高层建筑混凝土结构的稳定设计

高层建筑混凝土结构的稳定设计

【摘要】高层建筑的日益多样化、复杂化、独特创新化的特点给建筑事业带来了新的难题，特别是高层建筑混凝土结构的稳定性设计问题，成为了关注的重点。本文根据相关实践经验和理论基础阐述了高层建筑混凝土结构的稳定设计的原则和优化对策，具有现实指导意义。

【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、结构布置原则

1、在结构体系上，应重视结构的选型和平、立面布置的规则性，择优选用抗震和抗风性能好且经济合理的结构体系。结构应具有明确的计算简图和合理的传递地震力途径，结构在两个主轴方向的动力特性宜相近。

2、在一个的结构单元内，应避免应力集中的凹角和狭长的缩颈部位；避免在凹角和端部设置楼、电梯间；减少地震作用下的扭转效应。竖向体型尽量避免外挑，内收也不宜过多、过急，结构刚度、承载力沿房屋高度方向不宜均匀、连续分布、避免造成结构的软弱或薄弱的部位。

3、嵌固端的设置问题，由于高层建筑一般都带有二层或二层以上的地下室和人防，嵌固端有可能设置在地下室顶板，也有可能设置在人防顶板等位置，不注意此项可能导致后期设计工作的大量修改或埋下安全隐患。

三、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。

四、高层建筑混凝土结构的临界荷重及确定

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。根据混凝土设计规范___的规定)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。由于研究性试验并不一定根据某一具体的荷载情况来设计试验结构构件因而不能像检验性试验一样)直接根据荷载的标准值来确定荷载标准组合设计值s，然后再按试验加载图式换算为结构构件的使用状态短期试验荷载值。

五、高层建筑混凝土结构设计特点

1、风或水平地震作用成为影响混凝土结构内力、混凝土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。在低层混凝土结构中,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、混凝土结构应具有良好的延性。相对于较低楼房而言,高楼混凝土结构更柔一些,在地震作用下的变形更大一些。建筑混凝土结构的耐震主要取决于混凝土结构的承载力和变形能力两个因素。为了使混凝土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,来提高整个混凝土结构、特别是薄弱层(部位)的变形能力,来保证混凝土结构具有足够的延性。因此,在混凝土结构设计中应综合考虑这些因素,合理设计,使混凝土结构具有足够的强度、适宜的刚度、良好的延性。

六、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。

七、高层建筑混凝土结构的稳定设计的建议

1、风荷戴或多遇地震作用下结构的稳定设计。高层建筑混凝土结构在风荷载或多遇地震作用下的稳定设计拟控制结构的刚重比，以P．A效应，同时在结构位移计算及构件承载力设计中需考虑P．A效应的不利影响。

2、稳定设计中刚重比控制值与位移限值的关系。“高层规定”中对不同结构体系提出了位移限值，以控制结构刚度不致过弱。但是，结构满足位移限值并不一定都能满足稳定设计对刚重比的控制值。特别是当结构的设计水平荷载较小时，结构刚度虽然较低，其计算位移仍能满足位移限值要求；然而，稳定设计中对刚度的控制与水平荷载的大小是无关的。

3、地震作用下。结构稳定设计主要是做好在多遇地震作用下的稳定设计，从而使结构在罕遇地震作用下的P．△效应得到控制，弥补结构耗能能力的下降，并可防止结构的失稳倒塌。对罕遇地震作用下结构薄弱层的弹塑性变形考虑P．△效应的计算，可采用非弹性P-A效应分析法。

八、结束语

要科学合理的设计好高层建筑结构，增加稳定性，增强抗震能力，设计人员不仅要大力提升自己各方面的专业知识，更要培养严谨缜密的态度，深刻理解设计规范，为建筑行业的发展做出贡献。

[1]任建立.钢筋混凝土高层结构设计几个常见问题.城市建设理论研究（电子版）-2012

[2]俞燕京，王林建筑物结构可靠性鉴定的研究和应用硼．森林工程，2012，l8(5)：—57