高層建筑混凝土結構設計探討

1、高層建筑混凝土結構設計探討    摘要：隨著科學技術的迅猛發(fā)展，社會的不斷進步，建筑業(yè)中高層建筑也得到了快速的發(fā)展，高層建設是反映城市經濟的繁榮及社會進步的重要標志。文章介紹了高層建筑混凝土結構設計的特點和原則，從地基基礎和上部結構等方面探討了高層建筑混凝土結構設計。 關鍵詞：高層建筑；混凝土結構；設計 Abstract: with the rapid development of scientific technology, the development of society, the construction industry the high-l

2、evel building also obtained fast development, top construction is the prosperity of economy and reflects the city an important symbol of social progress. This paper introduces the design of concrete structures of tall building characteristics and principle, from the foundation and the upper structur

3、e, this paper discussed the design of concrete structures of tall building. Keywords: high building; Concrete structure; design 中圖分類號：TU208.3文獻標識碼：A 文章編號： 引言 近年來，我國建筑業(yè)發(fā)展迅猛，建筑的功能不斷完善，工程設計也越來越復雜。鋼筋混凝土是在民用建筑中得到廣泛應用和空前發(fā)展的結構材料。我國已經基本形成了混凝土結構設計規(guī)范體系，但在設計方面仍存在一定的空缺和問題。本文總結了高層建筑混凝土結構設計的特點，提出了高層建筑混凝土結構的設計方案，以

4、促進高層建筑事業(yè)的進一步發(fā)展。 1高層建筑混凝土結構設計的特點 1.1結構應具有適宜剛度。隨著高度的增加,高層建筑的側向位移迅速增大。因此設計高層建筑時不經要求結構有足夠的強度,而且要求結構有適宜的剛度,使結構有合理的自振頻率等動力特性,并使水平力作用下的層位移控制在一定范圍之內。 1.2結構應具有良好的延性。相對于較低樓房而言,高樓結構更柔一些,在地震作用下的變形更大一些。建筑結構的耐震主要取決于結構的承載力和變形能力兩個因素。為了使結構在進入塑性變形階段后仍具有較強的變形能力,避免高層建筑在大震下倒塌,必須在滿足必要強度的前提下,通過優(yōu)良的概念設計和合理的構造措施,來提高整個結構、特別是薄

5、弱層(部位)的變形能力,來保證結構具有足夠的延性。因此,在結構設計中應綜合考慮這些因素,合理設計,使結構具有足夠的強度、適宜的剛度、良好的延性。 1.3側向力(風或水平地震作用)成為影響結構內力、結構變形及建筑物土建造價的主要因素。高層建筑和低層建筑一樣,承受自重、活載、雪載等垂直荷載和風、地震等水平力。在低層結構中,水平荷載產生的內力和位移很小,可以忽略不計;在多層結構中,水平荷載的效應(內力和位移)逐漸增大；在高層建筑中,水平荷載和地震力將成為主要的控制因素。 2混凝土結構設計的基本原則 2.1 建筑結構的功能要求建筑結構在正常設計、正常施工、正常使用和正常維修條件下的功能要求，有下列三個

6、：安全性。建筑結構在其設計使用年限內應能夠承受可能出現(xiàn)的各種作用。適用性。建筑結構在其設計使用年限內應能滿足預定的使用要求，有良好的工作性能，其變形、裂縫或振動等性能均不超過規(guī)定的限度等。耐久性。建筑結構在其設計使用年限內應有足夠的耐久性。 2.2 結構可靠性是指結構在規(guī)定的時間內、規(guī)定的條件下，完成預定功能的能力。但是當建筑結構的使用年限到達或超過設計基準使用期后，并不意味該結構立即報廢不能使用了，而是說它的可靠性水平從此要逐漸降低了，在做結構鑒定及必要加固后，仍可繼續(xù)使用。結構可靠度是指結構在規(guī)定的時間內，在規(guī)定的條件下，完成預定功能的概率，即結構可靠度是結構可靠性的概率度量。結構可靠度的

7、分析就是要合理地確定結構的可靠度水平，使結構設計符合技術先進、經濟合理、安全適用和確保質量的要求。 3 地基與基礎設計 “萬丈高樓平地起”，地基的好壞將決定一個工程的最終質量，因此，在高層建筑混凝土結構設計中，地基與基礎設計是工程的關鍵。由于上部荷載的巨大差異，設計滿足要求的高層建筑主體結構本身筒體與周邊結構之間的沉降差和高層主體與裙房或者純地下結構之間的沉降差對地基方案的選擇起著決定性的作用，因此，高層建筑設計主要要把握沉降設計。那么如何進行地基設計呢？筆者主要采用以下兩種方案： 一種方案是設計沉降縫。為避免不均勻沉降對建筑物帶來的災害，對于長度較大的建筑物，在建筑平面的轉折部位、建筑物高度

