高层混凝土结构设计探讨

秦晓栋

摘要：针对高层建筑混凝土结构体系特点，提出了高层建筑混凝土结构设计的要求，对完善高层建筑混凝土结构设计进行了探讨。

关键词：高层建筑；混凝土结构；设计

Abstract: According to the characteristics of high-rise buildings concrete structural system, point out the design requirements of high-rise buildings concrete structural, and discussed the improvement of high-rise building concrete structures design.Key words: high-rise buildings; concrete structures; design

中图分类号：TU377 文献标识码： A 文章编号：

目前，许多高层建筑都存在很多的问题，一些高难度、高技术、高风险都需要很多的技术人员去进行解决，我们可以通过对高层建筑的构造及特点的认识，在遇到的不同的问题时用不同的方法去进行解决，这样才可以使高层建筑更加稳固。

1 高层建筑结构的特点

现在的建筑根据不同的特点可以分为以下五种不同的建筑结构体系：

1.1框架结构

框架结构一般应用于钢结构或者是钢筋混凝土结构当中，它主要是由梁和柱通过节点构成的，框架结构可以灵活的布置室内的建筑空间，相对来说比较方便。但是框架结构的梁柱截面比较小，抗震性能也比较差，建筑的高度就受到了很大的限制。一般框架结构主要应用于不考虑抗震设防或者是楼层数比较少的建筑当中。

1.2剪力墙结构

剪力墙结构一般应用于钢筋混凝土结构当中，剪力墙结构的主要缺点是剪力墙间距不能够太大，平面的布置也不灵活，不能够满足公共建筑的使用要求，而且剪力墙结构的自重也比较大。

1.3框架一剪力墙结构

框剪结构要比框架结构的刚度和承载能力都大，它具有框架结构和剪力墙结构的双重特点，并且能够取长补短。所以在我国，一般情况下框剪结构在建筑较高的高层建筑中得到了广泛的使用。

1.4简体结构

在实际结构中，除了烟囱等建筑物之外不可能存在单筒结构，所以一般都以框架——筒体结构、筒中筒结构、多筒体结构、成束筒结构等形式出现。

1.5巨型结构

一般常见的巨型结构有巨型框架结构和巨型桁架结构。

2 高层建筑结构设计要求

（1）侧向力（风或水平地震作用）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（内力和位移）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。

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。

3 改进高层建筑结构设计方案的策略

3.1剪力墙设计

高层建筑必须要具备良好的变形能力，要想在这一方面得到提高则应当采取措施防止剪切破坏。遇到一道截面较长的抗震墙时需要配合洞口布置弱连梁，让墙体划分成小开口墙、多肢墙，其而保证各个墙段的高宽比在2以上。建筑工程中的弱连梁需满足地震时各层连梁的总约束弯矩小于该墙段总地震弯矩的20％；连梁状况同样需在标准状况内，这一刻防止墙肢发生全截面受拉问题，这对于整个建筑来说都是很严重的。另一方面，为了实现节能降耗且防止连梁强度过低，在连梁弱施工中需做好各方面工作。当连梁变为普通的小梁时，墙肢则成为单肢墙，单肢墙的延性则减弱，由了单肢墙的抗震防线只有一道，超静定的次数较少，出现地震后将面临很大的损坏。当前，大部分设计师操作时会把结构中门洞连梁、窗洞连梁设计成截面高度极小的二力杆件，这种变化大大降低了建筑的抗震能力。

一般情况下，我们都需要针对连梁的刚度严格控制把握，这多数还是考虑到剪力墙的刚度过大，剪力墙中的连梁受到水平力影响之后会因为很大的内力而超过截面允许值，处理时需要对此类连梁先屈服，保证连梁能形成塑性铰且不出现脆性破坏。我们要保证连梁达到强剪弱弯的要求，在连梁的刚度方面要做好不同的控制。

工程标准中指出剪力墙在端部需分布暗柱、端柱等边缘构件，这些能发挥出砖混结构的约束柱效果，在结构的刚度降低，地震作用下层间位移和顶点位移偏大后，边缘构件起到的作用更明显，这时暗柱的截面和配筋也变大。若剪力墙的总截面面积与楼层面积之比值偏大，而房屋高度小、楼座面积大，对于墙端部的暗柱面积和配筋量则没有建筑标准中的需要了。

3.2超长结构的温度变形和混凝土干缩变形

钢筋混凝土结构是建筑工程的关键部门，施工标准中对此结构提出的规定涉及到室内条件下现浇框架结构的伸缩缝需对间距严格控制，间距最大不超过55m，而现浇剪力墙结构伸缩缝的最大间距在45m。若处于露天环境时，结构伸缩缝的间距更要严格控制，运用这样的工程结构主要能处理好两方面的问题：

