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【摘要】混凝土结构作为高层建筑的基础结构，直接决定了高层建筑的质量和稳定，文章对高层建筑混凝土结构的稳定设计进行分析，具有一定的借鉴意义。
【关键词】高层建筑；混凝土结构；稳定设计
一、前言
文章对混凝土结构稳定设计的原则进行了介绍，对高层建筑结构中混凝土结构的具体设计方法进行阐述，通过分析，并结合自身实践经验和相关理论知识，对高层建筑混凝土结构的稳定性设计进行探讨。
二、混凝土结构稳定设计的原则
稳定性是混凝土结构的一个突出问题。在各种类型的混凝土结构中，都会遇到稳定问题。对于这个问题处理不好，将会造成不应有的损失。根据稳定性问题在实际设计中的特点提出了以下三项原则并具体阐明了这些原则，以更好地保证混凝土结构稳定设计中构件不会丧失稳定。
1.混凝土结构整体布置必须考虑整个体系以及组成部分的稳定性要求。目前混凝土结构大多数是按照平面体系来设计的，如桁架和框架都是如此。保证这些平面结构不致出平面失稳，需要从混凝土结构整体布置来解决，亦即设计必要的支撑构件。这就是说，平面混凝土结构构件的出平面稳定计算必须和混凝土结构布置相一致。
2..混凝土结构计算简图和实用计算方法所依据的简图相一致，这对框架混凝土结构的稳定计算十分重要。目前设计单层和多层框架混凝土结构时，经常不做框架稳定分析而是代之以框架柱的稳定计算。在采用这种方法时，计算框架柱稳定时用到的柱计算长度系数，应通过框架整体稳定分析得出，才能使柱稳定计算等效于框架稳定计算。然而，实际框架多种多样，而设计中为了简化计算工作，需要设定一些典型条件。
3.设计混凝土结构的细部构造和构件的稳定计算必须相互配合，使二者有一致性。
混凝土结构计算和构造设计相符合，一直是结构设计中大家都注意的问题。对要求传递弯矩和不传递弯矩的节点连接，应分别赋予它足够的刚度和柔度，对桁架节点应尽量减少杆件偏心这些都是设计者处理构造细部时经常考虑到的。但是，当涉及稳定性能时，构造上时常有不同于强度的要求或特殊考虑。例如，简支梁就抗弯强度来说，对不动铰支座的要求仅仅是阻止位移，同时允许在平面内转动。然而在处理梁整体稳定时上述要求就不够了。支座还需能够阻止梁绕纵轴扭转，同时允许梁在水平平面内转动和梁端截面自由翘曲，以符合稳定分析所采取的边界条件。
三、高层建筑结构中混凝土结构的具体设计方法
1.单元结构布局设计的完善
高层建筑的结构设计的主要内容是对各个单元结构进行独立设计。单元结构设计通常应用于一些建筑结构比较简单、规则的平面设计，在设计过程中，需要注意适当的控制平面结构中的整体、突出部分的长度，确保各个部分的承载力和结构强度均匀。在竖向结构的设计中，通常采用一些比较均匀、规则的设计，能够有效的控制建筑外观与内部结构之间的问题。
在其设计过程中，设计人员需要制定结构设计方案，以现有的设计理念和设计专业知识作为依据，以高层建筑实用性、安全性和美观作为前提保障，对混凝土结构进行优化设计，保障其各个单位结构在水平方向和竖直方向的结构强度、承载力等均匀合理的分布。
2.高强混凝土与钢筋使用的优化
混凝土和钢筋是高层建筑的主要施工原料，在具体的设计过程中，需要保障在高层建筑质量的前提下，对高强度的混凝土和钢筋的使用进行相关的优化，减少混凝土和钢筋的使用量，提高资源的配置效率。
例如，在地壳运动较活跃的地区进行高层建筑设计时，设计人员应该明确高层建筑的重量越大，地震的作用程度就越剧烈，在保障高层建筑的质量的前提下，对其进行优化设计，尽量的减少混凝土和钢筋的使用量，降低振动作用程度，提高其建筑结构的稳定性和安全性，延长其使用年限。
3.对剪力墙平面结构设计的合理化