8、差異處以及長高比過大的砌體承重結構、地基土壓縮性存在明顯差異處設置沉降縫，沉降縫能夠將建筑物分割成獨立的單元，從而實現(xiàn)使各單元產生的沉降互不影響，因此也就避免了不均勻沉降對建筑物帶來的災害。另一種方案是地基基礎處理。在建筑縱橫墻體相交處，存在著基礎面積重疊現(xiàn)象。從而造成地基受力面積重復，地基應力加大。因此，必須調整某局部基礎寬度以滿足地基承載力的要求。具體做法：一是當基礎底面壓力設計值超過地基承載力設計值不足10時，可采用提高上部結構抵抗不均勻沉降能力的措施。二是當基礎底面壓力設計值超過地基承載力設計值10及以上或建筑已出現(xiàn)不容許的沉降和裂縫時，可采取放大基礎底面積、加固地基或減少荷載的措施。

9、 4上部結構設計 4.1剪力墻結構設計 高層建筑應有較好的空間工作性能，剪力墻結構應雙向布置，形成空間結構。在設計中若框剪結構剪力墻布置不均勻，單肢剛度過大的剪力墻經常出現(xiàn)，從而導致應力的過度集中，造成剪力墻的部分破壞。因此，我們應該通過設計有選擇地連接兩片剪力墻，從而保持建筑物延性的連梁破壞，從而使柱子的完整性得以保證，這就是我們說的延性設計和連梁設計。設計要點是一方面為加強塑性鉸區(qū)的塑性轉動能力，及防止混凝土壓潰前受壓鋼筋過早壓屈，我們應在在梁的兩端設置箍筋加密區(qū)。同時，為防止粘結破壞，可以在設計中采取措施使塑性鉸外移，將塑性鉸從柱面移開一定距離，從而避免梁端鋼筋屈服后向核心區(qū)發(fā)展。另一方

10、面，可以設置底部加強區(qū)，設置約束邊緣構件，從而使截面的塑性變形能力增大。主要包括沿墻肢截面的長度和墻肢的高度，箍筋數(shù)量，水平分布筋在約束邊緣構件內的錨固以及確保一定的縱筋面積的設計，從而符合約束邊緣構件的構造要求。另外，剪力墻的抗側剛度及承載力均較大，為充分利用剪力墻的能力，減輕結構重量，增大剪力墻結構的可利用空間，墻不宜布置太密，使結構具有適宜的側向剛度。 4.2柱的設計 地震作用下，框架短柱剛度大，吸收較大的地震力，極易產生剪切破壞而形成結構抗震薄弱部位。因此，在框架結構的雙跑板式樓梯設計時，為避免“框架短柱”的形成，應采取下列措施：一是采用復合箍筋沿柱全高加密的方式處理，同時保證短柱的縱

11、向鋼筋對稱布置，且每側的縱向鋼筋配筋率不宜大于12。二是通過提高構件受剪承載力和受壓承載力的方法來改善短柱的抗震性能，主要措施有在柱中配置螺旋箍筋、普通復合箍筋，加強對混凝土的約束，使混凝土的抗壓強度得到提高，從而防止構件在大剪壓比情況下發(fā)生剪切破壞。 4.3梁的設計 由于地震作用、風荷載等水平力的作用，往往使得框架粱的梁端負彎距遠大過跨中正彎距。因此，為了避免框架粱負筋過多過密，在設計中我們往往都應將框架粱的負彎距乘以一個085左右的調幅系數(shù)進行調幅，減少粱端負彎跑，并使跨中正彎距相應增加，做到粱的上下配筋均勻一致。同時，當不計算活荷載或不計算活荷載不利布置時，可通過此參數(shù)調整梁在恒活荷載作用下跨中正彎矩，一般取1.11.2，在選用時應注意：如果活荷載考慮不利布置時此系數(shù)取1.0。另外，當梁底距外窗頂尺寸較小時，宜加大梁高做至窗頂，使外部框架梁盡量做成梁外皮與柱外皮齊平。當建筑有要求時，梁也可偏出柱邊一較小尺寸。梁與柱的偏心可大于1/4柱寬，并宜小于1/3柱寬。同時，折梁陰角在下時縱筋應斷開，并錨入受壓區(qū)內La，還應加附加箍筋。 結語 高層建筑混凝土結構設計在系統(tǒng)中占據(jù)全面的工作，要建設扎實的理論知識、創(chuàng)新的思路和認真負責的工作態(tài)度。每一個設計工作人員要從基本的結構抓起，做到知其所以然，并學習其他的專業(yè)人士的工作經驗和教