芻議高層建筑砼結構設計
摘要：全新的混凝土組合結構作為第五種新型建筑結構，充分發(fā)揮了鋼材和混凝土的材料特性和優(yōu)點，被廣泛應用于高層建筑，本文簡單介紹了高層建筑的結構特點，從框架結構的布置原則、結構選型、裂縫問題及抗震設計等幾個方面進行了論述，以優(yōu)化設計。
關鍵詞：高層建筑 砼結構 設計
前言
高層建筑的豎向和水平構件的設計同低層及多層建筑的設計沒什么區(qū)別，但使豎向構件的設計成為高層設計有兩個控制性的因素：首先，高層建筑需要較大的柱體墻體和井筒;更重要的是側向力所產(chǎn)生的傾覆力矩和剪力變形要大的多，必要謹慎設計來保證。
1. 高層建筑的結構特點
1.1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。
1.2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(chǎn)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。
1.3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(yōu)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的變形能力，來保證結構具有足夠的延性。
2. 高層建筑中常用的結構體系有哪些 各有何特點和適用
高層建筑中常用的結構體系有框架、剪力墻、框架-剪力墻、筒體以及它們的組合。
2.1框架結構體系
框架結構體系是由梁、柱構件通過節(jié)點連接構成，既承受豎向荷載，也承受水平荷載的結構體系。這種體系適用于多層建筑及高度不大的高層建筑。
框架結構的優(yōu)點是建筑平面布置靈活，可以做成有較大空間的會議室、餐廳、車間、營業(yè)室、教室等。需要時，可用隔斷分隔成小房間，或拆除隔斷改成大房間，因而使用靈活。外墻用非承重構件，可使立面設計靈活多變。
框架結構構件類型少，易于標準化、定型化;可以采用預制構件，也易于采用定型模板而做成現(xiàn)澆結構，有時還可以采用現(xiàn)澆柱及預制梁板的半現(xiàn)澆半預制結構�，F(xiàn)澆結構的整體性好，抗震性能好，在地震區(qū)應優(yōu)先采用。
2.2剪力墻結構體系
剪力墻結構體系是利用建筑物墻體承受豎向與水平荷載，并作為建筑物的圍護及房間分隔構件的結構體系。
剪力墻在抗震結構中也稱抗震墻。它在自身平面內的剛度大、強度高、整體性好，在水平荷載作用下側向變形小，抗震性能較強。在國內外歷次大地震中，剪力墻結構體系表現(xiàn)出良好的抗震性能，且震害較輕。因此，剪力墻結構在非地震區(qū)或地震區(qū)的高層建筑中都得到了廣泛的應用。
2.3框架-剪力墻結構體系
框架-剪力墻結構體系是在框架結構中布置一定數(shù)量的剪力墻所組成的結構體系。由于框架結構具有側向剛度差，水平荷載作用下的變形大，抵抗水平荷載能力較低的缺點，但又具有平面布置較靈活、可獲得較大的空間、立面處理易于變化的優(yōu)點;剪力墻結構則具有強度和剛度大，水平位移小的優(yōu)點與使用空間受到限制的缺點。將這兩種體系結合起來，相互取長補短，可形成一種受力特性較好的結構體系-框架-剪力墻結構體系。剪力墻可以單片分散布置，也可以集中布置�？蚣�-剪力墻結構的剛度和承載力較框架結構都有明顯的提高，在水平荷載作用下的層間變形減小，因而減小了非結構構件的破壞。在我國，無論在地震區(qū)還是非地震區(qū)的高層建筑中，框架-剪力墻結構體系得到了廣泛的應用。
2.4筒體結構體系
筒體結構為空間受力體系。筒體的基本形式有三種：實腹筒、框筒及桁架筒。用剪力墻圍成的筒體稱為實腹筒。在實腹筒的墻體上開出許多規(guī)則的窗洞所形成的開孔筒體稱為框筒，它實際上是由密排柱和剛度很大的窗裙梁形成的密柱深梁框架圍成的筒體。筒體最主要的受力特點是它的空間受力性能。無論哪一種筒體，在水平力作用下都可以看成固定于基礎上的箱形懸臂構件，它比單片平面結構具有更大的抗側剛度和承載力，并具有很好的抗扭剛度。因此，該種體系廣泛應用于多功能、多用途，層數(shù)較多的高層建筑中。
3. 結構平面布置與結構豎向布置有哪些要求
3.1豎向布置
