混凝土高层建筑结构设计初探

人们的日常生活水平在发展中得到不断的改善，消费水平要求也在逐渐地提高。在这当下社会，我们最应该重点关注的问题首当其冲便是居住环境，生活条件与居住问题本质上有着千丝万缕的关系。人民的生命财产安全又与住房建筑质量的好坏有着密切联系。这不仅是个人问题，相关单位更应该本着生命负责的态度，对房屋的结构设计以及修建房屋的材料进行严格控制，确保工程施工的质量安全。不仅仅如此，更重要的一点是，若没有采取可行性的建筑设计方案，合理有序的组织管理，那么后续的施工任务很难正常运行。因此我们综合考虑多样化的建筑材料，选择最切合设计要求的施工方案，以此保证建筑工程的顺利进行。

１高层混凝土结构在设计中的要求

高层建筑自身结构设计与其他一般性建筑相比具有一定的特殊性，这就对建筑的抗震性和稳定性提出了更高的要求。混凝土结构在其设计中充分考虑了这一特性，能有效地满足这一要求，达到建筑结构设计所规范的稳定性。其混凝土自身的特点主要表现在以下三个方面：（１）安全性。所谓的安全性就是指在受到外力作用下，混凝土结构能够承担一定的荷载作用并能保证整个结构的安全稳定，且不容易受到湿度及温度湿度的影响。最重要的一点是，混凝土结构在使用的过程当中可以有效地减缓较大应力的撞击，确保建筑结构的整体稳定性，以此确保建筑结构的安全性。在设计中可以考虑采用混凝土材料作施工材料，保证建筑结构处于一种稳定的状态。（２）持久性。由于混凝土材料本身的特性，其抗腐蚀性较强，所以不易受外界恶劣环境的威胁。与其他建筑材料相比较而言，混凝土结构的持久性更为明显。不断完善对建筑结构方面的设计，提高建筑工程中混凝土材料的持久性。（３）实用性。所谓的实用性是从混凝土结构的使用性能上来说的。混凝土结构在正常使用过程中，如果因施工或养护不当而出现严重的断层或裂缝的现象，会严重影响混凝土结构的实用性。因此，需要将这两种可能会出现的状态控制在标准的范围内，满足建筑结构的坚韧度和完整性。由于在设计和施工的过程中混凝土材料存在着一定的优点。因此，在建筑设计中得到了广泛的应用。

２混凝土结构的设计

高层混凝土结构设计中的均匀性、对称性主要体现高层混凝土结构中主体抗侧力结构沿两个主轴方向的变形特性相似、刚度相接近。因此，在高层混凝土结构设计的平面布置中，主体抗侧力结构应注意，同一主体方向的各片抗侧力结构刚度尽可能的均匀，尽量避免在主体结构布置中某几片刚度特别大造成结构延性较差。高层混凝土结构的水平布置中还应注意主体抗侧力结构与中央核心结构以及周边结构的刚度协调均匀，确保主体结构具有良好的抗扭刚度，以避免在风荷载或地震荷载的扭矩作用下对高层混凝土结构物产生过大的扭转变形，对结构或非结构构件造成破坏。

３不规则混凝土结构的设计

高层混凝土结构设计中对不规则混凝土的措施研究，通过国内、国外统计的历次大地震震害结果表明，平面不规则、抗扭转刚度太弱以及质量与刚度偏心的建筑结构，在地震中容易受到较严重的破坏。通过振动台模型试验分析结果表明，在扭转作用下所产生的扭转效应会导致建筑结构的严重破坏。限制建筑结构的扭转效应可从以下两个方面解决：建筑结构平面布置尽可能的规则，避免由于过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应。提高建筑结构的扭转刚度。

