浅谈高层建筑混凝土结构设计 刘嘉锋

发表时间:2020/9/3   来源:《基层建设》2020年第11期   作者:刘嘉锋
[导读] 摘要:高层建筑大多数采用钢筋混凝土结构形式,因为钢筋混凝土结构的强度、荷载能力、抗震性能等均能够满足高层建筑的技术要求,而且钢筋混凝土结构的施工简便易行、建造成本低廉,各种高层建筑结构各有利弊,需要在应用过程中进行不断思考和完善。
        中国建筑第二工程局有限公司华东公司  上海  200000
        摘要:高层建筑大多数采用钢筋混凝土结构形式,因为钢筋混凝土结构的强度、荷载能力、抗震性能等均能够满足高层建筑的技术要求,而且钢筋混凝土结构的施工简便易行、建造成本低廉,各种高层建筑结构各有利弊,需要在应用过程中进行不断思考和完善。本文在分析高层建筑混凝土结构设计的原则、特点以及要点的基础上,再从地基基础设计、剪力墙的布置、梁柱的设计等几方面进行了探讨。
        关键词:高层;建筑结构;结构设计;框架结构
        引言:
        高层混凝土建筑结构是最为常见的建筑形式,它不仅极大的利用了土地资源,而且缓解了资源紧缺的问题,也预示着一个城市现代化水平和经济的快速发展。但是在高层建筑的结构设计中不仅仅要考虑楼层高低和土地利用率的问题,还要考虑高层建筑结构的可行性、安全性、经济性,以实现社会效益、经济效益的最大化[1]。
        1高层建筑可以分为以下几种建筑结构体系:
        ①框架结构的高层建筑:框架结构的高层建筑在钢结构和钢混结构的高层建筑中应用较多,它的主要构成是梁和柱通过节点组成的。框架结构的应用非常灵活和广泛,在对室内空间的布置上比较便利[2]。但是框架结构也有缺点,由于框架结构的梁柱界面比较小,所以抗震性不是很高。
        ②剪力墙结构的高层建筑:这种结构的高层建筑通常应用在钢混结构中,它的主要缺点是由于其间距不宜过大,对平面布置不够灵活,承重能力不强,因此很少应用在共建上。
        ③框架结构与剪力墙结构相结合的高层建筑:框架结构与剪力墙结构相结合的高层建筑在承重力和刚度上都比单纯框架结构和剪力墙结构要大,它将这两种结构相结合,起到互补作用。因此,这种结构在我国的高层建筑中应用比较广泛[3]。
        ④简体结构的高层建筑:在高层建筑中,这种简体结构一般情况下都是与其他结构建筑相结合的形式出现的。
        ⑤巨型结构的高层建筑:在高层建筑中,这种巨型结构一般情况下也都是与其他结构建筑相结合的形式出现。
        2高层建筑工程混凝土结构设计问题分析
        2.1水平方向抵抗力较弱
        高层建筑垂直高度较高,水平方向需要承受较大的横波地震力和风力,这样会造成高层建筑梁架杠杆无法均匀受力,而大量的混凝土钢筋支撑、梁架设置受限,会直接影响高层建筑结构的稳定性,所以高层建筑要求混凝土结构必须具有较高的水平适应能力,优化建筑结构设计。
        2.2剪力墙设置不合理
        很多高层建筑结构设计为了美观度,建筑某侧没有设置剪力墙,或者剪力墙集中设置在某—个位置,短肢剪力墙会影响高层建筑的整体性和稳定性。当高层建筑受到强外力影响时,短肢剪力墙很容易受到损坏,若单纯增大框架梁截面或者柱截面,会影响建筑结构的平动周期,一旦发生地震灾害,很容易造成高层建筑结构损坏。
        2.3不均匀沉降地基
        地基是高层建筑施工建设的基础,但是混凝土结构设计时,无法确保地基沉降对于高层建筑结构产生的影响,而且混凝土结构重量较大,若混凝土结构设计不合理,会造成地基不均匀沉降[4]。同时,某些地区的地下水存在较大波动,严重影响了高层建筑地基结构的牢固性,使得竖向建筑结构方向上产生较大落差。
        3 高层建筑混凝土结构设计要求
        3.1 高层混凝土结构设计应具有侧向力
        在高层混凝土结构设计中影响结构内力,以及建筑造价的主要因素是侧向力。高层混凝土建筑需承受自重、活载等垂直荷载和风等水平力。
        3.2 高层混凝土结构设计应具有一定的刚度
        高层混凝土建筑由于具有一定的高度,侧向位移迅速增大。因此,高层混凝土的结构设计不仅要有一定的强度,还要具有一定的刚度。


