浅析高层建筑结构设计中混凝土的应用

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1、浅析高层建筑结构设计中混凝土的应用深圳市博万结构设计事务所（普通合伙）摘要：进入21世纪，随着时代的进步，混凝土的应用越来越广泛，其对于建筑结构的稳定性以及建筑工程的质量改善具有重要的意义，然而，在设计过程中，需要提高设计人员的专业素质，才能建造出高质量高标准的建筑，从而促进我国城市化进程的发展。文章对高层建筑中各种混凝土结构的发展以及高层建筑的结构设计体系及因素进行了分析，并提出了高层建筑中有关混凝土结构优化设计的一些方案。关键词：混凝土；高层建筑；结构；因素；优化设计；应用1、高层建筑混凝土结构体系1.1钢筋混凝土结构。钢筋混凝

2、土结构是最早的高层建筑结构，该结构主要由钢筋和混凝土构成。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》对高层建筑的定义指的是：10层及10层以上或房屋高度大于28米的住宅建筑和房屋高度大于24m的其他高层民用建筑。混凝土结构的整体性较能好，•且具有耐高温、位移小、维护方便、成木低和刚度大等特点，钢筋混凝土结构的一系列特点，都是钢结构所望尘莫及的。民用建筑中常用的高层钢筋混凝土结构体系主要有：（1）框架结构。（2）剪力墙结构。（3）框架剪力墙结构。（4）筒体结构。（5）板柱结构、板柱■剪力墙结构等。随着我国混凝土材料技术的不断发展。钢筋混凝土结

3、构已经成为我国大多数高层建筑所采用的结构体系，是目前我国应用最广泛的、也是大多数设计者最熟悉的建筑结构型式。1.2混合结构。混合结构是由钢框架（框筒）、钢管混凝土框架（框筒）、型钢混凝土框架（框筒）与钢筋混凝土核心筒体所组成的共同承受水平和竖向作用的建筑结构•混合结构是在钢结构和混凝土结构的基础上发展起来的一种新型结构，混合结构是近年来在国内迅速发展并广泛应用的一种高层建筑结构体系,它不仅具有混凝土的抗压能力和承重能力强的优点，还具有钢的抗拉能力及抗剪能力好的优越性能，在实践中已经取得良好的经济效益和社会效益。通常，根据钢与混凝土组

4、合结构所采用钢材形式与配钢方式的不同，可以将其分为组合楼板、钢与混凝土组合梁、型钢混凝土、钢管混凝土等多种形式。其主要特点有：(1)承载力提高。据相关实验表明，钢一混凝土混合结构在梁截面受局部载荷吋，可破坏载荷大约为设计载荷的2.2〜2.6倍，能够有效的提高承载力。(2)抗疲劳性能好。由于混凝土翼板的存在，有效的降低了钢梁上翼缘应力，在实际应用中也表明混合结构梁比纯钢梁具有更好的抗冲击、抗疲劳的能力。(3)节约钢材用量。在该混合结构中，混凝土可以替代部分钢结构，使得用钢量大幅下降，实践表明，钢一混凝土混合结构梁比钢结构梁用钢量少20

5、%〜40%。(4)增加刚度，提高抗震性和稳定性。一方面，混凝土板参与梁的工作，有效的增加了梁的刚度，在用钢量相同的条件下，与钢梁结构相比，梁挠度可减少30%〜50%,并且截面高度减小1/4〜1/3。另一方面，混合结构梁上翼缘侧向刚度大，进而使得整体稳定性提高，从而提高了抗震性能。在高层建筑结构体系中，剪力墙体系和框架体系等几种类型是比较常见的，而对于新型的结构体系，它主要是以筒体的组成方式来作为区分标准的，新型结构体系可分为三种体系：筒中筒体系、框筒体系和束筒体系。相比于传统的单片平面结构体系，新型结构体系中的筒体则具有更大的抗侧刚

6、度，且承载力更大。目前，在功能较全且层数较多用途较广的高层建筑中，这种新型结构体系相对比较适用。2、高层建筑结构设计考虑因素在高层建筑中，当建筑物达到一定高度，安全性就会成为重要的考虑因素，混凝土结构的优化设计是安全性的一个重要保证，因此，对于具有一定高度的高层建筑，在设计时，混凝土结构的优化设计就显得异常重要。高层建筑结构设计必须充分考虑各方面因素，使其达到强度足够、刚度适宜、延性良好、设计合理的标准。需要考虑的因素主要包括：2.1侧向力。侧向力主要是指建筑物在建成以后所承受的风力、地震力和垂直载荷等外力。无论是高层建筑还是低层建

7、筑都要承受这样的侧向力，低层建筑受到水平力较小，而高层建筑受到水平力随着层数的增多而不断增大。因此，风荷载和地震力等侧向力应该成为高层建筑结构设计时着重考虑的因素，这些因素正是影响高层建筑物结构变形、结构内力的主要因素。2.2适宜的刚度。据胡克定律，剪切模量G能够在很大程度上决定向同材料的刚度，同吋，建筑物的形状购置也将在很大程度上决定建筑物在塑性期的刚度。在高层建筑建设过程中，建筑高度是一系列风险因素的出现原因，其中不仅包括侧向力，更包括侧向位移，它是会随着建筑物高度的增加而逐渐增大，当高层建筑在水平力的作用之下，为了使高层建筑的

8、侧向位移保持在一定范围之内,高层建筑必须具有足够的强度，同吋，自振周期必须控制在最合理范围内。只有这样，高层建筑的结构设计才是最优化的。2.3延性良好。正如我们的常识所知，当同吋受到地震等侧向力的作用，高层建筑比低层建筑更容易变形，其