４高层建筑结构的受力路线

高层建筑结构中的水平平面结构和竖向平面结构都必须有明确的受力路线。假设某个楼面上有重力荷载的作用，它主要通过楼盖构件的弯曲传递，向下传递给竖向结构的某个构件，逐层传递直到建筑物的基础和地基。受力路线的模式主要根据结构的类别和布置而存在差异。高层建筑结构的底层通常含有少量的立柱，留有足够大的空间可以方便设置宽敞的出入口、前厅以及广场。这时，若含有重力荷载的上层结构需要设置相对密集的柱间距，就必须考虑另一种结构体系，把力传递给底层立柱以及底层立柱的基础和地基。当高层建筑结构的楼面层有突变时（如楼层有收进，或楼层平面变样走形，形成其他形状的平面时），或结构体系有变化时，它们的受力路线也会随之发生改变，这时不但要有竖直方向的转换结构，也要有水平方向的转换结构。在高层建筑结构受力路线中，底层建筑结构与其它层的区别，那就在于高层建筑结构的每个立柱都承受着上层传来的重力荷载，要综合考虑它们各自在施工和使用过程中竖向压缩量的差异。这不单单是设计所要考虑的问题，也是在施工过程中根据实际情况及时加以的调整，以确保各层楼面的水平度，减小因不同柱的压缩量对建筑结构内里的分配不均而造成的破坏。

５地基与基础设计

在建筑基础的具体设计中，应根据地基复杂程度、建筑物的功能以及规模等特征，判定地基可能对建筑破坏或影响建筑正常使用的程度来确定基础设计等级。首先，建筑地基计算应满足设计承载力计算的有关规定；其次，根据高层建筑的基础设计等级的有关规定，设计等级均为甲级或乙级，因此，均应按地基变形设计；如果地下室可能发生上浮问题时，应进行抗浮验算。下面就高层建筑中不同的基础类型分别阐述在设计计算中应注意的事项：在对筏型基础和箱型基础的梁、板进行配筋计算时，还应相应地扣除直接作用地板上的梁板荷载以及自重，当出现箱型基础和筏型基础的四边网格和地基反力过大的情况，这时要对梁板进行加强配筋；而在进行箱型基础结构设计时，要考虑门窗洞口上下的连接梁的影响，验算其截面面积，若洞口的大小或位置有所变动，要复核连接梁的抗弯强度和抗剪强度；若是进行整体箱型基础和筏型基础的相关设计，必须考虑地基桩的因素，其共同工作会对基础结构造成一定程度的影响。

６混凝土刚度处理

在当下高层建筑结构趋向于多元化发展，一方面促进了社会经济的发展，另一方面有效的缓解了城市发展过程中住宅用地紧张的压力。但是高层建筑结构的安全性与稳定性问题，也受到社会各界的普遍关注。为了确保建筑结构自身的强度，保障人们的生命财产安全，必须要提高建筑的竖向负载能力。在我国高层建筑结构当中，剪力墙结构是应用比较多的结构形式之一。剪力墙结构一定程度上可以提升建筑结构的强度，但是过多的应用剪力墙，对于地质条件良好的地区，成为了一种资源浪费。因此，在进行高层建筑结构设计时，要符合建筑位移的有关规定，适当减少对剪力墙的使用，有效地降低施工成本。

７混凝土加固

在当今高层建筑结构设计中常常用混凝土加固处理来提高结构的强度，这种方法主要包括预应力加固和碳纤维加固两种。预应力加固即充分利用预应力技术，将后加拉杆强制性的加固，提高建筑的结构强度。这种加固方法可以有效地改变混凝土内部结构。显著提高混凝土结构应力不足的缺陷。碳纤维加固即将具有极强抗拉）性的碳纤维用环氧树脂粘剂粘贴到建筑结构上，可以显著改善建筑抗拉能力，提高结构强度。这种处理要着重做好管理和维护工作，以防火灾的发生。

混凝土的结构设计对高层建筑结构的安全性和稳定性具有极其重要的影响，混凝土质量的好坏，关系整个建筑结构的工程质量，混凝土结构与高层建筑的设计是相互制约、相互依存的关系，在工程设计当中，要充分利用两者的关系。在施工阶段要综合考虑实际情况对建筑工程可能存在的不利影响，在设计中加以防范解决并不断地改善，以此保证建筑的整体质量。