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摘要：随着经济的发展和城市人口的增加，高层建筑已成为城市居民的主体。建筑的类型和功能也呈现出复杂化的趋势，而结构体系也更加多元化。因此，高层建筑的结构设计也成为当前结构设计师工作中的一项重点问题。本文就高层混凝土建筑的结构设计进行了简要的探讨。
关键词：高层建筑；混凝土；结构；设计
引言
高层建筑是随着经济发展、科学进步、人类社会繁荣昌盛而产生的。从城市建设和管理的角度看，建筑物向高空延伸，可以缩小城市的平面规模，为人们提供更多的生活工作空间，缩短城市道路和各种公共管线长度，满足大企业办公楼的需要，从而节省城市建设与管理的投资。然而，高层建筑的建设也面临着结构设计、垂直交通、建筑物外观和高度等问题。
1高层混凝土建筑结构概念设计
概念设计是根据理论与实验研究结果及工程经验等形成的基本设计原则和设计思想，进行结构的总体布置，并正确确定细部构造的过程，需要遵循相应规范条文进行合理的平面设计、竖向设计、基础设计等。
概念设计包括建筑概念设计和结构概念设计两个方面。建筑概念设计是对满足建筑使用功能、造型优美、技术先进的总建筑方案的确定；结构概念设计是在特定的建筑空间中用整体的概念来完成结构总体方案的设计。结构概念设计旨在有意识地处理构件与结构、结构与结构的关系，满足结构的功能要求和建筑功能的需要，以及技术经济可能的设计原则，确定最优的结构体系，选择适用的建筑材料和合理的关键部位构造、结合适宜的施工及合理的效益达到房屋设计的统一。
2高层混凝土建筑结构设计特点
2.1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。建筑结构的耐震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。因此，在结构设计中应综合考虑这些因素，合理设计，使结构具有足够的强度、适宜的刚度、良好的延性。
2.2侧移大（房屋水平变形大)
高层建筑结构的顶层侧移较低层建筑的侧移大。但过大的侧移使人不舒服，使电梯运行困难。影响人们在建筑物内正常工作和生活；侧移过大会使建筑装修开裂，甚至脱落，影响建筑物的美观、隔音、保暖等，脱落物有时会砸坏家具或设备甚至造成人身安全事故；会使结构出现附加变形，从而产生附加内力，使结构主体出现裂缝，严重的会引起房屋破坏或倒塌。
因此，结构设计不仅进行结构强度设计，还必须计算房屋的水平侧移，并采取措施加以控制。限制侧向变形也就是限制结构的裂缝宽度及破坏程度。
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2.3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仅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高层混凝土建筑结构设计应注意问题
高层建筑设计从体系选择、平面布置、竖向布置、抗震概念设计无一不体现设计师的水平，下面叙述几个需注意的问题。
3.1上部结构设计过程中存在的问题
（1）剪力墙结构，剪力墙的布置要均匀，不要出现单肢刚度过大的剪力墙，以免应力过于集中，一旦破坏，将构成严重影响。而且，与之相关联的基础，连梁等构件的设计难度都会加大。刚度较大的第一级别的剪力墙 (同一级别的剪力墙是指刚度相近， 比值小于 2 时的墙肢)，其墙肢数不应少于 4 肢。另外，当遇到中震时，我们应考虑第一级别的剪力墙进入塑性后，还应有小级别的剪力墙来维持建筑物变形不致过大，产生次生灾害。这就是多道设防的概念。但当遇到大震时，小级别的剪力墙也进入塑性阶段后，建筑物基本已经破坏了。此时，我们应该通过我们的设计有选择地让梁破坏，从而保证柱子的完整性，来保证建筑不倒，或缓倒，以争取时间，减少人员的伤亡。这就是我们说的延性设计。
（2）剪力墙结构的连梁设计很重要，但我们看到，目前很多设计在这个环节上做的并不好。有的是因为重视不够，有的是应为认识不足。现在我把我在这方面的经验简单介绍一下。首先，什么是连梁呢?简单的说，就是那些连接两片剪力墙，一旦遇见地震等灾害，建筑晃动时首先受力的是剪力墙，它分担大部分的力量，通过自身的损伤来达到承重，保护其他部件的目的。达到这些要求的，设计者才会将其规划做连梁使用。
3.2“设缝”
为避免不均匀沉降对建筑物带来的灾害，对于长度较大的建筑物，在建筑平面的转折部位、建筑物高度差异处以及长高比过大的砌体承重结构、地基土压缩性存在明显差异处设置沉降缝，沉降缝能够将建筑物分割成独立的单元，从而实现使各单元产生的沉降互不影响，因此也就避免了不均匀沉降对建筑物带来的灾害。
沉降缝由于同一建筑物中各部分基础显著的沉降差产生，在设计中，通常用“放”、“抗”、“调”等办法解决，即设沉降缝、采用刚度大的基础、调整各部分基础形式或施工顺序。目前，广州、深圳等地多采用基岩端承桩，主楼、裙房间不设缝；北京的高层建筑则一般采用施工时留后浇带的做法。设计师应在实际中灵活掌握。防震缝在规范中有明确规定，但应据实际情况适当放宽或缩小。
3.3高层建筑结构设计中的扭转问题
建筑结构的几何形心、刚度中心、结构重心即为建筑三心，在结构设计时要求建筑三心尽可能汇于一点，即三心合一。结构的扭转问题就是指在结构设计过程中未做到三心合一，在水平荷载作用下结构发生扭转振动效应。为避免建筑物因水平荷载作用发生扭转破坏，应在结构设计时选择合理的结构形式和平面布局，尽可能使建筑物做到三心合一。在水平荷载作用下，高层建筑扭转作用的大小取决于质量分布。为使楼层水平力作用沿平面分布均匀，减轻结构的扭转振动，应使建筑平面尽可能采用方形、矩形、圆形、正多边形等简单平面形式。在某些情况下，由于城市规划对街道景观的要求以及建筑场地的限制，高层建筑不可能全部采用简单平面形式，当需要采用不规则L形、T形、十字形等比较复杂的平面形式时，应将凸出部分厚度与宽度的比值控制在规范允许的范围之内，同时，在结构平面布置时，应尽可能使结构处于对称状态。
结束语
总而言之，高层建筑的发展，充分显示了科学技术的力量，这就需要我们结构工程设计师不断的进行学习、研究、比较，建筑结构设计人员也要明确自己的责任，多侧重于自身的设计理念、设计经验和创造力，只有这样，才能为社会造就更多更好的建筑。
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论文作者:李洋,孙聪,孙鹏
论文发表刊物:《防护工程》2017年第35期
论文发表时间:2018/4/16
标签：结构论文; 高层建筑论文; 建筑论文; 结构设计论文; 建筑物论文; 刚度论文; 概念论文; 《防护工程》2017年第35期论文;