        3.3 高层混凝土结构设计应具有较好的延展性
        高层混凝土结构与低层建筑不同,高层的结构设计更柔,在地震时变形会更大。要想在高层混凝土的结构设计中具有很好的延展性,就需要在保证良好强度的前提下,通过合理的构造和优良的设计才能保证建筑结构设计具有很好的延展性。
        4 高层混凝土结构设计的策略
        4.1 高层混凝土剪力墙设计
        通常情况下,高层混凝土建筑要具有很好的变形能力,如果想要具有很好的变形能力需要采取一定的措施保证剪切的情况。在截面比较长的抗震墙的情况下需要在抗震墙的洞口设置弱连梁,使每一个墙体进行多个开口的划分,让每个墙段高度的比例保持在2及其以上。在高层混凝土的建筑中弱连梁需满足地震时各层连梁的总约束弯矩小于该墙段总地震弯矩的20%;高层混凝土建筑的连梁也是在这样的标准下进行,这样可以防止墙面变形的情况出现,如果出现墙面变形会严重影响整个工程的质量。同时,想要保证节约能源,并且避免出现连梁强度过低的情况,需要在连梁方面做好一定的施工工作。如果把高强度的连梁改为小强度的小梁时,则变成了强度较弱的单支墙,这种墙体的延展性不是很强,抗震性低,如果出现地震等情况就会给建筑带来很大损失。但是,如果在墙体的设计过程中设计成截面高度极小的二力杆件,就可以大大增强墙体的变形能力和抗震强度。
        4.2 超长结构的温度变形和混凝土干缩变形
        ①超长结构的干缩裂缝技术
        现浇混凝在凝固硬化过程中常会出现收缩应力,整个结构则会出现干缩裂缝,该结构形式越长,则造成的干缩裂缝越大。
        ②超长结构的结构控制技术
        超长结构的运用应当符合工程当地的季节变化,大气温度的变化将造成结构出现热胀冷缩,这样很易导致结构出现温度裂缝。另外,结构越长,则对温度产生的作用越大,这在许多建筑工程里是很难避免的问题。若参照工程规定的要求布置伸缩缝,常会造成双墙、双柱、双梁,对高层建筑的立面处理、防水构造会造成很大的不便。考虑到有效处理超长结构混凝土干缩裂缝的问题,当前工程单位主要采取的措施为分布混凝土后浇带,把大的楼板面积划分成小的区格,第一步结合混凝土浇筑小的区格,在小区格混凝土干缩变形结束后对区格之间的预留带进行浇筑[5]。此方法能有效防范干缩裂缝的出现,维持了建筑结构的正常性。
        ③加强高层混凝土建筑的技术管理工作确保施工质量
        要加强高层混凝土建筑的技术管理工作,要对建筑材料进行验收,通过监理单位对施工情况进行跟踪检查,并且对建筑材料的使用情况进行详细的登记,以保证建筑材料使用的规范性。
        ④框架短柱的设计
        地震作用下,框架短柱刚度大,吸收较大的地震力,尤其要注意楼层局部出现短柱的部位,极易产生剪切破坏而形成结构抗震薄弱部位。例如在框架结构中双跑楼梯与平台板连接的框架柱,三跑和四跑楼梯的楼梯四角的框架柱,都可能成为框架短柱。对此类框架短柱可采取下列加强措施:一是采用复合箍筋沿柱全高加密间距100mm且保证短柱的纵向钢筋对称布置;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,从而防止构件在大剪压比的情况下发生剪切破坏。
        结语:
        在高层混凝土结构需要在实际的运用过程中,根据不同的需求选择合适的结构设计。本文通过分析高层建筑的建筑结构特点,提出了在高层建筑的建设过程中出现的一些设计要求,具体包括:剪力墙设计;超长结构的温度变形和混凝土干缩变形;加强技术管理确保施工质量。高层建筑混凝土结构必须要进行严格缜密的设计,尤其是对高层建筑的基础、剪力墙、梁、柱等对建筑整体稳定性影响较大的部位,更应当不断完善设计方案,提高设计水平,以确保建筑工程的设计质量。希望通过这些探讨,可以为高层混凝土结构设计带来一定的启示和作用。
        参考文献:
        [1]马宏旺.钢筋混凝土框架结构抗震可靠度分析与设计研究[D].大连理工大学,2001.
        [2]阴杰,曹京华,陈克勤.高层建筑的结构设计理念[J].山西建筑,2007,(04).
        [3]陈颢.浅谈高层建筑结构转换层[J].山西建筑,2008,(06).
        [4]夏卓文.高层建筑结构设计特点与剪力墙设计[J].住宅科技,2007,(02).
        [5]杨琦.高层建筑结构特点及其体系[J].沿海企业与科技,2007,(01).
投稿 打印文章 转寄朋友 留言编辑 收藏文章
  期刊推荐
1/1
转寄给朋友
朋友的昵称:
朋友的邮件地址:
您的昵称:
您的邮件地址:
邮件主题:
推荐理由:

写信给编辑
标题:
内容:
您的昵称:
您的邮件地址: