高层建筑钢筋混凝土结构设计问题分析

耿嘉蔚

摘要：对于高层建筑结构设计工作来说，钢筋混凝土结构的应用是极为常见的一种类型，具体到钢筋混凝土结构的优化设计中来看，必须要全面控制和把关，钢筋混凝土具有较高的安全系数，良好的抗震性能，因此成为现代高层建筑的主要材料，在钢筋混凝土的结构设计方面，有许多需要关注的工作重点和细节，如果处理不当，将会影响整个工程的使用寿命和质量。

关键词：建筑;钢筋混凝土;结构设计;对策

1 高层建筑混凝土结构设计中注意要点分析

1.1 概念设计

结构概念的设计可以提高结构使用质量，具有优良的抗震性能。做好混凝土结构的概念设计，那就需要建筑与结构设计人员在进行设计过程中，严格按照建筑结构设计规范执行，设计也不能完全依靠计算进行，从设计方案到计算再到构件设计等每一个环节都要贯穿结构抗震理念的内容，有几点需要注意的是：设计人员在进行建筑结构设计时，应充分的、全面的考虑到建筑物外观、建筑实用性、结构受力性等，从而保证结构的安全性、适用性和耐久性，同时要经济合理，满足居民生活的需求。

地震产生的水平作用是双向的，混凝土结构抗震设计是要保证结构平面上两个主轴的刚度和抗震力能够抵挡地震产生的破坏。刚度的设计要适宜，不宜过大或是过小，过大会造成结构自重大、结构自振周期短、材料浪费，刚度过小，一旦发生地震，结构不能承受外力造成建筑损坏。现在很多工程的结构概念设计都为弹性设计，所谓弹性设计，可以解释为“中震可修，大震不倒”，对于抗震要求特别高的一些超限建筑，在结构设计中，专家实施的弹性设计表现在中震或大震不屈服设计，中震或大震弹性设计。

1.2 结构选型

1.2.1 规则性结构的设计。建筑物平、立面布置的规则性是结构选型所重视的，这样的结构有利于抗震和抗风，同时经济合理。结构设计要有明确的计算简图，结构之间传递地震力的途径要合理，同时结构两个主轴方向的动力特征应该相近。平面不规则的结构尽量减少扭转的影响，并应采取增强抗扭度的措施。竖向不规则结构中要注意结构薄弱部位，要有保护措施，避免局部结构薄弱造成整体结构由于连锁反应造成破坏。对于结构设计人员来说，对于严重不规则的建筑不应该采用，这是设计人员必须要遵循的原则。

1.2.2 超高结构的设计。在抗震规范以及高层建筑结构相关规定都对结构的总高度有严格的限制，新的规范对于超高建筑结构适应高度进行了调整，同时还增加了抗震结构设计适用的最大高度要求，结构设计者要对超高结构的高度严格的注意，如果B级高度建筑结构超过B级高度，那么在设计以及结构处理的方式都会发生变化。

1.2.3 嵌固端的设置。在高层建筑中地下室或人防地下室的设置一般在两层或以上，那么选择其结构的嵌固端是结构计算模式中的重要假定，嵌固端设计要均衡的分配某构件的内力，同时还要考虑到其经济性。

2 结构计算

2.1 地震作用及结构振动特性

《抗震规范》规定了规则结构不进行扭转藕连计算时，平行于地震作用方向的两个边榀各构件，其地震作用效应应乘以增大系数。一般情况下，短边可按1.15采用，长边可按1.05采用;当扭转刚度较小时，周边各构件宜按不小于1.3采用。《高规》规定，对于质量和刚度不对称、不均匀的结构或是建筑高度超过一百米的结构要考虑扭转藕连振动影响的振型分解反应谱法。任何空间结构分许都可以考虑到扭转藕连计算，SATWE软件不论结构是否规则总进行扭转藕连计算，因此不必考虑结构边榀地震作用效应增大，只需根据结构设计方案选择“规则”或“不规则”即可。

