对高层建筑中钢筋混凝土结构设计的再探讨

来源：职称驿站所属分类：建筑施工论文
发布时间：2013-02-01浏览：27次

　　摘要：随着我国经济的不断发展，人民生活水平在不断提高，房屋住宅与人们的生活密切相关，人们对住宅的质量要求越来越高，逐渐受到了广大购买者的青睐，同时对于住宅的功能提出较高的标准要求，购房者希望住房在居住过程中能满足较大的灵活性、实用性、变换性、多功能性的需求。设计是整个施工的前提，所以，住房设计人员应在拿到开发商的设计图纸后，为消费者着想，力图经济、适用、美观的原则为社会做出更大的贡献。

　　关键词：高层住宅,钢筋混凝土,结构设计

　　1高层钢筋混凝土结构的住宅基本结构形式

　　1.1框架结构

　　框架结构的优点主要有空间比较大、灵活性强、具有抗震能力、工程造价低，但是，如果柱截面的厚度大于墙厚就会造成墙柱脚向外凸出，这样不仅影响购房者家具布置还影响室内美观，有时，住宅中间的房间分隔处呈现不规则现象，使住宅难以进行布置。

　　1.2框架整体结构中的剪力墙

　　框架整体结构中的剪力墙是在整体框架结构中布置一定数量的剪力墙目前为止，它是我国在高层住宅中应用最为广泛的一种主要结构形式。剪力墙主要特点是平面中灵活性较强，实用性、合理的结构，这样能有效地将框架、剪力墙的不同性能中抗侧力很好的展示出来，使它们发挥不同的作用。

　　1.3大开间剪力墙结构

　　随着我国经济的发展，人们日益增长的物质水平不断提高，最先建造的小开间剪力墙体系住宅在整体建筑中的功能性和局限性变得越来越突出。从建筑强度方面来讲，小开间结构中墙体的应有作用不能得到更好的发挥，如果添加较多的剪力墙还会增加更大的地震力，而且工程费用也会随之增加，另外，小开间剪力墙的结构自我承重能力较大，相对应也增加了基础资金，所以，就诞生了大开间剪力墙结构，剪力墙的间距应该在大于4.5m且小于7.5m，进深在大于7.5m且小于11m，室内一般不会布置纵横的剪力墙，根据具体情况可按照住户的需求进行灵活分隔，如需室内有新变化还可以进行重新布置。

　　1.4短肢剪力墙结构

　　墙肢截面的高度与厚度比在5至8的剪力墙就称之为短肢剪力墙，它是介于异性框架柱与普通剪力墙之间的一种剪力墙，这种剪力墙结构体系无论是在建筑功能与结构形式上还是在投资效益与节能指标都具有着良好的效果，目前，这已经成为高层住宅的主要剪力墙结构形式。

　　2高层住宅钢筋混凝土结构设计的主要特点

　　现在以高层住宅为例分析钢筋混凝土结构设计主要特点。某住宅结构甲共18层,总建筑面积约为6500m2。抗震设防烈度7度,设计基本地震加速度值0.10g,设计地震分组为第一组,基本风压0.35kN/m2,基本雪压0.60kN/m2,场地类别一类,抗震等级:一般剪力墙三级;短肢剪力墙二级,混凝土强度等级为C30和C25,钢筋强度等级:梁采用HRB335;板采用HPB235,直径大于12为HRB335; 墙采用HRB335。通过分析发现该结构设计剪力墙利用率较低, 底层墙肢轴压比在0. 35~ 0. 40之间, 结构位移比较好, 控制在1. 2以内, 且结构周期、位移角较小, 整体偏刚。

　　2.1钢筋混凝土结构设计的控制因素

　　在低层的住宅中，一般都是以重力为依据进行竖向的荷载，利用它来对钢筋混凝土结构设计进行控制。在高层住宅中，虽然竖向荷载能对钢筋混凝土结构设计产生较大影响，但水平荷载逐渐成为其主要控制因素。对于某项特定的建筑来说，竖向荷载大体上是定值，水平荷载中的风荷载与抗震作用中的数值都是伴随着不同的动力特性而产生较大幅度变化。

　　2.2轴向变形

　　对于采用框架体系的高层住宅或者是采用剪刀墙体系的高层住宅，框架中柱的轴距与压力基本上都是大于边柱的轴距与压力，这样就会使中柱的轴向因为压缩导致变形大于边柱的轴向压缩导致的变形。屋内举架较高时，因为差异轴向的变形能达到较大的数值，产生的后果不亚于连续梁中间的支座发生沉陷。

