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摘要：钢筋混凝土结构是具有一定的强度、硬度、耐久性、抗震性，因此广泛应用在高层建筑中，提高了建筑整体质量，极大地促进我国建筑行业的发展。钢筋混凝土结构的设计是一个非常复杂、长期、循环反复的过程，其中的任何一个环节出现问题，都会增加设计的不安全因素。本文主要介绍了钢筋混凝土结构的设计原则、高层建筑钢筋混凝土结构的基本形式以及设计中存在的问题。
关键词：钢筋混凝土结构；高层建筑；结构设计
随着城镇化的进程加快，城市人口与土地的矛盾问题日益突出，为了提高城市土地利用率，我国城市开始大规模的兴建高层建筑。随着高层建筑的规模不断扩大，高层建筑的设计、施工技术、建筑材料都发生了重大变化。钢筋混凝土作为现代建筑中广泛使用的一种结构形式，钢筋混凝土想要满足高层建筑的实际需求，其结构设计十分重要。
1.钢筋混凝土结构设计原则
钢筋混凝土结构指的是钢筋和混凝土两种材料混合而成，成为一个整体的受力结构，承重结构是钢筋和混凝土混合而成，能最大限度发挥钢筋的抗拉力和混凝土的抗压强度。钢筋混凝土结构具有一定的抗震能力、负载能力，所以广泛应用在高层建筑中。钢筋混凝土结构在设计的时候必须要遵循一定的原则，使其能够最大限度满足高层建筑荷载、施工要求。高层建筑钢筋混凝土结构设计的时候必须遵循以下几个原则：第一，安全性，指的是钢筋混凝土结构必须在建筑使用年限内能够承担可能发生的突发情况，能够保持主体结构的稳定性和安全性。比如直接作用在钢筋混凝土结构上的荷载、造成支座沉陷、撞击、温度变化等，一旦发生突发情况，建筑结构主体依然能保持稳定性和安全性，不会出现坍塌的现象。第二，适用性。指的钢筋混凝土结构在正常情况下，不会出现变形、裂缝等现象。第三，耐久性，指的是高层建筑在使用期限内，必须具有足够的耐久性。安全性、适应性和耐久性是钢筋混凝土结构最基本的功能要求，在结构设计的时候，一定要正确处理结构的经济性和可靠性原则，最大限度满足钢筋混凝土结构的设计要求。
2.高层建筑钢筋混凝土结构的基本形式
随着建筑高度和层数的增加，高层建筑的刚度、荷载都比低层建筑高，因此高层建筑常常会使用钢筋混凝土增强建筑的结构硬度和刚度。
2.1框架结构
框架结构适合具有一定高度的多层建筑使用，建筑承重结构主要是梁柱组成的竖向结构，同时还需要承受水平方向的荷载，所以高层建筑的框架结构布置的时候，必须保持传力的均匀性和对称性。框架结构主要承受建筑的压应力，它是抗侧力和竖向承重的主要构件。
2.2剪力墙结构
剪力墙主要是利用建筑物墙体抵抗建筑相应的侧力和竖向承重，它是小高层建筑中使用的比较广泛的主体结构形式。这种结构形式结构简单、适应性强、灵活方便，能够将剪力墙和框架两种不同变形的抗侧力结构结合在一起，最大限度发挥两者的优势。剪力墙设置的时候，受到楼板构建跨度的影响，它的墙距不能过宽，一般在3—8米左右。剪力墙结构浇筑的方法比较多有内外墙浇筑，或者外墙使用预制墙板，内墙现场浇筑，以及内外墙都使用预制墙板装配。
2.3筒体结构
随着建筑行业的快速发展，高层建筑的高度不在上升，很多城市开始建设超高层建筑。而框架结构和剪力墙结构都无法满足超高层建筑在水平荷载作用下对建筑刚度、强度的要求，而筒体结构能够最大限度满足高层建筑水平负载作用下建筑的刚度、强度需求。筒体结构是在框架结构和剪力墙结构基础上发展起来的，它是由剪力墙和若干片框架纵横交错围成一个筒状封闭的骨架，筒体结构在水平荷载作用下，依然具有一定的刚度，同时还能扩大使用的空间。所以，近年来在高层建筑中发展的比较快。
