1、浅谈高层建筑结构设计中混凝土的应用 摘要：为防止高层建筑受到地震影响出现倒塌，不仅需要达到使用需要的强度， 还应该对整个建筑实施更好的完善方案，从整体上改进建筑的结构性能，从而增加高层建筑的使用寿命，这就需要在结构设计阶段将以上不同的因素积极考虑在内，保证结构具备良好的强度、刚度。文章从高层建筑的整体稳定性、剪力墙设计、屋面高大女儿墙的设计、混凝土干缩变形和超长结构的温度变形 4个方面进行了分析，以确保混凝土高层建筑结构的耐久性和稳定性。 关键词：高层建筑结构设计混凝土应用 中图分类号： TU318 文献标识码： A 文章编号 ： Abstract: In order to prevent t
2、he high-rise building collapsed in quake-hit appear, it not only needs to use the strength of the need, but also to the whole building should implement better the perfect project, overall improve the building of the structure performance, so as to increase the service life of the high-rise building,
3、 this needs the structure design of the above factors of different phase will actively taken into consideration, guarantee structure have good strength, stiffnuildings, shear wall design, talks about the design of the parapet tall roof, concrete shrinkage deformation and temperature deformation 4 su
4、per-length structure analysis, to ensure the durability of the concrete high-rise building structure and stabilation 城市现代化建设使 得我国高层建筑不断出现，并且由于人们的要求其建筑施工的需要使得建筑技术的难度也随之增加。而高层建筑的侧向位移迅速加快使得高层建筑在设计过程中除了需要保证良好的强度外，还必须具备足够的刚度，这样才能让混凝土的结构不断完善，将水平力作用下的层位移限制在最小范围内。并且为防止高层建筑受到地震影响出现倒塌，不仅需要达到使用需要的强度， 还应该对整个建筑实
5、施更好的完善方案，来从整体上改进建筑的结构性能，从而增加高层建筑的使用寿命，这就需要在结构设计阶段将以上不同的因素积极考虑在内，保证结构具备良好的强度、刚度。 一、高层建筑的整体稳定性 对高层建筑来说 ,在抗震设计中 ,房屋的高宽比是一个需慎重考虑的问题。近年来出现了许多板式高层住宅 , 其立面高度很大而房屋进深尺寸有限 ,即高宽比超过了规范限值。建筑物的高宽比愈大 ,也就是说建筑愈瘦高 ,在地震作用下的侧移就愈大 ,地震引起的倾覆作用就愈严重 ,巨大的倾覆力矩在柱中和基础中引起的拉力和压力比较难处理。 1、对整个建筑进行抗倾覆稳定性验算 ,使地震作用下的倾覆力矩与相应的重力荷载在基础与地基交
6、界面上的合力作用点 ,不应超出力矩作用方向抗倾覆构件基础边长的 1/4。 2、使基础有足够的埋置深度 在部分设计图纸上 , 发现裙楼和高层主楼从地上到地下用变形缝彻底分开 , 导致主楼基础埋深不够或者根本没有埋深 ,地震时会使建筑物发生滑移、 整体倾斜甚至倾覆。 3、对于高宽比很大的高层建筑 , 建议尽可能采用深基础 ,即采用配有钢筋的桩基础 ,桩基础钢筋在承台内的锚固长度要足够大 因为桩是埋在土中的细长构件 ,由于桩土摩擦力的存在 ,桩的抗拔性能较好 , 从而能很好地抵抗上部结构的倾覆。 尽可能避免采用天然地基或复合地基上的浅基础。 4、加大建筑物下部几层的宽 度 , 使其满足规范高宽比的限
7、值 , 但尽可能避免形成大底盘建筑 必要时通过设置类似扶壁的钢筋混凝土构件 ,来增加基础底板的悬挑宽度 , 达到扩大基础底面积的效果 ,从而保证上部结构的稳定。 二、混凝土在高层建筑剪力墙设计中应用 1、混凝土抗震墙的延性和破坏形态与墙体的高宽比和超静定次数密切相关 （ 1）为了提高抗震墙的变形能力 ,避免发生剪切破坏 ,对于一道截面较长的抗震墙 ,应该利用洞口设置弱连梁 ,使墙体分为小开口墙。 多肢墙或单肢墙 ,并使每个墙段的高宽比不小。 所谓弱连梁 ,是指在地震作用下 各层连梁的总约束弯矩不大于该墙段总地震弯矩的 20%； 连梁不能太强以免水平地震作用下某个墙肢出现全截面受拉这是比较危险的