　　2.3侧移成为钢筋混凝土结构设计的控制指标

　　高层与多层住宅不同，高层住宅钢筋混凝土结构设计的关键因素逐渐变成结构侧移，多层住宅已经不能满足人民日益增长的需要，房屋建筑的高度正在逐渐增加，水平荷载的结构体系因为侧移发生的变形不断增大，结构的顶点侧移应与棚顶成正比。因此，在最初设计高层住宅时，对结构的强度要求很高，还要具备足够的抗侧移刚度，使水平荷载结构控制在标准范围内。其中有三方面的原因，包括：因为侧移会使居住者不舒服，从而影响正常的居住;因为侧移室内的隔墙、围护墙包括室内的材料都会出现裂痕或是不同程度的损坏，甚至电梯也有可能因此不能正常工作。

　　2.4结构延性是钢筋混凝土结构设计的重要指标

　　相较于多层住宅，高层住宅的结构会更加“柔”，其抗震作用下的变形就会无形加大。为了使结构能具有较强的变形能力，避免建筑物坍塌，应对建筑构造方面采取更加恰当的相应措施，以确保结构延性。

　　3高层住宅钢筋混凝土框架结构设计策略

　　3.1优化设计的方法

　　现阶段，设计分析软件在优化过程中并没有完全成熟，主要是对高层住宅结构的分析软件应用，利用人工分析进行调整，通过概念设计方法，针对不同的结构选型以及布置，对正在进行的方案不断的做比较分析，比较之后选择最为理想的结构方案，这是在结构设计中应用最为广泛同时也是最简单的优化方法。利用概念设计的方法选择的方案是为合理经济的，虽然耗费人力、物力、财力以及时间，但是对设计人员的素质要求就相对较高，利用设计人员的经验进行人工优化方法依旧是建筑单位所普遍采用的主要方法之一。即便是同一高层住宅的方案，所选择的结构也是不尽相同的，也可以有不同的布置方案，在确定高层住宅的结构布置时，同一种荷载情况也会有不同的分析方法，在整个分析的过程中设计参数、设计材料、荷载的取值范围也是多选择的，就连对高层住宅内的细微部分处理也是不同的，上述问题，即便是利用计算机技术也是无法全部解决的，这就需要设计人员通过自己的努力做出判断。然而判断的内容只能在结构设计中采用普遍的规律下进行指导，这是通过具体实践经验得出的结论。因此，概念设计是由设计人员通过诸多备选方案进行选择。

　　3.2性能分析

　　3.2.1抗震性能分析

　　对于整体结构来讲，足够的承载能力以及变形能力是能同时满足条件的两方面需求。结合概念设计的最新理念，分别对两种不同的结构体系进行细致的研究分析。在结构设计中，对于结构的要求必须具有一定的承载能力以及适当的刚度。高层的结构及其使用功能和安全性与侧移大小有着密切的关系，侧移过大会使隔墙和保护墙以及材料出现裂痕以及损害。其结构必须按照规定内的百分点对于不利情况计算出结构体系的层间位移角，框剪结构要大于剪力墙的结构，这两种解都要小于规范要求，且有较大的充裕量，这说明两种结构都要满足刚度的要求。只是针对使用性能来讲，剪力墙的墙体过多，结构自我承重力大，导致较大地震作用，混凝土和钢材的使用量也高，与此同时还增加了基础工程的投资建设，限制了建筑方面的灵活运用。因为框架结构能够形成自由且灵活性强的利用空间，更容易满足不同建筑的功能性，剪力墙具有比较大的抗侧移刚度，这样就会增加抗震力，从而减少了结构侧移。

　　总之，随着我国经济的飞速发展，建筑行业得到了飞速的发展，其中高层建筑深受群众的偏爱，高层的设计构思与建设也在不断发展，其结构呈多样性。在高层建筑过程中钢筋混凝土结构设计得到了建筑商的青睐，被越来越多的高层建筑商选用，所以钢筋混凝土结构设计在高层建筑中有很大的发展空间，目前，我国还未对其形成具体的规范要求，需要进行更加深入的调查研究工作。

　　结论

　　参考文献:

　　[1]张瑞红;高层框架结构设计中应注意的若干问题[J];长沙铁道学院学报(社会科学版);2010年01期

　　[2]蒋鲁蓉;钢筋混凝土框架结构设计有关问题的初步探讨[J];山西建筑;2008年01期

　　[3]高新艳;杜秀丽;钢筋混凝土结构优化设计[J];山西建筑;2007年08期

　　[4]吴本华;多层住宅钢筋混凝土结构体系抗震及经济性能的研究[D];合肥工业大学;2002年

　　[5]崔立成;钢筋混凝土高层结构设计中的几个问题[J];中国新技术新产品;2010年01期

《对高层建筑中钢筋混凝土结构设计的再探讨》

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