设计人员在对高层建筑混凝土结构进行优化设计时，还需要重视剪力墙平面结构布局对高层整体建筑结构承载力均匀程度的影响。在进行剪力墙平面结构的优化设计时，主要是通过以下几点：一是将高层建筑的基本结构功能作为其设计的依据，最大程度的将剪力墙进行集中化和均匀化设计；二是找准高层建筑的设计基准，对剪力墙进行双向布置，尽可能的减少使用一些短肢剪力墙。
四、高层建筑混凝土结构的稳定性设计
1.高层建筑混凝土结构的临界荷重
高层建筑混凝土结构可视为其有中等长细比的悬臂杆，其高宽比一般为3～9。此悬臂杆的整体失稳或整体楼层失稳形态有三种可能：剪切型、弯曲型及弯剪型。纯框架结构的失稳形态一般为剪切型；剪力墙结构的失稳形态为弯曲型或弯剪型：框架一剪力墙、框架一简体等带有剪力墙或筒体的结构，
2.高层建筑混凝土结构的临界荷重的确定
对于正常使用极限状态结构构件应分别按荷载效应的标准组合以及荷载效应的标准组合并考虑长期作用的影响进行验算以保证变形裂缝等计算值不超出规范规定的限制。
3.在设计中主要控制以下指标
（1）刚度比
刚度比是控制结构竖向不规则的重要指标，规范及软件分别提供了剪切刚度，剪弯刚度和地震力与相应的层间位移比三种刚度比的计算方式，其中剪切刚度主要用于底部大空间为一层的转换结构及对地下室嵌固条件的判定，剪弯刚度主要用于底部大空间为多层的转换结构设计，我们这里强调的是楼层平均剪力与平均层间位移比值的层刚度，通常绝大多数工程都可以用此值来判定结构的竖向规则性，它也是软件刚度比计算的缺省方式。主要为控制结构竖向规则性，以免竖向刚度突变，形成薄弱层，对于形成的薄弱层则应予以加强。
（2）轴压比
规范对轴压比限值按照抗震等级进行了规定，限制框架柱的轴压比主要是为了保证柱的塑性变形能力和框架的抗倒塌能力，控制柱的延性，避免柱在地震作用下的脆性破坏，尽可能使框架柱最终为大偏心受压破坏：确保剪力墙肢底部塑性铰区的延性性能和耗能能力，避免在强烈地震作用下墙体的压溃和丧失竖向荷载的承载能力。结合对其它结构特性的控制及构造措施来间接实现对该值的限制。轴压比不满足时可增大剪力墙、框架柱的截面尺寸、设置芯柱，采用复合箍筋等办法。
（3）剪重比
剪重比是某层对应于水平地震作用标准值的楼层剪力与该层及其上各层重力荷载代表值之和的比值。主要是控制各楼层的最小地震剪力，确保结构能够承担足够的地震作用。由于目前规范采用的振型分解反应谱法不能对此做出准确估计，为确保结构安全，特提出对结构总水平地震剪力及各楼层水平地震剪力最小值的限制。
（4）周期比
结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比。限制结构平面布置的不规则性，避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应；限制结构的抗扭刚度不能太弱，减小扭转对结构产生的不利影响。周期比不满足时采用的调整方法：改变结构平面不规则布置，使结构的质量中心与刚度中心尽可能靠近；提高结构的扭转刚度。SATWE程序中的振型是以其周期的长短排序的，结构的第一、第二振型宜为平动，扭转周期宜出现在第三振型及更高阶振型。当第一振型为扭转时，周期比肯定不满足规范的要求。
五、结束语
高层建筑混凝土结构的稳定性设计的要点在于能否控制好刚度比、轴压比、剪重比、周期比这四个指标，随着经济的发展，高层建筑成为建筑群的主流，因此，加强混凝土结构稳定性设计的研究是非常重要的。
参考文献
[1]刘俊岐.在役混凝土框架结构可靠性评估及维修加固决策研究[D].湖南：湖南大学.2012.
[2]国家标准：GB50068—2001建筑结构可靠度设计统一标准[s].北京：中国建筑工业出版。2011.
