刍议高层建筑混凝土结构选型布置设计

刍议高层建筑混凝土结构选型布置设计摘要：随着我国国民经济的不断发展，人们的住房环境也有了很大的改善，高层建筑逐渐成为了人们的主要居住形式。同时对于高层建筑的混凝土设计和选型布置方面也给建筑师带来了新的挑战。本文主要从混凝土结构的设计方面入手，重点分析高层建筑之中混凝土结构的设计和应用。关键词：高层建筑；设计；混凝土；选型布置中图分类号：TU355文献标识码：A文章编号：近年来，我国一座座新型的高层建筑拔地而起，成为重要的建筑形式。人们在享受到高层建筑带来空间节省的同时，对于高层建筑的混凝土结构设计，也给建筑师制造了一定的麻烦。我国的高层建筑的混凝土设计目前还存在着一些不成熟的问题，本文主要就混凝土结构的设计和应用展开讨论。我国建筑业发展迅猛，建筑的功能不断完善，工程设计也越来越复杂。钢筋混凝土是在民用建筑中得到广泛应用和空前发展的结构材料。我国已经基本形成了混凝土结构设计规范体系，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。1.高层建筑混凝土结构设计的特点1.1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。1.2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。1.3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.混凝土结构设计的基本原则2.1建筑结构的功能要求建筑结构在正常设计、正常施工、正常使用和正常维修条件下的功能要求，有下列三个：安全性。建筑结构在其设计使用年限内应能够承受可能出现的各种作用。适用性。建筑结构在其设计使用年限内应能满足预定的使用要求，有良好的工作性能，其变形、裂缝或振动等性能均不超过规定的限度等。耐久性。建筑结构在其设计使用年限内应有足够的耐久性。2.2结构可靠性是指结构在规定的时间内、规定的条件下，完成预定功能的能力。但是当建筑结构的使用年限到达或超过设计基准使用期后，并不意味该结构立即报废不能使用了，而是说它的可靠性水平从此要逐渐降低了，在做结构鉴定及必要加固后，仍可继续使用结构可靠度是指结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率，即结构可靠度是结构可靠性的概率度量。结构可靠度的分析就是要合理地确定结构的可靠度水平，使结构设计符合技术先进、经济合理、安全适用和确保质量的要求。3.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。4.上部结构设计4.1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。4.2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。4.3梁的设计由于地震作用、风荷载等水平力的作用，往往使得框架粱的梁端负弯距远大过跨中正弯距。因此，为了避免框架粱负筋过多过密，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，减少粱端负弯跑，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，梁也可偏出柱边一较小尺寸。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La，还应加附加箍筋。5结语高层建筑混凝土结构设计在系统中占据全面的工作，要建设扎实的理论知识、创新的思路和认真负责的工作态度。每一个设计工作人员要从基本的结构抓起，做到知其所以然，并学习其他的专业人士的工作经验和教训。参考文献:1