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摘要：随着我国经济建设的不断飞速发展，高层建筑日益增多，高层建筑结构设计已成为结构工程师设计工作中的重点和难点。文章根据钢筋混凝土高层结构设计的工程实践，就钢筋混凝土高层结构设计中的概念设计、结构选型、地基与基础设计、结构计算与分析等方面提出了历年来高层建筑结构设计中的一些问题，为高层建筑结构分析与设计提供参考。
关键词：钢筋混凝土；高层建筑；结构设计；基础设计；概念设计
1 钢筋混凝土高层结构的概念设计和结构特点
1.1概念设计
具有良好的抗震性能对于钢筋混凝土高层结构来说是至关重要的，而结构概念设计就是一种非常好的方法。具体表现在以下几个方面：
（1）对于高层建筑来说，结构设计一定要充分考虑抗震性能和抗风荷载性能，并在此基础上，遵循结构的选型和平，立面布置的原则，在设计时重视计算验证，并给出传递地震力的途径等。
（2）在实际情况中，抗震设计一般会对建筑实体进行简单的实验，但是真正地震所带来的破坏，不是这简单的实验可以检测出来的，而概念设计采用了一系列的构造措施，理论上保证钢筋混凝土高层结构的稳定性，在对抗震设防烈度较高地区的特别重要建筑和超限建筑，要对建筑实体进行深入的研究，提出更高要求的设计指标。
（3）在对钢筋混凝土高层结构设计时，单位结构的凹角和狭长的缩颈部位尽量造成应力集中的现象，另外还要注意扭转效应问题。竖向的建筑实体在设计的时候应注意不宜外挑，内收也不宜过多等。
1.2结构特点
钢筋混凝土高层结构的设计不同于一般的中层及以下建筑结构的设计，这两者有本质的区别，高层建筑结构自身水平的荷载因素在设计中占主导地位，因此，在对高层建筑的结构设计和施工中，注意的地方非常多，对技术水平要求也高，随着建筑高度的增加，水平作用力使得建筑结构的好坏和建筑材料的用量都存在很大的不同，具体情况如下图所示：
1.3加强抗震功能
高层建筑抗震功能主要由钢筋混凝土结构来实现，因此，需要重视抗震这一环节，要在设计工作中将抗震设计作为高层建筑钢筋混凝土结构设计的重要因素和关键影响。 高层房屋结构的层数多或者房屋结构的刚度突变系数较大的话，其振型数则应该多取，例如房屋结构中含有多塔结构、顶部有小塔楼、转换层等，其振型数应尽量取≥12的数，但是它的大小依然不可以大于房屋总共层数的3倍，除了含有弹性的楼板，而且在进行总刚性的分析时，它的振型数才可以取得更大些。
1.4高强混凝土合理运用
在高层建筑混凝土结构设计中关键的步骤之一是合理地使用高强混凝土，为了有效地降低建筑的用钢量，可以在建筑设计的时候使用高强混凝土，这样可以大幅度地节约建筑的成本。 这样的做法可以明显地降低基本设施的实施难度和工程的造价，用来取得较好的经济效果。
1.5提高耐久性
必须加强高层建筑钢筋混凝土结构的耐久性设计，在原来的混凝土结构设计方案中，没有完全考虑建筑物在实际运作中由于环境、条件的影响，从而导致建筑的可靠指数明显降低。 因此在对一般的高层建筑混凝土进行设计时，主要都集中在造价、材料上，所以只有造价小、材料少的结构设计才是满意的设计。 如今人们的生活水平不断地提高，对工程的质量要求也相应地得到提高，所以当建筑物的特殊使用要求或者技术要求与经济成为主要矛盾时，就要果断地放弃经济这个指标。
2 钢筋混凝土高层结构设计常见的问题分析
以下通过实例来分析和探讨钢筋混凝土结构设计中常见的问题。某市公安局 110 指挥中心位于东营市东城黄河路南侧。 该建筑地下一层，地上 17 层。建筑长度 102.4 m，宽度为 53.6 m，高度为 76.65 m，1～3 层高度为 4.5 m，四层及四层以上层高 4.2 m，地下室层高 4.2 m，房屋主楼最大跨度 14 m，抗震缝以上裙房最大跨度为 20 m。该建筑工程主楼结构为现浇钢筋混凝土框架剪力墙结构体系，抗震裙房为框架结构。主楼采用桩筏基础，桩采用预应力混凝土管桩。抗震缝以上裙房采用柱下独立桩基承台基础，主楼上部结构的嵌固端为地下室底板顶部。针对该建筑工程实际情况，分析和研究其结构设计中存在的问题，进而提高和完善该建筑工程结构设计的要求。