8、。但是 ,考虑到耗能 ,连梁又不能太弱 ,连梁弱到成为一般小梁时 ,墙肢就变成单肢墙 ,而单肢墙的延性很差 ,仅为多肢墙的一半 ,且单肢墙仅具有一道抗震防线 ,超静定次数少 ,在地震作用下是很不利的 目前 ,有许多设计人员将结构中门洞连梁。窗洞连梁都改为截面高度极小的二力杆件 ,这对结构抗震是很不好的。 （ 2）在实际设计中 ,对连梁的刚度都要进行折减 ,这是因为剪力墙的刚度一般都很大 ,在水平力作用下 ,剪 力墙中的连梁会因为很大的内力而超过截面允许值 ,可靠的办法是让这些连梁先屈服 ,要使连梁能形成塑性铰而不发生脆性破坏 ,连梁首先就必须满足强剪弱弯的要求 , 对连梁的刚度进行折减实际上就
9、是降低其抗弯能力。 2、规范规定 ,剪力墙在端部应设置暗柱、端柱等边缘构件。 这些边缘构件的作用相当于砖混结构的约束柱 ,当结构的刚度较小 ,地震作用下层间位移和顶点位移较大时 ,边缘构件所起的作用也就越大此时暗柱的截面和配筋就应加大。 如果剪力墙的总截面面积与楼层面积之比值较大时 ,且房屋高度较小、 楼座面积较大时 ,墙端部的暗柱面 积和配筋量就不需按规范要求设置那么多 1985 年智利大地震时 ,有 300 多栋钢筋混凝土剪力墙结构的破坏较轻 ,但它们的墙端并无较好的约束。这就是最好的证明。 3、在钢筋混凝土全墙结构中 ,采用大开间剪力墙结构好 ,还是采用小开间剪力墙结构好 ,这一直是一个
10、争论的焦点问题。大开间剪力墙结构的优点较多 :（ 1）相对小开间剪力墙结构 ,其抗推刚度小 ,自振周期长 ,水平地震作用小。（ 2）墙体数量少 ,相应的混凝土用量少 ,墙体的约束构件少 ,结构自重轻。（ 3） .墙体的配筋率适当 ,结构的延性增加 ,地震时能充分发挥墙体约束构 件的作用 ;（ 4）使用空间大 ,建筑布置灵活。 缺点是：（ 1）楼板跨度大 ,钢筋用量大 .（ 2）要求设置高效轻质的隔墙 ,造价高。 三、屋面高大女儿墙的设计 屋顶女儿墙对于高层建筑的作用也不可忽视， 其能影响到整体建筑效果。女儿墙设计时难以直接参与主体结构的研究，这就需要计算时仅分析女儿墙的自重， 若女儿墙较低则能
11、达到精度要求的，不对建筑结构的安全没有影响。而在女儿墙高度上升时，其地震荷载和风荷载效应会更大，给整个建筑结构带来的影响变大。 女儿墙较高时需科学计算出女儿墙所受水平荷载状态 ，女儿墙通常选择钢筋混凝土材料，配筋计算需借鉴支承于屋顶的悬臂板且运用双层钢筋。考虑到维持屋面女儿墙与主体结构的关联， 屋面女儿墙所在的框架梁或墙要达到足够的强度。计算女儿墙时需验算在正常使用情况下由风荷载造成的内力并进行截面配筋。部分专家提出计算地震作用， 再将其乘以放大系数 3 来对内力、 配筋进行计算， 该方式运用效果不理想， 这是由于女儿墙是建筑结构的次要构件， 若施工方法正确基本上不会发生严重问题。 四、混凝土
12、干缩变形和超长结构的温度变形 混凝土结构规范规定 ,在室内条件下现浇框架结 构伸缩缝的最大间距为 55m, 现浇剪力墙结构伸缩缝的最大间距为 45m;在露天条件下 ,结构伸缩缝的间距还要小 ,这样规定的目的就是解决两个方面的问题 : 1、 现浇混凝土在凝固硬化时会产生收缩应力 ,以致在结构中形成干缩裂缝 ,结构越长 ,干缩的影响越大。 2、 结构在使用其间必然要经过春夏秋冬季节的变化 ,大气温度的变化会使结构产生热胀冷缩 ,从而在结构中造成温度裂缝 ,同样 ,结构越长 ,温度的影响越大。但是 ,在实际工程中超长建筑物常常出现。如果按规定去设伸缩缝 , 就会出现双墙、双柱、双梁 ,给建筑物的 立
13、面处理。防水构造带来很大的困难。为了解决超长结构混凝土干缩裂缝的问题 ,目前常常采用的一种办法是设置混凝土后浇带 ,即将较大的楼板面积划分成小的区格 ,首先用混凝土浇筑小的区格 ,当小区格混凝土干缩变形大部分完成后 ,再浇筑区格之间的预留带。 这样在很大程度上减少了结构的干缩裂缝。 但是 ,后浇带不能代替结构的温度伸缩缝。因为后浇带混凝土硬化后 ,楼板连接成一个较长的整体 ,后浇带的作用不再存在。 总之 随着高层建筑进一步的发展， 满足高层建筑的形式材料、力学分析模型都将日趋复杂且多元化。为了革新高层建筑，体现 其魅力，追求新的结构形式和更加合理的力学模型将是土木工程师们的目标和方向。 参考文献： 刘小音 . 高层建筑设计之我见 J. 科技信息 , 2011,(15) 吕永伟 , 朱琳娜 . 浅谈高层建筑冬季施工及注意事项 J. 科技风 , 2010,(04) 黎燕凌 . 高层建筑短肢剪力墙设计分析 J. 科技风 , 2010,(18) 张治国 , 范继武 . 浅谈高层建筑填充墙的裂缝控制与预防 J. 科技风 , 2009,(19) 王金韫 . 高层建筑填充墙裂缝的分析 与控制 J. 科技风 , 2011,(01) 张进 . 关于现代建筑设计初探 J. 科技风 , 2010,(03)
