高层建筑钢筋混凝土结构设计问题

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【摘 要】当前高层和大结构的建筑形式越来越多,钢筋混凝土结构成为建筑主要的设计与施工的内容,如何对钢筋混凝土结构设计进行合理化、优化处理已经成为建筑产业的核心问题.本文对混凝土结构设计的相关要求、高层建筑结构设计的特点及高层建筑混凝土结构优化设计的具体方法进行了分析和探讨.

【关 键 词】高层；建筑；钢筋；混凝土；结构设计

随着城市化的发展和土地资源的日渐减少,高层建筑成为城市发展的象征,其在城市中所占的地位也越来越重要.然而,由于高层建筑的建筑高度较高,即便是最常见的混凝土结构,其结构也很复杂.从设计到施工,不论是哪个环节出错,都有可能使建筑存在安全隐患,甚至导致建筑结构的崩塌.所以,高层建筑混凝土结构设计人员要严格按照规范执行,谨记自己的职责,心系住户的安全,保证设计质量.应该在设计工作中突出钢筋混凝土结构的设计原则,强化钢筋混凝土结构设计要求,对钢筋混凝土结构设计方法做到进一步加强,通过对钢筋混凝土结构优化的设计,实现钢筋混凝土结构的安全、耐久性和抗震性,达到对建筑产业更好适应社会,实现自身发展的目标.

1混凝土结构设计的相关要求

1.1功能要求

建筑结构虽然在不同时期有着不同的设计要求,但在设计使用年限就功能要求而言是一样的,具体的要求有以下三个方面：安全性,高层建筑结构能够按照设计要求那样承受各种作用力,并且对自然灾害和突发情况具有一定的抵抗能力.适用性,高层建筑结构能够具有设计预期的使用要求,并且变形、裂缝或振动等情况发生在规定的限度中,以保证高层建筑正常的使用功能.耐久性,高层建筑的保护层厚度符合规定,裂缝的宽度控制在规定范围内,同时要严格把握好钢筋的抗锈蚀性能.

1.2可靠要求

对于结构可靠性的定义是建筑结构在设计使用期限内,以及正常的施工和维修的情况下,能够按照设计预期的那样具有相应的功能.但也不能说,超过了建筑结构的设计使用期限,该建筑结构就不能使用或是需要报废.实际上是在这个时候,结构的可靠性水平开始降低了,但可以通过定期的加固和维修继续使用.对于结构可靠度的定义是建筑结构在设计使用期限内,以及正常的施工和维修的情况下,完成预期功能的可能性的多少,也可以说结构可靠度是结构可靠性发生的概率.结构可靠度的分析过程就是用合理科学的方式确认结构的可靠性水平,以保证结构设计在技术、经济、安全以及质量上都尽量保持良好.总而言之,建筑结构设计的目的是尽量将经济、质量和功能三个方面结合起来,并达到最优状态.

2高层建筑结构设计的特点

2.1侧向力具有重要的影响

侧向力的影响主要表现在结构内力、结构变形和建筑物土建造价三个方面.在低层建筑主要是用于承受自重、活载和雪载等垂直力以及风地震之类的水平力,其中由于水平荷载对建筑结构的影响不大,甚至可以忽略；在多层建筑中,水平荷载的影响比低层建筑大；然而在高层建筑中,水平荷载和地震力是结构设计的重点.

2.2结构的刚度要适宜

建筑高度的增加,会增加建筑的侧向位移.所以在进行高层建筑结构设计时,不仅要注意结构的强度,还要使结构的刚度适宜,以确保结构既可以保持合理的自振频率,又可以控制好水平力作用下的层位移的范围.

2.3结构的延性

要保持良好高层建筑结构相对于低层建筑所要承受的荷载要大些,并且地震对高层建筑的影响也比低层建筑大.要想提高建筑结构的抗震性能,就要从结构的承载力和变形能力两个方面入手.只有确保了结构强大的变形能力,才能减小地震对建筑物的损坏,避免建筑物倒塌.要想达到这样的效果,首先要保证结构具有足够的强度,然后是提高薄弱部位的变形能力,使结构具有很好的延性.

3高层建筑混凝土结构优化设计的具体方法

整体是由局部组成的,局部的情况反作用于整体,重要的局部甚至对整体起到决定性的作用.高层建筑混凝土结构设计是高层建筑结构设计的主要部分,它的设计必须与整体结构相适应.现今,国内外建筑结构设计人员在保证整体结构合理的前提下,追求局部结构的承载力最大化.至今为止,虽然国内外很多学者和建筑设计人员都对此作了很多研究,但仍没有形成一种适用于高层建筑结构设计的成熟的数学模型.对于数字模型的要求是既能够满足各种结构设计的规范和要求,又能够让设计人员觉得方便和实用,所以在不断地实践之后,局部结构承载力的最大化成了最重要的目标.实质上,优化设计的重点是要将整体和局部统一起来,下面就是优化高层建筑混凝土结构设计方案的三种方法：

3.1高强砼和高强钢筋的合理使用

在建筑施工过程中,钢的花费在建筑总花费中占有很大的比重.因此,对于钢的用量要进行严格控制,合理地使用高强钢筋,避免过度用钢造成建筑施工资金不足或紧张.同时对于地基较软弱的高层建筑,合理布置强砼和高强钢筋高优化构件截面尺寸,不仅可以减少造价,还可以减轻地基载荷,方便施工.建筑物的自重越大,地震对其破坏的程度就越大,所以还可以通过减轻建筑自重来降低地震对建筑物的损坏,而合理使用高强砼和高强钢筋可以有效地减轻自重,达到降低造价和降低地震对建筑物破坏的程度.

3.2注重剪力墙的平面布置具体的要从以下几项做起：

（1）剪力墙的布置要遵循周边均匀和相对集中的原则,当然前提是要保证建筑的使用功能.通常情况下剪力墙的位置是布置在建筑物的楼梯间、电梯间处以及平面形状变化及恒载较大的部位,其间距也要控制好,间距过大或过小都不可以.（2）剪力墙墙肢截面要简单规则,不宜太复杂,同时剪力墙结构的侧向刚度也要适宜.（3）短肢剪力墙的数量不宜太多,因为较多的短肢剪力墙没有联合剪力的效果好,特别是全部为短肢剪力墙的情况决不能发生.

3.3注重结构抗震性能合理设计

混凝土筒体的承载力和延性,这里特别强调了混合结构体系的高层建筑.为了保证高层建筑的抗震性能,型钢柱的设置位置与设置方法要根据建筑高度的不同而选择适用的.当建筑物高度不超过130m时,并且抗震设防等级多为7级；筒体四角和楼面钢梁与型钢混凝土梁的交接处设置型钢柱,建筑物的高度一般高于130m,型钢柱的位置设在筒体四角,抗震设防等级要设为7、8、9级,避免框架的刚度及承载力不达标.要想通过刚性连接框架平面内柱与梁的方法增强框架的刚度和水平承载力,降低水平作用力使楼层侧移的可能性,可使用以下方法：一是设置外伸桁架加强层；二是采用分段拼装外伸桁架与筒体剪力墙刚接的方法；三是均匀布置贯通性的刚接桁架与抗侧力墙体.

4结束语

总之,建筑结构设计人员不仅要熟练地掌握高层建筑结构设计的要求和内容,还要学会综合考虑,将结构的实用性和美观性结合起来,将整体结构与局部结构结合起来.另外还要在实践中不断积累经验,补充专业知识,最大程度上优化建筑结构设计.