穆豪鵬（北京東方華脈工程設(shè)計(jì)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(jì)的探討

穆豪鵬
（北京東方華脈工程設(shè)計(jì)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(kāi)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(wèn)題入手，以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)。

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

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(duì)空間的需求越來(lái)越大，高層建筑便得到了建筑行業(yè)的親睞，越來(lái)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(shí)，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(wú)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(jì)，都對(duì)整個(gè)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(lái)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(jì)的基本原則

同所有建筑一樣，高層建筑的設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)的基本要求

滿足建筑設(shè)計(jì)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(gè)方向上就必須涉及到建筑所處空間和自身重量的影響，對(duì)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(jì)要求。但由于建筑材料的限制，在設(shè)計(jì)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(jì)思維不能滿足更高的抵抗能力。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)的基本要求。

二、高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)面臨的難題

1 地基承重能力容易波動(dòng)：地基基礎(chǔ)是高層建筑修建的根本，在設(shè)計(jì)時(shí)往往不能保證地基的沉降對(duì)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(jì)時(shí)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(dòng)較大，對(duì)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(jì)，對(duì)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(duì)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(shí)，短肢剪力墻是相當(dāng)薄弱的環(huán)節(jié)，極易因無(wú)法支撐而直接被破壞，對(duì)高層建筑而言是一個(gè)非常大的安全隱患。而單純?cè)黾蛹哟笾孛婧涂蚣芰航孛妫?也難以保證結(jié)構(gòu)的第一周期為平動(dòng)周期，[1]在發(fā)生地震災(zāi)害時(shí)，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(shí)增大，對(duì)于混凝土框架梁的水平適應(yīng)能力要求較高，過(guò)大的水平力會(huì)導(dǎo)致梁架杠桿受力不均勻，但梁架設(shè)置有限，過(guò)多混凝土鋼筋支撐受力梁架會(huì)影響建筑的中心，因此在水平力上的承受能力需要通過(guò)優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行改善。

三、高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

1 優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jì)為主要方向，對(duì)建筑在豎直和水平的承載能力進(jìn)一步提高。通過(guò)提高建筑安全性進(jìn)而對(duì)建筑的耐久耐用進(jìn)行優(yōu)化改善。

2 優(yōu)化設(shè)計(jì)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(duì)地面的壓力值在5%的等值范圍內(nèi)，對(duì)此，應(yīng)當(dāng)在通過(guò)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(shí)對(duì)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(guò)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(shí)，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(duì)剪力墻在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(wèn)題，應(yīng)該保證剪力墻的均勻設(shè)計(jì)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要堅(jiān)持剪力墻分布設(shè)置中均勻、對(duì)稱、強(qiáng)邊角的原則。采用對(duì)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(duì)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(jì)，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(duì)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(guò)大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致對(duì)框架梁的不利影響，此時(shí)為避免框架梁負(fù)筋過(guò)多，運(yùn)用從元到總的思想，對(duì)每一個(gè)基本框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理，增加每一個(gè)框架梁的跨中正彎矩，盡量使每一個(gè)單元結(jié)構(gòu)的水平承受力均勻，提高每一個(gè)單元結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度，再經(jīng)過(guò)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(gè)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(diǎn)及其功能應(yīng)用，在選用材料時(shí)應(yīng)針對(duì)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(yǔ)

高層建筑必將成為未來(lái)城市建筑行業(yè)主要的發(fā)展對(duì)象，優(yōu)化建筑的設(shè)計(jì)，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(jiān)持結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則，以改進(jìn)當(dāng)前高層建筑中的主要問(wèn)題為首要任務(wù)，以現(xiàn)有的設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)專業(yè)知識(shí)作為依據(jù)，以高層建筑實(shí)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(jì)方案，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，才能保證高層建筑在未來(lái)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(jì)的探討[J].門窗：建筑規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2013 （06）.

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

中圖分類號(hào)：TU97

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