李琴
天津市新天地建筑设计有限公司 天津市 300060
摘要：在当下城市建筑工程中，高层建筑存在诸多问题，高难度，高技术，高风险都需要大量技术工作人员去解决，高层建筑结构设计是一个复杂、长期、循环往复的过程，结构设计工程师在设计的过程中不仅要严格执行新规范中相应的构造要求，还要结合实际情况，进行结构分析并且制定多种方案进行比较分析，只有这样才能从根本上消除设计质量上的隐患。
关键词：高层建筑；钢结构；混凝土结构设计
1 引言
随着建筑工程逐渐朝向高层且复杂的结构发展，这对于建筑材料的选择也有了更高的要求标准。目前，在高层建筑中比较常见的两种结构方式就是钢结构和混凝土结构。钢结构设计与混凝土结构设计的广泛应用，它们各自的优势在高层建筑中都有着很好的体现。所以，在高层建筑施工中，要注重钢结构设计与混凝土设计的要点，切实提高其对于高层建筑结构的重要性，促进高层建筑更进一步的发展和进步。
2高层钢结构的优缺点
2.1钢结构重量轻、抗震性能好：钢结构是以工厂化生产的钢梁、钢柱为骨架，同时配以轻质墙板建造而成。它与同面积的建筑楼层相比重量可减轻近30%。同时，由于钢材具有较强的延展性，能较好地消除地震波力，防震性能好，尤其适用于高层建筑。
2.2钢结构建筑占地面积小、空间灵活：开放的空间比有承重墙占据的空间更有价值。钢结构房屋的空间灵活性及自由发挥度要比混凝土房屋要强很多。并且钢结构在建筑所需要占用的面积较小，从而实现建筑空间的高效利用，这种建筑施工效果是钢筋混凝土等材料无法实现的。
2.3钢结构住宅的综合效益高：钢结构房屋自重轻，可以减少基础部分的投资。在建筑施工的过程中，钢结构施工工期短，需要人力少，从而为企业节约成本。更为重要的是钢结构在施工的过程中，外界因素所造成的影响费用较小，从而确保工程的顺利开展。
2.4利用率高、环保：在施工过程中，钢结构建筑现场作业量小、无噪声、不污染周围环境，不会产生大量的灰尘以及垃圾废物，且在建筑拆除之后还能够再次的应用，这对于节约型社会的建设具有重要的推动意义。
2.5钢结构房屋的缺点：耐腐蚀性和耐火性差。需要采取防腐和防火措施，增加造价。
3高层钢结构房屋的结构体系
3.1钢框架结构体系
框架结构体系是指，沿房屋的纵向和横向均采用框架作为承重和抵抗侧向力的主要构件所构成的结构体系。由于框架体系能够提供较大的内部使用空间，因而建筑布置灵活。此外，框架的杆件类型少，构造简单，施工周期短。所以，对层数不太多的高层结构来说，框架体系是一种应用比较广泛的结构体系。纯框架结构的抗侧移能力主要决定于柱和梁的抗弯能力，当楼层数较多时要提高结构的抗侧移刚度只有加大梁和柱相的截面。截面过大，就会使框架失去其经济合理性。
3.2结构选型与结构布置
在钢结构设计的整个过程中都应该被强调的是“概念设计”，它在结构选型与布置阶段尤其重要。对一些难以作出精确理性分析或规范未规定的问题，可依据从整体结构体系与分体系之间的力学关系、破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的设计思想，从全局的角度来确定控制结构的布置及细部措施。
运用概念设计可以在早期迅速、有效地进行构思、比较与选择。所得结构方案往往易于手算、概念清晰、定性正确，并可避免结构分析阶段不必要的繁琐运算。同时，它也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。钢结构通常有框架、桁架、网架（壳）、索膜、轻钢、塔桅等结构型式。
其理论与技术大都成熟。亦有部分难题没有解决，或没有简单实用的设计方法，比如网壳的稳定等。
结构选型时，应考虑它们不同的特点。在轻钢工业厂房中，当有较大悬挂荷载或移动荷载，就可考虑放弃门式刚架而采用网架。基本雪压大的地区，屋面曲线应有利于积雪滑落。
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结构的布置要根据体系特征，荷载分布情况及性质等综合考虑。一般的说要刚度均匀。力学模型清晰。尽可能限制大荷载或移动荷载的影响范围，使其以最直接的线路传递到基础。