3.钢筋混凝土结构设计中存在的问题
3.1建筑设计师忽视了概念设计
很多建筑设计师在设计的时候，都会按照施工单位提供的建筑图以及相应的资料，计算并建立建筑模型，通过这样的方式，虽然能保证建筑结构的安全，但是往往忽略了建筑的抗震概念设计。结构概念设计能提高建筑设计的质量，同时也能够最大限度确保建筑抗震性能。在设计中，如果建筑设计师将概念设计引入到钢筋混凝土结构设计中，就根据过去的经验选择结构设计方案和抗震不知，采取有效的措施，减小扭转刚度对高层建筑的影响，并对建筑结构的薄弱环节进行加固，一旦发生地震，建筑薄弱部分第一时间受到破坏，从而引起建筑连锁反应。所以在钢筋混凝土结构在设计的时候，不仅要按照过去的经验，科学、合理计算建筑的参数，同时还要考虑到概念设计，提高建筑结构设计水平。因此，建筑设计师在日常工作中，要不断学习新的技术和知识，同时还要及时了解国家建筑行业的相关规范和政策，将新旧知识进行对比，更新设计方案，这样才能避免设计过程中出现一些不合设计要求的问题。
3.2嵌固端的设计问题
高层建筑的人防工程和地下室一般都在两层或者两层以上，所以通常会在人防顶板或者地下室的顶板位置上设置嵌固端，在设计嵌固的时候，很多建筑设计师会忽略嵌固端设置对建筑造成的影响。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆比如上下层的刚度、上下层的抗震等级以及楼板结构的统一性等问题，这些问题都会给建筑的安全性带来一定的影响，所以在设计的时候，建筑设计师必须考虑到这些因素。
3.3钢筋混凝土结构的规则性问题
随着建筑行业的发展，建筑结构的规范也在发生变化。在建筑结构设计中，建筑结构的规范内容变化比较大。旧有的结构规范内容中又增加了不少新的条例和规定。比如嵌固端的竖向规则性、上下层刚度、平面规则等，在过去建筑结构规范中对此并没有严格的要求，但是新的建筑结构施工规范中，对此有严格的规范。在建筑设计的时候，还要考虑到建筑结构设计规范要求，避免建筑施工时才进行修改，给施工单位造成巨大的经济损失。
3.4地基基础设计
地基工程是高层建筑的基础工程，地基的质量直接影响高层建筑的承重能力和质量，一旦地基出现问题，轻则造成房屋裂缝、地面沉降，严重可能出现房屋倒塌，威胁到居民的人身财产安全，所以建筑设计师一般都比较重视地基基础工程的设计。为了保证地基质量，国家颁布了《建筑地基设计的规范》，然而在实际的施工过程中，单纯依靠地基设计规范还远远不够的，尤其是我国地域差异比较大，不同的地区地基施工环境不同，所以在设计的时候，要结合地方的实际情况，深入分析其对建筑工程的影响，从而减少高层建筑结构设计的不利影响，最大限度保证建筑的安全性和可靠性。
3.5结构超高问题