[3]潘慧敏.钢纤维混凝土碳化和钢筋锈蚀性能研究[D].成都：西南交通大学，2009.
【关键词】高层建筑；混凝土结构；稳定设计
一、前言
文章对混凝土结构稳定设计的原则进行了介绍，对高层建筑结构中混凝土结构的具体设计方法进行阐述，通过分析，并结合自身实践经验和相关理论知识，对高层建筑混凝土结构的稳定性设计进行探讨。
二、混凝土结构稳定设计的原则
稳定性是混凝土结构的一个突出问题。在各种类型的混凝土结构中，都会遇到稳定问题。对于这个问题处理不好，将会造成不应有的损失。根据稳定性问题在实际设计中的特点提出了以下三项原则并具体阐明了这些原则，以更好地保证混凝土结构稳定设计中构件不会丧失稳定。
1.混凝土结构整体布置必须考虑整个体系以及组成部分的稳定性要求。目前混凝土结构大多数是按照平面体系来设计的，如桁架和框架都是如此。保证这些平面结构不致出平面失稳，需要从混凝土结构整体布置来解决，亦即设计必要的支撑构件。这就是说，平面混凝土结构构件的出平面稳定计算必须和混凝土结构布置相一致。
2..混凝土结构计算简图和实用计算方法所依据的简图相一致，这对框架混凝土结构的稳定计算十分重要。目前设计单层和多层框架混凝土结构时，经常不做框架稳定分析而是代之以框架柱的稳定计算。在采用这种方法时，计算框架柱稳定时用到的柱计算长度系数，应通过框架整体稳定分析得出，才能使柱稳定计算等效于框架稳定计算。然而，实际框架多种多样，而设计中为了简化计算工作，需要设定一些典型条件。
3.设计混凝土结构的细部构造和构件的稳定计算必须相互配合，使二者有一致性。
混凝土结构计算和构造设计相符合，一直是结构设计中大家都注意的问题。对要求传递弯矩和不传递弯矩的节点连接，应分别赋予它足够的刚度和柔度，对桁架节点应尽量减少杆件偏心这些都是设计者处理构造细部时经常考虑到的。但是，当涉及稳定性能时，构造上时常有不同于强度的要求或特殊考虑。例如，简支梁就抗弯强度来说，对不动铰支座的要求仅仅是阻止位移，同时允许在平面内转动。然而在处理梁整体稳定时上述要求就不够了。支座还需能够阻止梁绕纵轴扭转，同时允许梁在水平平面内转动和梁端截面自由翘曲，以符合稳定分析所采取的边界条件。
三、高层建筑结构中混凝土结构的具体设计方法
1.单元结构布局设计的完善
高层建筑的结构设计的主要内容是对各个单元结构进行独立设计。单元结构设计通常应用于一些建筑结构比较简单、规则的平面设计，在设计过程中，需要注意适当的控制平面结构中的整体、突出部分的长度，确保各个部分的承载力和结构强度均匀。在竖向结构的设计中，通常采用一些比较均匀、规则的设计，能够有效的控制建筑外观与内部结构之间的问题。
在其设计过程中，设计人员需要制定结构设计方案，以现有的设计理念和设计专业知识作为依据，以高层建筑实用性、安全性和美观作为前提保障，对混凝土结构进行优化设计，保障其各个单位结构在水平方向和竖直方向的结构强度、承载力等均匀合理的分布。
2.高强混凝土与钢筋使用的优化
混凝土和钢筋是高层建筑的主要施工原料，在具体的设计过程中，需要保障在高层建筑质量的前提下，对高强度的混凝土和钢筋的使用进行相关的优化，减少混凝土和钢筋的使用量，提高资源的配置效率。
例如，在地壳运动较活跃的地区进行高层建筑设计时，设计人员应该明确高层建筑的重量越大，地震的作用程度就越剧烈，在保障高层建筑的质量的前提下，对其进行优化设计，尽量的减少混凝土和钢筋的使用量，降低振动作用程度，提高其建筑结构的稳定性和安全性，延长其使用年限。
3.对剪力墙平面结构设计的合理化
