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摘要：我国混凝土结构的高层建筑迅速发展是随着社会生产的发展和人们生活的需要而发展起来的,是商业化、工业化和城市化的结果。本文分析了高层建筑混凝土结构类型，阐述了高层建筑结构设计特点，探讨了高层建筑混凝土的结构设计。
关键词：高层；建筑；混凝土；结构设计
中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A 文章编号：
近30年来,高层建筑发展十分迅速,如雨后春笋林立于世界各地,具有强大的生命力。它的突出优点是有效地利用空间资源,占地面积小,可缓解大城市的住房困难、交通拥挤和用地紧张等问题。我国混凝土结构的高层建筑迅速发展是随着社会生产的发展和人们生活的需要而发展起来的,是商业化、工业化和城市化的结果。
一、高层建筑混凝土结构类型
1、钢筋混凝土结构
钢筋混凝土结构具有耐高温性强、抗腐蚀强、刚度大、整体性较好、位移不大、舒适度较好、维护方便和成本低等特点，这些都是钢结构无法比拟的。另外，我国混凝土增强材料技术（如新型预应力钢棒和非金属配筋等） 不断地得到发展，且型钢混凝土、钢管混凝土、轻混凝土和高强混凝土等方面的理论技术已经达到了成熟水平。因此，钢筋混凝土材料重新得到了重视，钢筋混凝土现浇结构也应用于我国绝大多数的高层建筑中。
2、组合结构
组合结构除了具有钢筋混凝土结构的优点外，还具有静、动力工作性能优异、科技含量高、对环境污染少、大量节约钢材、降低成本和施工进程快等优点，其中节约钢材的特点是由于其混凝土在钢管内的三轴受压状态可提高自身承载力的结果。因而，组合结构在某些情况下可以取代钢结构和钢筋混凝土结构，应用与更高的建筑中，并且在电力、造船、交通和冶金等方面也已得到广泛的应用。
3、新型结构
以往高层建筑的结构体系有框架体系、剪力墙体系和框架- 剪力墙体系三种类型，而我们新型的结构体系主要是根据筒体的组成方式来区分的，主要有框筒体系、筒中筒体系和多束筒体系三种。新型结构体系中的筒体与传统的单片平面结构不同，其在水平力作用下可以看成固定于基础上的箱型悬臂结构，具有更大的承载力和抗侧刚度。目前，这种新型的筒体结构体系在层数较多、功能较多、用途较多的高层建筑中已得到广泛的应用。
4、 智能建筑
智能建筑是高新技术产业和现代建筑技术的结合产物，在高层建筑中具有比其他结构更广阔的应用前景。智能建筑主要是通过建筑物的结构、系统、服务和管理四要素的内在联系，以最优化的设计为世人提供一个安全、快捷、便利、舒适和高效率、高投资的环境空间。
二、高层建筑结构设计特点
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，可以忽略不计；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。
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经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位移控制在一定范围之内。
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。建筑结构的抗震能力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。
三、高层建筑混凝土结构设计
1、结构平面布置
一般来说对于高层建筑内，除了极特殊的设计需求外，在高层建筑内每一个独立结构单元都不宜采用严重不规划的平置布置设计，也就是说，应该追求形状简单、规则，尽可能做到刚度和承载力分布均匀，高层建筑宜选用风作用效应较小的平面形状，例如抗震设计的A级高度钢筋混凝土高层建筑，其平面長度不宜过长，突出部分长度不宜过大，不宜采用角部重叠的平面图形或细腰形平面图形。（1）结构平面布置应减少扭转的影响。首先考虑地震作用下的偶然偏心因素，其中最重要的是评估楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移。