高層建筑混凝土結構設計探討

楊鎮瑋

摘要 ：針對高層建筑混凝土結構體系特點，提出了高層建筑混凝土結構設計的要求，對完善高層建筑混凝土結構設計進行了探討。

關鍵詞 ：高層建筑 混凝土結構 設計

目前，許多高層建筑都存在很多的問題，一些高難度、高技術、高風險都需要很多的技術人員去進行解決，我們可以通過對高層建筑的構造及特點的認識，在遇到的不同的問題時用不同的方法去進行解決，這樣才可以使高層建筑更加穩固。

1.高層建筑結構的特點

現在的建筑根據不同的特點可以分為以下五種不同的建筑結構體系：

1.1 框架結構

框架結構一般應用于鋼結構或者是鋼筋混凝土結構當中，它主要是由梁和柱通過節點構成的，框架結構可以靈活的布置室內的建筑空間，相對來說比較方便。但是框架結構的梁柱截面比較小，抗震性能也比較差，建筑的高度就受到了很大的限制。一般框架結構主要應用于不考慮抗震設防或者是樓層數比較少的建筑當中。

1.2 剪力墻結構

剪力墻結構一般應用于鋼筋混凝土結構當中，剪力墻結構的主要缺點是剪力墻間距不能夠太大，平面的布置也不靈活，不能夠滿足公共建筑的使用要求，而且剪力墻結構的自重也比較大。

1.3 框架一剪力墻結構

框剪結構要比框架結構的剛度和承載能力都大，它具有框架結構和剪力墻結構的雙重特點，并且能夠取長補短。所以在我國，一般情況下框剪結構在建筑較高的高層建筑中得到了廣泛的使用。

1.4 簡體結構

在實際結構中，除了煙囪等建筑物之外不可能存在單筒結構，所以一般都以框架――筒體結構、筒中筒結構、多筒體結構、成束筒結構等形式出現。

1.5 巨型結構

一般常見的巨型結構有巨型框架結構和巨型桁架結構。

2. 高層建筑結構設計要求

（1）側向力（風或水平地震作用）成為影響結構內力、結構變形及建筑物土建造價的主要因素。高層建筑和低層建筑一樣，承受自重、活載、雪載等垂直荷載和風、地震等水平力。在低層結構中，水平荷載產生的內力和位移很小，可以忽略不計；在多層結構中，水平荷載的效應（內力和位移）逐漸增大；在高層建筑中，水平荷載和地震力將成為主要的控制因素。

（2）結構應具有適宜剛度。隨著高度的增加，高層建筑的側向位移迅速增大。因此設計高層建筑時，不僅要求結構有足夠的強度，而且要求結構有適宜的剛度，使結構有合理的自振頻率等動力特性，并使水平力作用下的層位移控制在一定范圍之內。

結構應具有良好的延性。相對于較低樓房而言，高樓結構更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。建筑結構的耐震主要取決于結構的承載力和變形能力兩個因素。為了使結構在進入塑性變形階段后仍具有較強的變形能力，避免高層建筑在大震下倒塌，必須在滿足必要強度的前提下，通過優良的概念設計和合理的構造措施，來提高整個結構、特別是薄弱層（部位）的變形能力，來保證結構具有足夠的延性。

3.改進高層建筑結構設計方案的策略

3.1 剪力墻設計

高層建筑必須要具備良好的變形能力，要想在這一方面得到提高則應當采取措施防止剪切破壞。遇到一道截面較長的抗震墻時需要配合洞口布置弱連梁，讓墻體劃分成小開口墻、多肢墻，其而保證各個墻段的高寬比在2以上。建筑工程中的弱連梁需滿足地震時各層連梁的總約束彎矩小于該墻段總地震彎矩的20%；連梁狀況同樣需在標準狀況內，這一刻防止墻肢發生全截面受拉問題，這對于整個建筑來說都是很嚴重的。另一方面，為了實現節能降耗且防止連梁強度過低，在連梁弱施工中需做好各方面工作。當連梁變為普通的小梁時，墻肢則成為單肢墻，單肢墻的延性則減弱，由了單肢墻的抗震防線只有一道，超靜定的次數較少，出現地震后將面臨很大的損壞。當前，大部分設計師操作時會把結構中門洞連梁、窗洞連梁設計成截面高度極小的二力桿件，這種變化大大降低了建筑的抗震能力。？