柱间抗侧支撑的分布应均匀。其形心要尽量靠近侧向力(风震)的作用线。 否则应考虑结构的扭转，结构的抗侧应有多道防线。
4建筑结构混凝土设计特点
4.1侧向力(风或水平地震作用)成为影响结构内力、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。在低层结构中,水平荷载产生的内力和位移很小,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。
4.2结构应具有适宜刚度。随着高度的增加,高层建筑的侧向位移迅速增大。因此设计高层建筑时不仅要求结构有足够的强度,而且要求结构有适宜的刚度,使结构有合理的自振频率等动力特性,并使水平力作用下的层间位移控制在一定范围之内。
4.3结构应具有良好的延性。相对于较低楼房而言,高楼结构更柔一些,在地震作用下的变形更大一些。建筑结构的耐震主要取决于结构的承载力和变形能力两个因素。为了使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,来提高整个结构、特别是薄弱层(部位)的变形能力,来保证结构具有足够的延性。因此,在结构设计中应综合考虑这些因素,合理设计,使结构具有足够的强度、适宜的刚度、良好的延性。
5高层建筑混凝土质量控制
5.1混凝土出厂前的技术处理。为了减少水泥的水化热，降低混凝土自身的温度，在满足设计和混凝土保证用泵输送的前提下，将625R 硅酸盐水泥控制在450kg/m3。
5.2适当掺加一定的添加剂，控制水灰比。根据设计要求，混凝土中掺和水泥用量4%的复合液，它具有防水、膨胀、缓凝而一体，溶液中的糖钙能提高混凝土的和易性，使用水减少20%左右，水灰比一般能够控制在0.55 以下，初凝可延长4 小时左右，对大混凝土施工的质量提供了有利的保证。
5.3混凝土的施工配合比。根据设计强度和泵送混凝土对坍塌度的要求，经试验确定采用：625R 硅酸盐水泥，其水：水泥：砂：碎石：复合剂=0.25：1：1.82：2.5：0.04。
5.4加强技术管理确保施工质量。加强原材料的检验试验工作，分工由监理单位安排人员跟班检查，并对每批原材料都做详细的记录。
5.5采用确实可行的施工工艺。浇灌混凝土同采用三班人员交叉流水作业的形式，分层次地采用跑道式的施工路线，一层一层向前推进，每层保证振动器跟上施工步伐，在施工最后一层混凝土时除了采用平板振动器外，还采取长4 米的园条形振动器做一次压平处理，事后人工压浆收尾。
5.6混凝土的保养。为了防止在大体积混凝土施工时由于产生的高温而烧坏混凝土，影响混凝土的施工质量，我们采用了循环水系统降温的办法，保证进入口水温在C25 度以下，出口水温在C58―C68 度以内，在水温超过C70 时我们采用加快循环水量的办法，并在混凝土上部采用麻袋湿水保养的办法，在施工过程中做到了一丝不苟。
结语
我国经济的飞速发展与激烈化商业竞争，促使了高层建筑的出现和发展。随着高层建筑规模的不断扩大，建筑高度的不断增加，其结构体系越来越多样化，建筑功能及类型也越来越复杂，这就给高层建筑结构设计提出了新的机遇与挑战。总而言之，钢结构设计与混凝土结构设计各有各的特点，在具体的高层建筑施工中要合理进行结构设计的选择，充分发挥各自的优势，从而确保高层建筑施工质量与安全，更大限度的发挥高层建筑本身的功能，为人们生活提供质量保证与安全保障。
参考文献：
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[4] 冯磊,胡海涛.高层建筑混凝土结构设计浅析[J].价值工程，2011(6)
论文作者:李琴
论文发表刊物:《防护工程》2018年第9期
论文发表时间:2018/9/3
标签：结构论文; 混凝土论文; 钢结构论文; 高层建筑论文; 荷载论文; 结构设计论文; 体系论文; 《防护工程》2018年第9期论文;