钢筋混凝土在高层建筑结构的设计中，对其抗震性能的要求非常高，因为高层建筑结构复杂、面积广，对抗震能力，地基基础承受上部建筑结构的荷载也很大。我国位于环太平洋和欧亚地震带上，地震活动频繁。地震活动不仅会毁坏建筑物，还会造成严重的人员伤亡。近年来，汶川、青海、玉树等地频发地震活动，给当地经济社会带来巨大的影响。所以建筑抗震性能是建筑设计必须考虑的因素。钢筋混凝土建筑设计中必须遵循以下几个原则：第一，简单性原则。建筑的层数越多，建筑结构越复杂，地基土承受的荷载也越大，建筑抗震性能就越弱。而建筑结构简单，更有利于设计人员对结构的模型、内力和位移等情况，进行全面、科学的分析，找到建筑结构的薄弱环节，并采取相应的措施，提高薄弱环节的抗震能力。第二，在建筑结构承载力、刚度，平面沿高度对称。第三，在最新的高层建筑结构规范中，将建筑的限制高度B级改成了A级，对建筑的要求更高。所以在高层建筑结构设计的时候，要严格按照规范控制建筑物的高度，减少不符合要求的设计。
3.6钢筋混凝土结构设计中的裂纹问题
固体材料受到自身因素以及外界环境的影响，常常会出现裂缝，混凝土在硬化过程中，如果保养不当很容易出现裂缝。在没有荷载的情况下，混凝土结构和钢筋混凝土结构很容易产生裂纹，比如骨料与水泥石粘结表面的粘结裂纹、骨料裂纹和水泥浆裂纹等等，这些都是建筑材料本身客观存在的。钢筋混凝土结构中的裂纹传统的控制方法是力学和断裂力学。力学的方法，是在混凝土梁中施工一定的预压应力，让混凝土受到外部结构的负载，结构本身的拉应力部分或者全部被抵消，从而避免或者推混凝土裂纹出现，这其实就是改善了建筑梁中的混凝土抗拉性能，提高建筑材料的利用率。断裂力学的控制方法，混凝土在搅拌以及硬化过程中，结构本身就有一定的缝隙和微裂纹，这些裂纹和缝隙在外力的作用下，会不断演变和发展，并逐渐成为宏观的裂纹。对于这样的情况，可以在混凝土梁两端预先施工一对轴向压力，这样裂纹端部的应力强度为负值，如果外部负载在裂纹端部产生的应力强度与非均匀布压产生的应力强度值大小相等时，则裂纹端部的应力强度值则为0，在这样的状态下，混凝土结构中的裂纹不会继续扩大。所以在钢筋混凝土施工前对其施工预压，可以减少外部荷载作用下裂纹端部的应力强度，从而避免或者推迟混凝土结构出现裂纹。
3.7钢筋混凝土结构设计中的变形缝问题
钢筋混凝土结构在设计的时候还要考虑到变形缝的间距问题。按照钢筋混凝土结构设计规范：钢筋混凝土结构的伸缩缝最大间距时55米。如果在施工过程中，增加预应力、后浇带段分段施工方法以及控制混凝土温度变化等方法，能适当增大变形缝的间距。但是在实际施工过程中，不同施工环境温度差不同，混凝土的伸缩应力也不同，所以出现裂纹的状况也不同。因此钢筋混凝土结构在设计的时候，要对梁柱配筋进行调整。比如使用双层长向板钢筋，同时加强中间区域区域的梁板配筋，两侧的梁柱也要加强柱配筋，抵抗温度变化引起的应力。在设计过程中，如果确定受力情况，则必须按照高层建筑设计要求，设置变形缝。
4.结束语
钢筋混凝土结构整体性能好、刚度大、稳定性好、抗震性能好，所以在建筑中广泛应用。但是钢筋混凝土在应用过程中，要做好结构设计，通过科学的计算和分析，选择最佳的设计方案，确保每一个设计细节都能符合建筑施工的要求和标准，从而提高建筑的整体质量。目前国内的钢筋混凝土结构设计还存在不少问题，还需要学习西方发达国家先进的工作经验和技术，进一步完善结构设计技术和水平，减少建筑设计中存在的问题，从而促进我国建筑行业快速发展。
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论文作者:陈峰1,刘栋1,梁潇2,袁建军2,钟虞全2
论文发表刊物:《基层建设》2016年第34期
论文发表时间:2017/3/21
标签：钢筋论文; 钢筋混凝土论文; 高层建筑论文; 建筑论文; 结构论文; 裂纹论文; 结构设计论文; 《基层建设》2016年第34期论文;