设计人员在对高层建筑混凝土结构进行优化设计时，还需要重视剪力墙平面结构布局对高层整体建筑结构承载力均匀程度的影响。在进行剪力墙平面结构的优化设计时，主要是通过以下几点：一是将高层建筑的基本结构功能作为其设计的依据，最大程度的将剪力墙进行集中化和均匀化设计；二是找准高层建筑的设计基准，对剪力墙进行双向布置，尽可能的减少使用一些短肢剪力墙。
四、高层建筑混凝土结构的稳定性设计
1.高层建筑混凝土结构的临界荷重
高层建筑混凝土结构可视为其有中等长细比的悬臂杆，其高宽比一般为3～9。此悬臂杆的整体失稳或整体楼层失稳形态有三种可能：剪切型、弯曲型及弯剪型。纯框架结构的失稳形态一般为剪切型；剪力墙结构的失稳形态为弯曲型或弯剪型：框架一剪力墙、框架一简体等带有剪力墙或筒体的结构，
2.高层建筑混凝土结构的临界荷重的确定
对于正常使用极限状态结构构件应分别按荷载效应的标准组合以及荷载效应的标准组合并考虑长期作用的影响进行验算以保证变形裂缝等计算值不超出规范规定的限制。
3.在设计中主要控制以下指标
（1）刚度比
刚度比是控制结构竖向不规则的重要指标，规范及软件分别提供了剪切刚度，剪弯刚度和地震力与相应的层间位移比三种刚度比的计算方式，其中剪切刚度主要用于底部大空间为一层的转换结构及对地下室嵌固条件的判定，剪弯刚度主要用于底部大空间为多层的转换结构设计，我们这里强调的是楼层平均剪力与平均层间位移比值的层刚度，通常绝大多数工程都可以用此值来判定结构的竖向规则性，它也是软件刚度比计算的缺省方式。主要为控制结构竖向规则性，以免竖向刚度突变，形成薄弱层，对于形成的薄弱层则应予以加强。
（2）轴压比
规范对轴压比限值按照抗震等级进行了规定，限制框架柱的轴压比主要是为了保证柱的塑性变形能力和框架的抗倒塌能力，控制柱的延性，避免柱在地震作用下的脆性破坏，尽可能使框架柱最终为大偏心受压破坏：确保剪力墙肢底部塑性铰区的延性性能和耗能能力，避免在强烈地震作用下墙体的压溃和丧失竖向荷载的承载能力。结合对其它结构特性的控制及构造措施来间接实现对该值的限制。轴压比不满足时可增大剪力墙、框架柱的截面尺寸、设置芯柱，采用复合箍筋等办法。
（3）剪重比
剪重比是某层对应于水平地震作用标准值的楼层剪力与该层及其上各层重力荷载代表值之和的比值。主要是控制各楼层的最小地震剪力，确保结构能够承担足够的地震作用。由于目前规范采用的振型分解反应谱法不能对此做出准确估计，为确保结构安全，特提出对结构总水平地震剪力及各楼层水平地震剪力最小值的限制。
（4）周期比
结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比。限制结构平面布置的不规则性，避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应；限制结构的抗扭刚度不能太弱，减小扭转对结构产生的不利影响。周期比不满足时采用的调整方法：改变结构平面不规则布置，使结构的质量中心与刚度中心尽可能靠近；提高结构的扭转刚度。SATWE程序中的振型是以其周期的长短排序的，结构的第一、第二振型宜为平动，扭转周期宜出现在第三振型及更高阶振型。当第一振型为扭转时，周期比肯定不满足规范的要求。
五、结束语
高层建筑混凝土结构的稳定性设计的要点在于能否控制好刚度比、轴压比、剪重比、周期比这四个指标，随着经济的发展，高层建筑成为建筑群的主流，因此，加强混凝土结构稳定性设计的研究是非常重要的。
参考文献
[1]刘俊岐.在役混凝土框架结构可靠性评估及维修加固决策研究[D].湖南：湖南大学.2012.
[2]国家标准：GB50068—2001建筑结构可靠度设计统一标准[s].北京：中国建筑工业出版。2011.
[3]潘慧敏.钢纤维混凝土碳化和钢筋锈蚀性能研究[D].成都：西南交通大学，2009.