具体规定是，A级高度的高层建筑，其位移值不应大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍；B级高度的高层建筑、超过A级高度的混合结构高层建筑以及复杂高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍。（2）抗震设计时的高层结构平面布置。高层建筑宜调整平面形状和结构布置，避免结构不规则，不设防震缝。然而当建筑物平面形状复杂，我们又无法通过简单的办法将其平面形状和结构布置调整，从而形成较规则的结构时，这时我们就应该设置防震缝，以便将其划分为几个较简单的结构单元。设置防震缝时，对于框架结构房屋来说，高度不超过15米的部分，一般取100毫米。超过15米的部分，缝宽还要按规范要求加宽。另外，剪力墙结构的房屋可按上述规定数值的一半采用。而对于框架—剪力墙结构房屋可按原规定的70%采用，但无论如论，防震缝的设计不应少于100毫米。同时，防震缝的宽度的确定应按最不利的结构类型确定。具体规定是，如果防震缝两侧的房屋高度不同，那么说防震缝的宽度应房按照较低的房屋确定。如果出现相邻结构有较大的沉降差时，还要增大防震缝的高度。
2、结构竖向布置
高层建筑的竖向结构更加重要，直接影响到整体建筑的质量。高层建筑的竖向体型宜规则、均匀，如无特殊的设计需要，则应力求避免有过大的外挑和内收。出于重心和稳定的考虑，整体建筑的竖向结构应该下大上小，侧向应该是逐渐均匀变化，例如世界上第一高的建筑迪拜塔就很好地证明了这一点。如果是竖向结构不是直的，或者不是下大上小，出现严重不规则的结构，例如央视大楼，那就需要特殊的结构设计，否则为会整体建筑结构的稳定性带来隐患。如果建筑结构竖向内收时，从抗震需要的角度，高层建筑结构的楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70%，或者说不应小于其上相邻三层侧向刚度平均值的80%。另外一个方面，当高层建筑结构位于上部的楼层，其缩进部位到室外地面的高度与房屋高度之比大于0.2时，上部楼层收进后其长度不宜小于下部楼层长度的75%。
3、抗震等级的设计
高层结构的抗震等级的设计要结合当地的地震发生状况，按照百年一遇、两百年一遇的标准来设计，在可能的情况下，还要提高抗震等级。当本区域的抗震防烈度为6到8度时，抗震等级还要在这个基础上再提高一度。在进行高层建筑的抗震设计时，其钢筋混凝土结构构件所采用的抗震等级，主要考虑到设防烈度、结构类型和房屋高度，因这三个因素不同而采用不同的抗震等级。一般来说，高层建筑都是有地下室的，当高层建筑把地下室顶层作为其嵌固端时，这时地下室的抗震强度就应该与整体结构完全相同，否则仍然会对整体建筑有着较大的影响。总而言之，高层建筑钢混结构设计要从竖向和平面的结构设计、抗震等级多方面的角度来分析，严格执行国家的相关规定。如果仅从混凝土的构造要求来说，例如钢混立柱，对房屋高度大而柱中轴力较大时，宜采用型钢混凝土柱或者钢管混凝土柱，也就是说要采用高强度混凝土柱。抗震等级为特一级的高层建筑结构中，其钢筋混凝土框架柱宜采用型钢混凝土柱或钢管混凝土柱，底部加强部位及其上一层的弯矩设计值应按墙底截面组合弯矩计算值的1.1倍采用。另外，对于高层建筑物混凝土的质量也要有较高的要求，我们要增加一定的添加剂到水泥和石灰中，用来增强混凝土的配筋率。同时还要高湿度的养护，以保障混凝土部件的不变形。概言之，只有科学的结构设计、严格的操作规范和高质量的标准要求，才能有合格的高层建筑。
总之，在高层建筑混凝土结构设计时，应充分考虑到高层建筑在风和地震力等水平荷载和自重、活载等垂直荷载等因素，必须保证高层建筑结构具有足够的强度、适宜的刚度和良好的延性。同时，明确建筑结构总体系和主要体系间的最佳受力要求，确定最佳结构方案、结构计算模型和内力数据，帮助今后的施工和使用做到“好、快、省”，为人们提供一个安全、快捷、便利、舒适和高效率、高投资的环境空间，保证人们生命财产安全。
参考文献：
[1] 苏赐钦. 高层建筑混凝土结构的优化设计探析[J]. 黑龙江科技信息, 2010,(20) .
[2] 刘利峰. 钢筋混凝土建筑结构设计优化研究[J]. 科技资讯, 2010,(20) .