2.2 结构基本自振周期

程序中给出的结构基本自振周期都是近似的计算，计算出结构基本自振周期后要重新代回计算，需要注意的是，结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比，A级高度高层建筑和B级高度高层建筑的比是不一样的，前者不应大于0.9，后者不应大于0.85。为了减小震害，高层建筑结构设计需要扭转为主的震型不应靠前。

2.3 有效质量系数与计算振型

通常单塔楼多层结构计算振型数取3的倍数，在普通工程结构计算中，最少要9个。但若是两层的結构，不得超过6个，因为每层的自由度为3，所以两层不得超过6个。若震型数取太多会使结构出现异常。计算之后要检查X和Y两个方向的有效质量系数是否大于0.9大于0.9说明地震剪力误差小，可以满足计算震型的要求。

2.4 楼层最小剪重比（地震剪力系数值）

在“技术规范”中对剪重比有着明确规定：抗震验算时，结构每一层的水平地震剪重比不得低于规范规定的最小值。若是楼层剪重比不达标时，首先要检查有效质量系数是否合格。楼层的剪重比要达到质量系数的百分之九十，若达到质量系数不能满足建筑需要，结构刚度和质量之间的分布可能不合理，要对结构方案进行分析进行调整。结构的底部总震力不能满足要求，要对每个结构的楼层的剪力进行调整。

2.5 结构的位移

层间位移角：最大层间位移与层高之间比△U/h是作为刚度控制指标的重要比，抗震设计可以不考虑偏心的影响。位移比：如果考虑到偏心影响水平地震力的作用，那么要取楼层最大弹性水平位移与该楼层两端弹性水平位移的平均值。作为控制结构扭转系数的位移比，若不满足建筑结构的要求，要人工改变结构，减小结构刚心与形心的偏心距，直到符合要求。

2.6 结构设计中其它几个重要的比值

（1）刚度比：计算刚度比是为了控制高层结构竖向规则性，避免发生刚度突变，一般地下室结构顶板的嵌固端是否满足结构要求都要依据刚度比进行设计。（2）刚重比：高层建筑会受到风力荷载的作用或是地震的影响，因此，为了不使结构失去稳定性，要将刚重比控制在合理的设计范围，适宜的减少墙、柱等竖向构件的截面面积。（3）层间受剪承载力之比：按照设计规范进行计算，避免楼层受剪承载力出现突变影响结构性能。（4）轴压比：会影响到墙（柱）抗震性能，限制（柱）轴压比，可以提高结构的延性和耗能能力。如果计算的轴压比不能满足建筑施工要求，在进行人工调整的时候要增大墙（柱）的截面或提高其混凝土强度等级。

3 钢筋混凝土结构设计的建议

3.1 合理简化结构体系

结合工程实际，对复杂结构体系加以合理简化，在概念设计理念的指导之下，在对配筋进行计算时，要充分考虑到客观存在但又容易被忽视的变形及受力影响。对于结构易出问题的部位，要及时采取有效的预防措施进行预先处理。

3.2 对板类构件裂缝控制采取防治措施

对于易出现裂缝的屋面及楼面钢筋混凝土构件，在结构设计时可采用预应力混凝土，或适当增加板厚和设置温度钢筋，在楼面板预埋管线时，对管线进行支架固定，在管线交叉处要采用专门设计的接线盒以减少钢筋混凝土板的刚度削弱。

4 结语

钢筋混凝土结构是高层建筑出现的基础，应该突出钢筋混凝土结构的特性，结合高层建筑的特点，把握高层建筑钢筋混凝土结构设计的关键环节和难点，充分发挥钢筋混凝土结构在整体性和机械性能上的优势，设计出高层建筑钢筋混凝土结构的精品，在实现高层建筑稳定和安全的同时，实现高层建筑舒适度和功能性的保证。

参考文献：

[1]万超，曾志兴.基于耐久性的高性能混凝土配合比设计方法[J].建筑科学.2011（05）

[2]李九，冀晓红.钢筋混凝土结构的耐久性设计[J].科技情报开发与经济.2015（16）