论文部分内容阅读
摘要：随着经济的快速发展，人们对建筑功能及形体的多样性要求也不断提高，高层建筑、平面及立面復杂的非常规的建筑不断出现，为实现建筑构想，要求结构设计针对工程的特殊情况，采取有效的结构措施。在现代的高层建筑混凝土结构设计中，怎样才能够提高混凝土结构设计的水平和提高建筑的质量和性能，已成为了当前设计与施工人员待解决的问题。
关键词：高层 混凝土 结构 设计
中图分类号：TU97 文献标识码：A
一、 高层建筑混凝土结构的设计要求
高层建筑结构设计应特别注重概念设计，重视结构的选型和平面、立面布置的规则性，加强构造措施，择优选用抗震和抗风性能好且经济合理的结构体系。在抗震设计时，应保证结构的整体抗震性能，使整体结构具有必要的承载能力、刚度和延性，注重平面、立面的规则性问题，注意竖向荷载的传力途径问题、抗侧力体系问题（如非震区建筑的抗风问题，地震区建筑的风、地震作用问题）。
（1）侧向力要求。
目前，高层建筑的结构设计中，其结构内力与变形等问题，主要受到地震的水平作用力及外部环境中的风力等因素的影响，层数的不断增多会带动水平作用力的持续加大。所以，在设计混凝土结构时，必须要充分地将这些侧向力的影响考虑在内。
（2）延性要求。
高层建筑的结构柔性比低层的楼房要高，一旦遭遇地震等问题，会发生更大幅度的作用变形，若要避免建筑在地震等作用下发生倒塌变形等问题，应使结构具有一定的延性。采用延性结构的意义在于在实现超静定结构的内力重分布；承受荷载及作用（如地震、爆炸、震动、风等）时，吸收更大的能量，减轻破坏程度，有利于房屋的修复和继续使用，还能使结构的破坏过程缓慢，有明显预兆，提高逃生时机，减少人员伤亡。
（3）刚度要求。
高层建筑结构设计时应注意楼层侧向刚度突变。由于建筑体型复杂或主要抗侧力结构体系在竖向布置不连续造成应力集中和塑形变形集中现象，如果不进行适当加强，将先于相邻部位进入塑形变形阶段，造成塑形变形集中，最终导致严重破坏甚至倒塌。
二、 高层建筑混凝土结构的具体设计方法
（1）混凝土与钢筋使用
高层建筑在建设时需要耗费较多的混凝土、钢筋等材料，若结构布置不合理，结构体系不合理势必会造成建筑材料总造价的超限，同时加大其他构件的造价，从而降低建筑建设的经济效益。因此，结构设计人员应当对整个结构根据其使用条件进行合理的优化控制。以软土地基上的高层建筑设计为例，该结构地基受到的荷载较大，设计人员可以通过优化高强度的混凝土以及钢材的使用，使建筑中各构件的截面尺寸得到合理优化，从而减轻建筑的结构自重，使建筑的基础工程建设难度得到大幅度的削减，降低工程的地基处理工作造价。再以位于震区的高层建筑的结构设计为例，建筑的自重与地震作用程度成正比例关系，设计人员通过设计将的混凝土与钢筋的使用量减少，通过合理的结构布置，可以在减轻其梁、板、墙、柱等构件自重的基础上，降低地震的作用力，进而保证建筑结构的安全程度，使建筑的整体安全度得以提升。
（2）结构布局设计
建筑布置是影响结构布置的关键因素，合理的建筑布置对结构设计是极其重要的。震害调查表明：简单、对称的建筑结构在地震时较不易破坏，且容易估计地震时的反应，已采取抗震构造措施和细部处理。合理布置可以使结构具有明确的传力途径，能较为准确地估计结构在竖向荷载、风荷载及地震作用下的效应，结构具有明确的关键部位，结构措施的有效性大为提高；如果相反的，采用不规则的结构（尤其是特别不规则的结构）时，将难以估计各种效应难以把握结构的关键部位及薄弱层，结构产生较大的偏心，扭转效应增加，结构措施的有效性大打折扣，设计费用高，效果差。
三、高层混凝土建筑抗震结构设计方法
（1）加强建材的选择