一般情況下，我們都需要針對連梁的剛度嚴格控制把握，這多數還是考慮到剪力墻的剛度過大，剪力墻中的連梁受到水平力影響之后會因為很大的內力而超過截面允許值，處理時需要對此類連梁先屈服，保證連梁能形成塑性鉸且不出現脆性破壞。我們要保證連梁達到強剪弱彎的要求，在連梁的剛度方面要做好不同的控制。

工程標準中指出剪力墻在端部需分布暗柱、端柱等邊緣構件，這些能發揮出磚混結構的約束柱效果，在結構的剛度降低，地震作用下層間位移和頂點位移偏大后，邊緣構件起到的作用更明顯，這時暗柱的截面和配筋也變大。若剪力墻的總截面面積與樓層面積之比值偏大，而房屋高度小、樓座面積大，對于墻端部的暗柱面積和配筋量則沒有建筑標準中的需要了。

3.2 超長結構的溫度變形和混凝土干縮變形

鋼筋混凝土結構是建筑工程的關鍵部門，施工標準中對此結構提出的規定涉及到室內條件下現澆框架結構的伸縮縫需對間距嚴格控制，間距最大不超過55m，而現澆剪力墻結構伸縮縫的最大間距在45m。若處于露天環境時，結構伸縮縫的間距更要嚴格控制，運用這樣的工程結構主要能處理好兩方面的問題：

3.2.1 干縮裂縫

當現澆混凝上在凝固硬化過程中常會出現收縮應力，整個結構則會出現干縮裂縫，該結構形式越長，則造成的干縮裂縫越大。

3.2.2 結構控制

超長結構的運用應當符合工程當地的季節變化，大氣溫度的變化將造成結構出現熱脹冷縮，這樣很容易導致結構出現溫度裂縫。此方法能有效防范干縮裂縫的出現，維持了建筑結構的正常性。需要注意的是，后澆帶不得取代結構的溫度伸縮縫，這是由于后澆帶混凝土硬化后，樓板會變成較長的整體，后澆帶則發揮不了應有的作用。

4.混凝土質量控制

4.1 混凝土出廠前的技術處理

為了減少水泥的水化熱，降低混凝土自身的溫度，在滿足設計和混凝土保證用泵輸送的前提下，將625R硅酸鹽水泥控制在450kg/m3。

4.2 適當參加一定的添加劑，控制水灰比

根據設計要求，混凝土中摻和水泥用量4%的復合液，它具有防水、膨脹、緩凝而一體，溶液中的糖鈣能提高混凝土的和易性，使用水減少20%左右，水灰比一般能夠控制在0.55以下，初凝可延長4小時左右，對大混凝土施工的質量提供了有利的保證。

4.3 混凝土的施工配合比

根據設計強度和泵送混凝土對坍塌度的要求，經試驗確定采用：625R硅酸鹽水泥，其水：水泥：砂：碎石復合劑=0.25：l：1.82：2.5：0.04。

4.4 加強技術管理確保施工質量

加強原材料的檢驗試驗工作，分工由監理單位安排人員跟班檢查，并對每批原材料都做詳細的記錄。

4.5 采用確實可行的施工工藝

澆灌混凝土同采用三班人員交叉流水作業的形式，分層次地采用跑道式的施工路線，一層一層向前推進，每層保證振動器跟上施工步伐，在施工最后一層混凝土時除了采用半板振動器外，還采取長4米的園條形振動器做一次壓平處理，事后人工壓漿收尾。

4.6 混凝土的保養

為了防止在大體積混凝土施工時由于產生的高溫而燒壞混凝土，影響混凝土的施工質量，我們采用了循環水系統降溫的辦法，保證進入口水溫在C25度以下，出口水溫在C58一c68度以內，在水溫超過C70時我們采用加快循環水量的辦法，并在混凝土上部采用麻袋濕水保養的辦法，在施工過程中做到一絲小茍。

5. 結束語

結構設計沒有絕對最佳的標準模式，只有通過不斷地探索、比較，去尋求相對的最優。因此，我們每一個行業工作者都應不斷地追求盡善盡美的設計思想，不只盲目照搬規范和依賴計算機程序作設計，用自己的結構設計概念、經驗、判斷力和創造力為業主和社會設計出更好的建筑。

參考文獻：

[1]《混凝土結構設計規范》GB50010-2002.

[2]《建筑抗震設計規范》GB500ll-2001.

[3]《高層建筑混凝上結構技術規程》JGJ3-2002.