[3] 曾继荣. 浅议民用高层钢筋混凝土建筑结构设计优化[J]. 四川建筑, 2010,(04) . [J]. 福建建筑, 2010,(01) .
关键词：高层；建筑；混凝土；结构设计
中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A 文章编号：
近30年来,高层建筑发展十分迅速,如雨后春笋林立于世界各地,具有强大的生命力。它的突出优点是有效地利用空间资源,占地面积小,可缓解大城市的住房困难、交通拥挤和用地紧张等问题。我国混凝土结构的高层建筑迅速发展是随着社会生产的发展和人们生活的需要而发展起来的,是商业化、工业化和城市化的结果。
一、高层建筑混凝土结构类型
1、钢筋混凝土结构
钢筋混凝土结构具有耐高温性强、抗腐蚀强、刚度大、整体性较好、位移不大、舒适度较好、维护方便和成本低等特点，这些都是钢结构无法比拟的。另外，我国混凝土增强材料技术（如新型预应力钢棒和非金属配筋等） 不断地得到发展，且型钢混凝土、钢管混凝土、轻混凝土和高强混凝土等方面的理论技术已经达到了成熟水平。因此，钢筋混凝土材料重新得到了重视，钢筋混凝土现浇结构也应用于我国绝大多数的高层建筑中。
2、组合结构
组合结构除了具有钢筋混凝土结构的优点外，还具有静、动力工作性能优异、科技含量高、对环境污染少、大量节约钢材、降低成本和施工进程快等优点，其中节约钢材的特点是由于其混凝土在钢管内的三轴受压状态可提高自身承载力的结果。因而，组合结构在某些情况下可以取代钢结构和钢筋混凝土结构，应用与更高的建筑中，并且在电力、造船、交通和冶金等方面也已得到广泛的应用。
3、新型结构
以往高层建筑的结构体系有框架体系、剪力墙体系和框架- 剪力墙体系三种类型，而我们新型的结构体系主要是根据筒体的组成方式来区分的，主要有框筒体系、筒中筒体系和多束筒体系三种。新型结构体系中的筒体与传统的单片平面结构不同，其在水平力作用下可以看成固定于基础上的箱型悬臂结构，具有更大的承载力和抗侧刚度。目前，这种新型的筒体结构体系在层数较多、功能较多、用途较多的高层建筑中已得到广泛的应用。
4、 智能建筑
智能建筑是高新技术产业和现代建筑技术的结合产物，在高层建筑中具有比其他结构更广阔的应用前景。智能建筑主要是通过建筑物的结构、系统、服务和管理四要素的内在联系，以最优化的设计为世人提供一个安全、快捷、便利、舒适和高效率、高投资的环境空间。
二、高层建筑结构设计特点
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，可以忽略不计；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。
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经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位移控制在一定范围之内。
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。建筑结构的抗震能力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。
三、高层建筑混凝土结构设计
1、结构平面布置
一般来说对于高层建筑内，除了极特殊的设计需求外，在高层建筑内每一个独立结构单元都不宜采用严重不规划的平置布置设计，也就是说，应该追求形状简单、规则，尽可能做到刚度和承载力分布均匀，高层建筑宜选用风作用效应较小的平面形状，例如抗震设计的A级高度钢筋混凝土高层建筑，其平面長度不宜过长，突出部分长度不宜过大，不宜采用角部重叠的平面图形或细腰形平面图形。（1）结构平面布置应减少扭转的影响。首先考虑地震作用下的偶然偏心因素，其中最重要的是评估楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移。具体规定是，A级高度的高层建筑，其位移值不应大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍；B级高度的高层建筑、超过A级高度的混合结构高层建筑以及复杂高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍。（2）抗震设计时的高层结构平面布置。高层建筑宜调整平面形状和结构布置，避免结构不规则，不设防震缝。然而当建筑物平面形状复杂，我们又无法通过简单的办法将其平面形状和结构布置调整，从而形成较规则的结构时，这时我们就应该设置防震缝，以便将其划分为几个较简单的结构单元。设置防震缝时，对于框架结构房屋来说，高度不超过15米的部分，一般取100毫米。超过15米的部分，缝宽还要按规范要求加宽。另外，剪力墙结构的房屋可按上述规定数值的一半采用。而对于框架—剪力墙结构房屋可按原规定的70%采用，但无论如论，防震缝的设计不应少于100毫米。同时，防震缝的宽度的确定应按最不利的结构类型确定。具体规定是，如果防震缝两侧的房屋高度不同，那么说防震缝的宽度应房按照较低的房屋确定。如果出现相邻结构有较大的沉降差时，还要增大防震缝的高度。
2、结构竖向布置
高层建筑的竖向结构更加重要，直接影响到整体建筑的质量。高层建筑的竖向体型宜规则、均匀，如无特殊的设计需要，则应力求避免有过大的外挑和内收。出于重心和稳定的考虑，整体建筑的竖向结构应该下大上小，侧向应该是逐渐均匀变化，例如世界上第一高的建筑迪拜塔就很好地证明了这一点。如果是竖向结构不是直的，或者不是下大上小，出现严重不规则的结构，例如央视大楼，那就需要特殊的结构设计，否则为会整体建筑结构的稳定性带来隐患。如果建筑结构竖向内收时，从抗震需要的角度，高层建筑结构的楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70%，或者说不应小于其上相邻三层侧向刚度平均值的80%。另外一个方面，当高层建筑结构位于上部的楼层，其缩进部位到室外地面的高度与房屋高度之比大于0.2时，上部楼层收进后其长度不宜小于下部楼层长度的75%。
3、抗震等级的设计
高层结构的抗震等级的设计要结合当地的地震发生状况，按照百年一遇、两百年一遇的标准来设计，在可能的情况下，还要提高抗震等级。当本区域的抗震防烈度为6到8度时，抗震等级还要在这个基础上再提高一度。在进行高层建筑的抗震设计时，其钢筋混凝土结构构件所采用的抗震等级，主要考虑到设防烈度、结构类型和房屋高度，因这三个因素不同而采用不同的抗震等级。一般来说，高层建筑都是有地下室的，当高层建筑把地下室顶层作为其嵌固端时，这时地下室的抗震强度就应该与整体结构完全相同，否则仍然会对整体建筑有着较大的影响。总而言之，高层建筑钢混结构设计要从竖向和平面的结构设计、抗震等级多方面的角度来分析，严格执行国家的相关规定。如果仅从混凝土的构造要求来说，例如钢混立柱，对房屋高度大而柱中轴力较大时，宜采用型钢混凝土柱或者钢管混凝土柱，也就是说要采用高强度混凝土柱。抗震等级为特一级的高层建筑结构中，其钢筋混凝土框架柱宜采用型钢混凝土柱或钢管混凝土柱，底部加强部位及其上一层的弯矩设计值应按墙底截面组合弯矩计算值的1.1倍采用。另外，对于高层建筑物混凝土的质量也要有较高的要求，我们要增加一定的添加剂到水泥和石灰中，用来增强混凝土的配筋率。同时还要高湿度的养护，以保障混凝土部件的不变形。概言之，只有科学的结构设计、严格的操作规范和高质量的标准要求，才能有合格的高层建筑。
总之，在高层建筑混凝土结构设计时，应充分考虑到高层建筑在风和地震力等水平荷载和自重、活载等垂直荷载等因素，必须保证高层建筑结构具有足够的强度、适宜的刚度和良好的延性。同时，明确建筑结构总体系和主要体系间的最佳受力要求，确定最佳结构方案、结构计算模型和内力数据，帮助今后的施工和使用做到“好、快、省”，为人们提供一个安全、快捷、便利、舒适和高效率、高投资的环境空间，保证人们生命财产安全。
参考文献：
[1] 苏赐钦. 高层建筑混凝土结构的优化设计探析[J]. 黑龙江科技信息, 2010,(20) .
[2] 刘利峰. 钢筋混凝土建筑结构设计优化研究[J]. 科技资讯, 2010,(20) .
[3] 曾继荣. 浅议民用高层钢筋混凝土建筑结构设计优化[J]. 四川建筑, 2010,(04) . [J]. 福建建筑, 2010,(01) .