对于建筑工程而言，其材料属于基础，因此在抗震方案设计中，不可忽视建材的选择。为了提高建材的的抗震性能，不仅需要对建材承载力进行分析，还应加强建材的抗震性能参数分析，从整体上进行所有建材的参数变异性的分析。换句话说，从抵抗地震来选择建材就应控制好建筑结构的延性，为了达到这个方面的需求，就需要选择满足抗震需求同时也经济适用的建材。
（2）概念设计及设计参数的合理选择
在进行抗震结构方案设计时，需要进行概念设计，以明确结构体系地震作用的传递途径，同时也使得结构拥有更多的抗震防线。结构最大且适用高度等应控制在规范的允许范围之内，以便结构拥有足够的延性。在剪力墙的布置上理应对称与均匀，而且应在横纵两方向上都要合理布置，使得两个主轴方向上的刚度能保持一致，且动力特性（周期和振型）相近；强调的是两个方向的均匀性。对横墙较多、纵墙较少（或横墙较少、纵墙较多）的建筑应给予重视，这些建筑在强烈地震时，往往会由于某一方向太弱而率先破坏，从而引起整个建筑结构的倒塌。
（3）重视抗震结构的概念设计
由于地震的不可预知性实际地震的大小是现有科学水平难以准确预估的，同一建筑场地地面运动的不确定性，不同性质的地面运动对建筑的破坏作用也不相同，因此要进行抗震概念设计，既要“重概念，轻精度”。重视建筑和结构的总体布置，完善结构的细部构造。
抗震概念设计就是把地震极其影响的不确定性和规律性结合起来，设计时应着眼于结构的总体反应，依据结构破坏机制和破坏过程，灵活运用抗震设计准则，从一开始就全面合理地把握好结构设计的本质问题（如把握好总体布置、结构体系、承载能力与刚度分布、结构延性等），注重关键部位的细节，力求消除结构中的薄弱环节（或对关键部位制定明确的抗震性能目标），从根本上保证结构的抗震性能。结构的概念设计不是拒绝复杂的结构设计，而是要求在处理复杂结构设计时结构设计的最佳选择，不合理方案带来的一系列不良后果、以及经济效益问题，不是指手画脚的空洞说教，而是实实在在的丰富内涵的设计工作，需要工作积累经验。
（4）科学选择高层建筑结构体系
在高层建筑结构设计的时候，首先就要充分考虑该高层建筑的房屋高度、使用功能、抗震设防烈度、高宽比、地基情况、场地类别及施工技术等，通过综合的分析与研讨，最终科学选择高层建筑结构体系。就当前来看，我国普遍适用的高层混凝土建筑结构体系主要有：框架、剪力墙、框架—剪力墙、筒体结构等。当房屋高度不高、层数不多时，可考虑采用框架结构，当房屋高度较高且设防烈度较高时，应尽量采用框架-剪力墙、剪力墙、筒体结构。
四、就其中的前三者进行简要的阐述与探讨：
1．框架结构
高层建筑结构采用框架结构时，其室内空间可以灵活布置。当高层建筑层数不多时，水平荷载所承受的力不大，同时对结构的影响也很小，因此采用框架结构就比较合理。如果房屋高度接近框架结构房屋的最大适用高度时，仍采用框架结构体系，由于框架结构的侧向刚度较小，整体性能较差，结构抗震性能较差，应严格限制框架结构房屋的实际使用高度，尤其高烈度地区。应采用比框架结构更好的结构体系，或者设置少量的适当的剪力墙，以改善框架结构的抗震性能。
2．剪力墙结构
这种结构主要指的是剪力墙随着纵向与横向采用多轴线斜交布置或者正交布置，而全部的水平及竖向荷载最终都由钢筋混凝土墙体所承受，其本质为刚性，同时以弯曲变形为主。这种结构有着很好的抗侧力，并且在水平力的作用下侧向变形很小，空间的整体性不错。但是，由于剪力墙结构自身的重量过大，使得建筑的平面布置过于局限，无法满足内部过大的建筑需求。因此，剪力墙结构主要用在墙体布置较多且房屋面积要求不大的建筑中。
3．框架一剪力墙结构
