已经进行过相关研究，但行业内仍没有一个适用于高层建筑结构设计的成熟数学模型，同时这一模型能够满足各种结构设计规范条件，符合设计人员习惯，又尽可能接近最优解。因此，在实践的指导下，对各个构件内力的最大承载力的追求就成为设计人员的目标。从本质上说，优化设计的关键点就在于整体和局部概念的统筹合理，二者兼顾。接下来，就高层建筑混凝土结构的优化设计提出具体三项方案:
1、合理使用高强砼和高强钢筋。在建筑的整个施工过程中，用钢量是影响总造价的一个重要因素。因此，为了合理降低用钢量，降低造价，节约成本论文导读：，全部为短肢剪力墙的情况更是应该避免出现。 4、抗震设计中，注意混凝土筒体的承载力和延性。对于混合结构体系的高层建筑，出于抗震的需要，不同高度的建筑物，型钢柱的设置位置与设置方法是不一样的，型钢柱设置于筒体四角，建筑物高度一般低于130m，并且抗震设防等级多为7级；筒体四角和楼面钢梁与型钢混凝土梁的交接
，设计中必须合理使用高强钢筋。然而在高层建筑位于深厚软弱地基之上的情况下，强砼和高强钢筋高优化构件截面尺寸的合理使用，对于减轻地基载荷，降低基础施工的难度，缩减造价，将具有非常直观的经济效果。由于地震对于一幢建筑的破坏程度，是与该幢建筑的自重成正比的，自重越大，受损毁的可能性，破坏程度就越大。因此，减轻建筑物自重能够减小其受地震破坏的程度，为建筑物的安全提供保证。所以，高强砼和高强钢筋在设计中的合理使用对于快速、有效的减少墙、柱、梁、板等构件的截面尺寸，减少用钢量，减轻建筑自重，最后达到降低造价及安全使用的目的具有十分重要的作用。
2、在高层建筑的结构设计中，对于一个独立结构单元，平面性状、各部分的刚度和承载力是三个需要考虑的重要因素。首先，平面结构性状应该最大限度的做到简单而且规则，长度不应过长，凸出部分不应过大，竖向体型宜规则、均匀，避免有过大的外挑和内收。其次，刚度和承载力在各部分应该分布均匀，竖向布置严重不规则的结构应该禁止采用，下大上小，逐渐均匀变化的侧向刚度结构才是最合理的。在结构设计的过程中，也许会出现这样的状况，结构足够合理，正如以上所述的标准一样，但却缺乏美观和实用性。这时，就需要结构设计人员要特别重视结构概念设计，并且将概念设计贯穿于建设过程的始终。使建筑结构在满足美观、适用的前提下，平面的布局和竖向布置既简洁、又规则均匀，从而具有合理的刚度和承载力分布。
3、注重剪力墙的平面布置。具体应如何注重剪力墙的平面布置，我们应该从以下几方面做起: 
3.1 剪力墙的布置原则在于沿周边均匀、相对集中布置，同时又不损害建筑原有的使用功能。一般布置在建筑物的楼梯间、电梯间处，以及平面形状变化及恒载较大的部位，其间距宜适中，不宜过大。 
3.2 剪力墙墙肢截面应具有简单、规则的特点，剪力墙结构应具有一定侧向刚度，但不宜过大。
3.3 较多的短肢剪力墙不会起到联合剪力的良好效果，全部为短肢剪力墙的情况更是应该避免出现。 
4、抗震设计中，注意混凝土筒体的承载力和延性。对于混合结构体系的高层建筑，出于抗震的需要，不同高度的建筑物，型钢柱的设置位置与设置方法是不一样的，型钢柱设置于筒体四角，建筑物高度一般低于 130m，并且抗震设防等级多为 7 级；筒体四角和楼面钢梁与型钢混凝土梁的交接处设置型钢柱，建筑物的高度一般高于130m，同时抗震设防等级为7、8、9 级。以此增强框架的刚度及承载力。通过刚性连接框架平面内柱与梁的方法可达到增强框架的刚度和水平承载力的目的。具体可采取如下措施: 第一，设置外伸桁架加强层；第二，分段拼装外伸桁架与筒体剪力墙的刚接的方法可以被采用; 第三，贯通性的刚接桁架与抗侧力墙体应均匀分布。这样就可以很好地避免楼层在水平力作用下的侧移。
结束语
建筑设计人员必须加强对于其设计原则的分析与掌握，立足于具体的设计原则及要求，从整体的设计工作及具体的设计内容等方面入手，采取有效的策略，以推动混凝土结构设计的优化完善。
参考文献
胡海涛，《高层建筑混凝土结构设计浅析》，Value Engineering，2011年.
刘利峰. 钢筋混凝土建筑结构设计优化研究[J]. 科技资讯, 2010,(20) .
[3] 王广辉．浅析高层建筑中混凝土结构的优化设计［J］．科技风，2011(7)．