豎向布置宜規(guī)則均勻上下變化不大，不要有過大的外挑或內收，除頂層外，局部收進的水平向尺寸不宜大于相鄰下一層的 ，同層柱的尺寸宜相同，框架沿高度方向各層平面柱網(wǎng)尺寸宜相同，或向上逐步減小，做到剛度下大上小 ，均勻連續(xù)，避免剛度突變，避免薄弱層，上下柱子尺寸變化時，應盡量使柱中心對齊，盡量避免某層某柱取消造成結構豎向不規(guī)則。
3.2平面布置
必須設計成鋼架的抗風荷載和水平地震作用的結構體系，即采用雙向鋼接梁柱抗側力體系，主體結構除個別外，不應采用鉸接抗震設計的框架結構不易采用單跨框架，應根據(jù)建筑的使用功能要求結合受力的合理性方便施工經(jīng)濟等因素，確定柱網(wǎng)的開間和進深，大開間的房屋適用于建筑平面要求有較大空間的房屋，但將增大梁截面的尺寸小柱網(wǎng)梁柱尺寸小。
4. 高層建筑的荷載與地震作用
4.1高層建筑的荷載
高層建筑的荷載作用主要為風荷載效應，這里主要說下動力風效應。確定某一指定建筑物的動力風效應至少需要三方面的信息：一是建筑物所處
的風環(huán)境;二是建筑物的氣動特性;三是結構物的動力特性。除了以上三方面外，
還需要補充說明兩方面：一是鄰近建筑物的干擾問題。周圍建筑的存在(上風向
和下風向)有可能會明顯影響作用于建筑物上的氣流特征和尾流的發(fā)展，從而影
響作用于建筑物上的氣動力和響應。類似的，擬建建筑物的建成會影響鄰近的已
建建筑物的適用性和安全性問題。二是風向的影響�，F(xiàn)有的規(guī)范提供的方法一般
不考慮風向的影響，它們偏安全地假定風從最不利的方向作用于建筑物上。不同
方向的風速的最大值是不同的，建筑物的氣動特性也明顯依賴于風向，而目前規(guī)
范不考慮風向的影響對結構設計而言偏保守，考慮城市主導風向的影響并做相應
的處理會導致更加經(jīng)濟和合理的結構設計。
4.2高層建筑的抗震設計
4.2.1結構剛度、承載力和延性要有合理的匹配
對結構提出了綜合抗震能力的概念，就是要綜合考慮整個結構的承載力和構造等因素，來衡量結構具有的抵抗地震作用的能力，地震時建筑物所受地震作用的大小與其動力特性密切相關，與其具有合理的剛度和承載力分布以及與之匹配的延性密切相關。
4.2.2抗側力結構和構件應設計成延性結構或構件
延性是指構件或結構具有承載能力基本不降低的塑性變形能力的一種性能 在小震不壞，中震可修，大震不倒的抗震設計原則下，結構應設計成延性結構。當設計成延性結構時，由于塑性變形可以耗散地震能量，結構變形加大，但結構承受的地震作用不會直線上升，也就是說，結構是用它的變形能力在抵抗地震作用，延性結構的構件設計應遵守強柱弱梁，強剪弱彎，強節(jié)點弱桿件，強底層柱原則，承受豎向荷載的主要構件不宜作為主要耗能構件。
4.2.3應重視高層建筑結構的規(guī)則性
合理的建筑布置在抗震設計中是頭等重要的，提倡平立面簡單對稱，因為震害表明，此種類型建筑在地震時較不容易破壞，而且容易估計出其地震反應，易于采取相應的抗震構造措施和進行細部處理。
4.2.4加強薄弱環(huán)節(jié)
①要防止在局部上加強而忽視整個結構各部位剛度承載力的協(xié)調;
②結構在強烈地震下不存在強度安全儲備，構件的實際承載力分析是判斷薄弱層
的基礎;
③在抗震設計中有意識有目的地控制薄弱層(部位)，使之有足夠的變形能力又不使薄弱層發(fā)生轉移，這是提高結構總體抗震性能的主要手段。
5. 高層建筑結構設計要求與計算原則
5.1設計的基本要求
一是截面承載力驗算;二是正常使用條件下結構水平位移驗算;三是結構穩(wěn)定與抗顛覆驗算;四是結構的延性要求;五是結構的概念設計要求
5.2計算原則(方法)
⑴線彈性分析方法
⑵慮塑性內力重分布方法
⑶線性分析方法
⑷模型試驗分析方法
6.基礎設計的一般原則
應綜合考慮建筑場地的地質狀況及水位、上部結構類型、使用功能施工條件以及相鄰建筑的相互影響，以保證建筑物不致發(fā)生過量沉降或傾斜，并能滿足正常使用要求，應注意了解鄰近地下構筑物及各類地下設施的位置和標高，以保證基礎的安全和確保施工中不發(fā)生問題
結語：實際上結構設計不僅僅是一門技術，更是一門藝術，結構設計沒有唯一解，沒有最佳的設計，只有更合理的設計，唯有不斷的探索，不斷的調整方案，才能做出相對滿意的設計。
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