框架一剪力墙结构当属框架结构与剪力墙结构的有机结合，指的是在框架结构中适当增设剪力墙，从而实现建筑结构的刚柔并进，能屈能伸。这种结构能够为建筑提供更为广阔的使用空间，并且框架与剪力墙可以共同承当水平作用力。但是，两种结构在刚度及变形上都有着一定的差异，因此需要通过一定的辅助来促使两者的变形保持一致，当前主要是在各层楼板间下功夫，以此实现两者的协同运作。两者受力不同，但是通过了变位协调之后，顶部的框架可以协助剪力墙抗震，同时底部的剪力墙也可以协助框架共同抗震，以此实现两者的优势结合，最大化提升抗震性能。此种结构模式普遍适用于不同高度的建筑物结构设计中。
五、 高层建筑抗震设计应采用多道抗震防线
由于破坏性强震具有持续时间长，脉冲往复次数多等特点，单一的结构体系的房屋如果只有一道防线，一旦破坏，接踵而来的持续地震动将会造成房屋的倒塌。当房屋设置多道防线时，可以保证房屋最低限度的安全，避免房屋倒塌，也是“大震不倒”的需求。一个抗震结构体系，应由若干个岩性较好的分体系组成，并有延性较好的结构构件连接起来协同工作。
地震倒塌是由于结构丧失承受竖向荷载的能力二破坏，因此第一道防线应优先选择不负担或尽量少负担重力荷载的构件（如支撑或填充墙）或稳定性较好的结构构件（如轴压比较小的剪力墙筒体构件等），以保证结构具有充分的抗倒塌能力。
六、 结语
综上所述，结构体系，抗震性能设计对加强对高层建筑混凝土结构设计是非常必要的。为了满足建筑的要求，建筑结构设计人员应选取合理的方案，合理的结构体系，使其满足建筑性能要求。高层建筑已经成为了现代建筑的标志，而随着混凝土在现代建筑工程中的发展应用，使得现代建筑的质量和性能都得到了大幅度提升，从而为我国的城市建设奠定了坚实的基础。
参考文献:
［1］ 张 鑫． 试析高层建筑混凝土结构的优化设计［J］． 建筑知识，2012( 8) :31-32．
［2］ 刘日望． 高层建筑中混凝土结构的优化设计要点浅谈［J］．华东科技，2012( 4) :10-12．
［3］ 陆小琪． 高层建筑混凝土结构优化设计分析［J］． 建材发展导向，2011( 9) :67-68．
［4］ 王广辉． 浅析高层建筑中混凝土结构的优化设计［J］． 科技风，2011( 7) :44-45．
关键词：高层 混凝土 结构 设计
中图分类号：TU97 文献标识码：A
一、 高层建筑混凝土结构的设计要求
高层建筑结构设计应特别注重概念设计，重视结构的选型和平面、立面布置的规则性，加强构造措施，择优选用抗震和抗风性能好且经济合理的结构体系。在抗震设计时，应保证结构的整体抗震性能，使整体结构具有必要的承载能力、刚度和延性，注重平面、立面的规则性问题，注意竖向荷载的传力途径问题、抗侧力体系问题（如非震区建筑的抗风问题，地震区建筑的风、地震作用问题）。
（1）侧向力要求。
目前，高层建筑的结构设计中，其结构内力与变形等问题，主要受到地震的水平作用力及外部环境中的风力等因素的影响，层数的不断增多会带动水平作用力的持续加大。所以，在设计混凝土结构时，必须要充分地将这些侧向力的影响考虑在内。
（2）延性要求。
高层建筑的结构柔性比低层的楼房要高，一旦遭遇地震等问题，会发生更大幅度的作用变形，若要避免建筑在地震等作用下发生倒塌变形等问题，应使结构具有一定的延性。采用延性结构的意义在于在实现超静定结构的内力重分布；承受荷载及作用（如地震、爆炸、震动、风等）时，吸收更大的能量，减轻破坏程度，有利于房屋的修复和继续使用，还能使结构的破坏过程缓慢，有明显预兆，提高逃生时机，减少人员伤亡。
（3）刚度要求。
高层建筑结构设计时应注意楼层侧向刚度突变。由于建筑体型复杂或主要抗侧力结构体系在竖向布置不连续造成应力集中和塑形变形集中现象，如果不进行适当加强，将先于相邻部位进入塑形变形阶段，造成塑形变形集中，最终导致严重破坏甚至倒塌。
二、 高层建筑混凝土结构的具体设计方法
（1）混凝土与钢筋使用