3.2.1干缩裂缝

当现浇混凝上在凝固硬化过程中常会出现收缩应力，整个结构则会出现干缩裂缝，该结构形式越长，则造成的干缩裂缝越大。

3.2.2结构控制

超长结构的运用应当符合工程当地的季节变化，大气温度的变化将造成结构出现热胀冷缩，这样很容易导致结构出现温度裂缝。另外，结构越长，则对温度产生的作用越大，这在许多建筑工程里是很难避免的问题。若参照工程规定的要求布置伸缩缝，常会造成双墙、双柱、双梁，对高层建筑的立面处理、防水构造会造成很大的不便。考虑到有效处理超长结构混凝土干缩裂缝的问题，当前工程单位主要采取的措施为分布混凝土后浇带，把大的楼板面积划分成小的区格，第一步结合混凝土浇筑小的区格，在小区格混凝土干缩变形结束后对区格之间的预留带进行浇筑。此方法能有效防范干缩裂缝的出现，维持了建筑结构的正常性。需要注意的是，后浇带不得取代结构的温度伸缩缝，这是由于后浇带混凝土硬化后，楼板会变成较长的整体，后浇带则发挥不了应有的作用。

建筑资料提到，受到温差因素的影响，结构的应力变化具有一定的规律，具体为：(1)高层建筑屋面或屋面下1层—2层应力大，往下逐渐降低；(2)同一层楼板处中间的应力大，两边则相对较小；(3)对剪力墙两端的应力大，中间的相对较小；(4)山墙顶部的几层拉应力大；(5)结构刚度变化多的一层应力大，例：结构转换层上面的那一层。鉴于这些实际的规律状况，超长结构需配合下列处理方法：1)对屋面、外墙面的保温隔热进行处理，防止阳光给结构带来的辐射；2)温度应力大的位置需做好配筋，温度钢筋的布置需合理；3)屋顶外露挑檐板、女儿墙等构件需在适当位置分布一道缝，一般每隔15m，缝宽20mm，缝内纵向钢筋无需断开。

4 混凝土质量控制

4.1混凝土出厂前的技术处理

为了减少水泥的水化热，降低混凝土自身的温度，在满足设计和混凝土保证用泵输送的前提下，将625R硅酸盐水泥控制在450kg／m3。

4.2适当参加一定的添加剂，控制水灰比

根据设计要求，混凝土中掺和水泥用量4％的复合液，它具有防水、膨胀、缓凝而一体，溶液中的糖钙能提高混凝土的和易性，使用水减少20％左右，水灰比一般能够控制在0.55以下，初凝可延长4小时左右，对大混凝土施工的质量提供了有利的保证。

4.3混凝土的施工配合比

根据设计强度和泵送混凝土对坍塌度的要求，经试验确定采用：625R硅酸盐水泥，其水：水泥：砂：碎石复合剂=0.25：l：1.82：2.5：0.04。

4.4加强技术管理确保施工质量

加强原材料的检验试验工作，分工由监理单位安排人员跟班检查，并对每批原材料都做详细的记录。

4.5采用确实可行的施工工艺

浇灌混凝土同采用三班人员交叉流水作业的形式，分层次地采用跑道式的施工路线，一层一层向前推进，每层保证振动器跟上施工步伐，在施工最后一层混凝土时除了采用半板振动器外，还采取长4米的园条形振动器做一次压平处理，事后人工压浆收尾。

4.6混凝土的保养

为了防止在大体积混凝土施工时由于产生的高温而烧坏混凝土，影响混凝土的施工质量，我们采用了循环水系统降温的办法，保证进入口水温在C25度以下，出口水温在C58一c68度以内，在水温超过C70时我们采用加快循环水量的办法，并在混凝土上部采用麻袋湿水保养的办法，在施工过程中做到一丝小苟。

5 结束语

结构设计没有绝对最佳的标准模式，只有通过不斷地探索、比较，去寻求相对的最优。因此，我们每一个行业工作者都应不断地追求尽善尽美的设计思想，不只盲目照搬规范和依赖计算机程序作设计，用自己的结构设计概念、经验、判断力和创造力为业主和社会设计出更好的建筑。

参考文献

[1]《混凝土结构设计规范》GB50010-2002．

[2]《建筑抗震设计规范》GB500ll-2001．

[3]《高层建筑混凝上结构技术规程》JGJ3-2002．

[4]张维斌．多层及高层钢筋混凝土结构设计释疑及工程实例[M]．北京：中国建筑工业出版社，2005．

[5]李国胜．高层混凝土结构抗震设计要点、难点及实例[M]．北京：中国建筑工业出版社，2009．