高层建筑混凝土结构设计剖析

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 高层建筑混凝土结构设计剖析 摘要：改革开放以来，我国高层 建筑发展迅速，设计思路也不断更新， 结构体系日趋多样化，这样就对给高层 建筑设计和分析的人士提出了更高的要 求。本文从高层建筑混凝土结构的特点、 地基与基础设计及建筑上部结构设计等 方面剖析了高层建筑混凝土结构的设计 方案。 中国论文网 /2/view-12912131.htm 关键词：高层建筑混凝土结构 设计 中图分类号: TU208.3 前言 近年来，我国建筑业迅猛发展， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 建筑功能不断丰富，致使工程设计越来 越复杂。钢筋混凝土作为结构材料在民 用建筑中得到广泛的应用和空前的发展。 在高层建筑的结构设计中，侧向位移因 素的存在使得高层建筑在设计过程中除 了需要保证良好的强度外，还必须具备 足够的刚度。我国的混凝土结构设计规 范已经基本形成体系，但在设计方面仍 存在一定的空缺和问题。本文总结了高 层建筑混凝土结构设计的特点，提出了 高层建筑混凝土结构的设计方案，以促 进高层建筑事业的进一步发展。 一、建筑结构混凝土设计特点 1.1 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 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 素。 1.2 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经要求结构 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。 1.3 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。因此,在结构设计中应 综合考虑这些因素,合理设计,使结构具 有足够的强度、适宜的刚度、良好的延 性。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 二、 地基与基础设计 “万丈高楼平地起 ”，地基的好坏 将决定一个工程的最终质量，因此，在 高层建筑混凝土结构设计中，地基与基 础设计是工程的关键。由于上部荷载的 巨大差异，设计满足要求的高层建筑主 体结构本身筒体与周边结构之间的沉降 差和高层主体与裙房或者纯地下结构之 间的沉降差对地基方案的选择起着决定 性的作用，因此，高层建筑设计主要要 把握沉降设计。那么如何进行地基设计 呢？笔者主要采用以下两种方案： 一种方案是设计沉降缝。为避免 不均匀沉降对建筑物带来的灾害，对于 长度较大的建筑物，在建筑平面的转折 部位、建筑物高度差异处以及长高比过 大的砌体承重结构、地基土压缩性存在 明显差异处设置沉降缝，沉降缝能够将 建筑物分割成独立的单元，从而实现使 各单元产生的沉降互不影响，因此也就 避免了不均匀沉降对建筑物带来的灾害。 另一种方案是地基基础处理。在建筑纵 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 横墙体相交处，存在着基础面积重叠现 象。从而造成地基受力面积重复，地基 应力加大。因此，必须调整某局部基础 宽度以满足地基承载力的要求。具体做 法：一是当基础底面压力设计值超过地 基承载力设计值不足 10时，可采用提 高上部结构抵抗不均匀沉降能力的措施。 二是当基础底面压力设计值超过地基承 载力设计值 10及以上或建筑已出现不 容许的沉降和裂缝时，可采取放大基础 底面积、加固地基或减少荷载的措施。 三、上部结构设计 1、剪力墙结构设计 高层建筑应有较好的空间工作性 能，剪力墙结构应双向布置，形成空间 结构。在设计中若框剪结构剪力墙布置 不均匀，单肢刚度过大的剪力墙经常出 现，从而导致应力的过度集中，造成剪 力墙的部分破坏。因此，我们应该通过 设计有选择地连接两片剪力墙，从而保 持建筑物延性的连梁破坏，从而使柱子 的完整性得以保证，这就是我们说的延 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 性设计和连梁设计。设计要点是一方面 为加强塑性铰区的塑性转动能力，及防 止混凝土压溃前受压钢筋过早压屈，我 们应在在梁的两端设置箍筋加密区。同 时，为防止粘结破坏，可以在设计中采 取措施使塑性铰外移，将塑性铰从柱面 移开一定距离，从而避免梁端钢筋屈服 后向核心区发展。另一方面，可以设置 底部加强区，设置约束边缘构件，从而 使截面的塑性变形能力增大。主要包括 沿墙肢截面的长度和墙肢的高度，箍筋 数量，水平分布筋在约束边缘构件内的 锚固以及确保一定的纵筋面积的设计， 从而符合约束边缘构件的构造要求。另 外，剪力墙的抗侧刚度及承载力均较大， 为充分利用剪力墙的能力，减轻结构重 量，增大剪力墙结构的可利用空间，墙 不宜布置太密，使结构具有适宜的侧向 刚度。 2、柱的设计 地震作用下，框架短柱刚度大， 吸收较大的地震力，极易产生剪切破坏 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 而形成结构抗震薄弱部位。因此，在框 架结构的双跑板式楼梯设计时，为避免 “框架短柱”的形成，应采取下列措施： 一是采用复合箍筋沿柱全高加密的方式 处理，同时保证短柱的纵向钢筋对称布 置，且每侧的纵向钢筋配筋率不宜大于 12。二是通过提高构件受剪承载力 和受压承载力的方法来改善短柱的抗震 性能，主要措施有在柱中配置螺旋箍筋、 普通复合箍筋，加强对混凝土的约束， 使混凝土的抗压强度得到提高，从而防 止构件在大剪压比情况下发生剪切破坏。 3、梁的设计 由于地震作用、风荷载等水平力 的作用，往往使得框架梁的梁端负弯距 远大过跨中正弯距。因此，为了避免框 架梁负筋过多过密，在设计中我们往往 都应将框架粱的负弯距乘以一个 085 左右的调幅系数进行调幅，减少梁端负 弯跑，并使跨中正弯距相应增加，做到 粱的上下配筋均匀一致。同时，当不计 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 算活荷载或不计算活荷载不利布置时， 可通过此参数调整梁在恒活荷载作用下 跨中正弯矩，一般取 1.11.2，在选用 时应注意：如果活荷载考虑不利布置时 此系数取 1.0。另外，当梁底距外窗顶 尺寸较小时，宜加大梁高做至窗顶，使 外部框架梁尽量做成梁外皮与柱外皮齐 平。当建筑有要求时，梁也可偏出柱边 较小尺寸。梁与柱的偏心可大于 1/4 柱 宽，并宜小于 1/3 柱宽。同时，折梁阴 角在下时纵筋应断开，并锚入受压区内 L