高层建筑在建设时需要耗费较多的混凝土、钢筋等材料，若结构布置不合理，结构体系不合理势必会造成建筑材料总造价的超限，同时加大其他构件的造价，从而降低建筑建设的经济效益。因此，结构设计人员应当对整个结构根据其使用条件进行合理的优化控制。以软土地基上的高层建筑设计为例，该结构地基受到的荷载较大，设计人员可以通过优化高强度的混凝土以及钢材的使用，使建筑中各构件的截面尺寸得到合理优化，从而减轻建筑的结构自重，使建筑的基础工程建设难度得到大幅度的削减，降低工程的地基处理工作造价。再以位于震区的高层建筑的结构设计为例，建筑的自重与地震作用程度成正比例关系，设计人员通过设计将的混凝土与钢筋的使用量减少，通过合理的结构布置，可以在减轻其梁、板、墙、柱等构件自重的基础上，降低地震的作用力，进而保证建筑结构的安全程度，使建筑的整体安全度得以提升。
（2）结构布局设计
建筑布置是影响结构布置的关键因素，合理的建筑布置对结构设计是极其重要的。震害调查表明：简单、对称的建筑结构在地震时较不易破坏，且容易估计地震时的反应，已采取抗震构造措施和细部处理。合理布置可以使结构具有明确的传力途径，能较为准确地估计结构在竖向荷载、风荷载及地震作用下的效应，结构具有明确的关键部位，结构措施的有效性大为提高；如果相反的，采用不规则的结构（尤其是特别不规则的结构）时，将难以估计各种效应难以把握结构的关键部位及薄弱层，结构产生较大的偏心，扭转效应增加，结构措施的有效性大打折扣，设计费用高，效果差。
三、高层混凝土建筑抗震结构设计方法
（1）加强建材的选择
对于建筑工程而言，其材料属于基础，因此在抗震方案设计中，不可忽视建材的选择。为了提高建材的的抗震性能，不仅需要对建材承载力进行分析，还应加强建材的抗震性能参数分析，从整体上进行所有建材的参数变异性的分析。换句话说，从抵抗地震来选择建材就应控制好建筑结构的延性，为了达到这个方面的需求，就需要选择满足抗震需求同时也经济适用的建材。
（2）概念设计及设计参数的合理选择
在进行抗震结构方案设计时，需要进行概念设计，以明确结构体系地震作用的传递途径，同时也使得结构拥有更多的抗震防线。结构最大且适用高度等应控制在规范的允许范围之内，以便结构拥有足够的延性。在剪力墙的布置上理应对称与均匀，而且应在横纵两方向上都要合理布置，使得两个主轴方向上的刚度能保持一致，且动力特性（周期和振型）相近；强调的是两个方向的均匀性。对横墙较多、纵墙较少（或横墙较少、纵墙较多）的建筑应给予重视，这些建筑在强烈地震时，往往会由于某一方向太弱而率先破坏，从而引起整个建筑结构的倒塌。
（3）重视抗震结构的概念设计
由于地震的不可预知性实际地震的大小是现有科学水平难以准确预估的，同一建筑场地地面运动的不确定性，不同性质的地面运动对建筑的破坏作用也不相同，因此要进行抗震概念设计，既要“重概念，轻精度”。重视建筑和结构的总体布置，完善结构的细部构造。
抗震概念设计就是把地震极其影响的不确定性和规律性结合起来，设计时应着眼于结构的总体反应，依据结构破坏机制和破坏过程，灵活运用抗震设计准则，从一开始就全面合理地把握好结构设计的本质问题（如把握好总体布置、结构体系、承载能力与刚度分布、结构延性等），注重关键部位的细节，力求消除结构中的薄弱环节（或对关键部位制定明确的抗震性能目标），从根本上保证结构的抗震性能。结构的概念设计不是拒绝复杂的结构设计，而是要求在处理复杂结构设计时结构设计的最佳选择，不合理方案带来的一系列不良后果、以及经济效益问题，不是指手画脚的空洞说教，而是实实在在的丰富内涵的设计工作，需要工作积累经验。
（4）科学选择高层建筑结构体系