2.1 结构设计问题
确定剪力墙结构加强部位的墙体厚度。在进行高层结构抗震设计过程中，剪力墙的底部加强部位要确定其墙体厚度，采用约束边缘构件和构造边缘构件等措施来起到加强抗震的效果。这样能够避免薄弱处进行剪切时造成损坏，还能提高整体建筑抗震性能。针对这一问题，应严格按照《高层建筑混凝土结构技术规程》进行设计。墙体厚度要按照规范规定取值，同时要根据建筑工程实际情况和抗震等级来确定墙体厚度。确保剪力墙底部加强部位抗震时不屈服，保证其安全稳定。
2.2 地基设计问题
目前，广东应用预应力管桩作为钢筋混凝土高层建筑基础设计的楼层高度已达到 40 层。 凡是采用预应力管桩作为高层建筑地基设计的地区，其地基出现质量问题及事故的发生率明显降低。采用预应力管桩进行地基基础设计能够提高桩基质量，其优点表现在这几个方面：第一，预应力管桩桩身混凝土强度高、设计选用范围广、成桩质量可靠，对持力层起伏变化较大的地质条件适应性强、单桩承载力造价低；第二，管桩运输吊装方便，接桩便捷、成桩长度不受施工机械的限制，桩身耐击，穿透力强，是高层建筑工程中施工速度快、工效高、质量可靠、性价比高的桩型。
地基设计要严格按照相关规范和标准进行，重视细节部分的规范设计。同时应根据地质情况具体问题具体分析，所有桩基均应进行承载力和桩身强度计算。桩基应选用中、低压缩性土层作桩端持力层。桩基设计时，应结合地区经验考虑桩、土、承台的共同工作。因此，在地基设计过程中，不仅要参考国家设立的地基设计规范章程，也要按照岩土工程勘察报告所提的地质条件，选择合理的桩型。
2.3 结构计算与分析问题
为了保证钢筋混凝土高层结构设计的科学合理性，需要加强对高层结构设计的结构计算和分析，这对建筑工程的质量有着决定性的作用，目前最新的相关设计规范规定了以下几个方面：
（1）充分考虑振型数目情况，需要足量的足数，新规范当中增添了振型参与系数这一新的概念，并给出了限值，这是在以前的规范当中没有任何记录的，因此，建筑结构设计师在高层结构设计的结构计算和分析时，对分析出来的结果结合规范的限值进行初步的判断，验证是否合理。
（2）在对钢筋混凝土高层结构中非结构的构件设计，一般会考虑到建筑实体的美观性，在建筑本身安装非主体的承重骨架系统内的非结构构件，这里需要建筑结构设计师注意的是，屋顶装饰构件方面要充分考虑地震作用和风荷载作用的影响，要严格按照规范当中的非结构构件设计规定，给于一定的处理措施进行保护。
3 结束语
钢筋混凝土高层结构设计作为现代建筑行业的主要结构形式，其优势推动了建筑行业的发展，提高了建筑行业的整体质量。在进行钢筋混凝土高层结构设计时，不仅要保证高层建筑的使用功能和外观效果，还应充分考虑设计安全质量的问题，这也是高层结构设计的重中之重。通过本文了解到了钢筋混凝土高层结构设计过程中常见的问题，并对其问题进行讨论和分析，从中分析出高层结构设计需要注重选型设计、地基设计以及结构计算三个方面的内容。因此，在以后的钢筋混凝土高层结构设计中，应充分考虑这三个方面的制约因素，并在实际工程中将各项工作落实到位，从而进一步提高高层建筑结构设计质量和水平。
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论文作者:欧健培
论文发表刊物:《基层建设》2016年6期
论文发表时间:2016/7/6
标签：结构设计论文; 钢筋混凝土论文; 结构论文; 高层论文; 高层建筑论文; 建筑论文; 地基论文; 《基层建设》2016年6期论文;