在高层建筑结构设计的时候，首先就要充分考虑该高层建筑的房屋高度、使用功能、抗震设防烈度、高宽比、地基情况、场地类别及施工技术等，通过综合的分析与研讨，最终科学选择高层建筑结构体系。就当前来看，我国普遍适用的高层混凝土建筑结构体系主要有：框架、剪力墙、框架—剪力墙、筒体结构等。当房屋高度不高、层数不多时，可考虑采用框架结构，当房屋高度较高且设防烈度较高时，应尽量采用框架-剪力墙、剪力墙、筒体结构。
四、就其中的前三者进行简要的阐述与探讨：
1．框架结构
高层建筑结构采用框架结构时，其室内空间可以灵活布置。当高层建筑层数不多时，水平荷载所承受的力不大，同时对结构的影响也很小，因此采用框架结构就比较合理。如果房屋高度接近框架结构房屋的最大适用高度时，仍采用框架结构体系，由于框架结构的侧向刚度较小，整体性能较差，结构抗震性能较差，应严格限制框架结构房屋的实际使用高度，尤其高烈度地区。应采用比框架结构更好的结构体系，或者设置少量的适当的剪力墙，以改善框架结构的抗震性能。
2．剪力墙结构
这种结构主要指的是剪力墙随着纵向与横向采用多轴线斜交布置或者正交布置，而全部的水平及竖向荷载最终都由钢筋混凝土墙体所承受，其本质为刚性，同时以弯曲变形为主。这种结构有着很好的抗侧力，并且在水平力的作用下侧向变形很小，空间的整体性不错。但是，由于剪力墙结构自身的重量过大，使得建筑的平面布置过于局限，无法满足内部过大的建筑需求。因此，剪力墙结构主要用在墙体布置较多且房屋面积要求不大的建筑中。
3．框架一剪力墙结构
框架一剪力墙结构当属框架结构与剪力墙结构的有机结合，指的是在框架结构中适当增设剪力墙，从而实现建筑结构的刚柔并进，能屈能伸。这种结构能够为建筑提供更为广阔的使用空间，并且框架与剪力墙可以共同承当水平作用力。但是，两种结构在刚度及变形上都有着一定的差异，因此需要通过一定的辅助来促使两者的变形保持一致，当前主要是在各层楼板间下功夫，以此实现两者的协同运作。两者受力不同，但是通过了变位协调之后，顶部的框架可以协助剪力墙抗震，同时底部的剪力墙也可以协助框架共同抗震，以此实现两者的优势结合，最大化提升抗震性能。此种结构模式普遍适用于不同高度的建筑物结构设计中。
五、 高层建筑抗震设计应采用多道抗震防线
由于破坏性强震具有持续时间长，脉冲往复次数多等特点，单一的结构体系的房屋如果只有一道防线，一旦破坏，接踵而来的持续地震动将会造成房屋的倒塌。当房屋设置多道防线时，可以保证房屋最低限度的安全，避免房屋倒塌，也是“大震不倒”的需求。一个抗震结构体系，应由若干个岩性较好的分体系组成，并有延性较好的结构构件连接起来协同工作。
地震倒塌是由于结构丧失承受竖向荷载的能力二破坏，因此第一道防线应优先选择不负担或尽量少负担重力荷载的构件（如支撑或填充墙）或稳定性较好的结构构件（如轴压比较小的剪力墙筒体构件等），以保证结构具有充分的抗倒塌能力。
六、 结语
综上所述，结构体系，抗震性能设计对加强对高层建筑混凝土结构设计是非常必要的。为了满足建筑的要求，建筑结构设计人员应选取合理的方案，合理的结构体系，使其满足建筑性能要求。高层建筑已经成为了现代建筑的标志，而随着混凝土在现代建筑工程中的发展应用，使得现代建筑的质量和性能都得到了大幅度提升，从而为我国的城市建设奠定了坚实的基础。
参考文献:
［1］ 张 鑫． 试析高层建筑混凝土结构的优化设计［J］． 建筑知识，2012( 8) :31-32．
［2］ 刘日望． 高层建筑中混凝土结构的优化设计要点浅谈［J］．华东科技，2012( 4) :10-12．
［3］ 陆小琪． 高层建筑混凝土结构优化设计分析［J］． 建材发展导向，2011( 9) :67-68．
［4］ 王广辉． 浅析高层建筑中混凝土结构的优化设计［J］． 科技风，2011( 7) :44-45．