试述绿色建筑设计在高层民用建筑设计的运用

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【摘要】绿色建筑设计是现代建筑设计的发展趋势，高层民用建筑设计中对绿色建筑设计的应用就是最好的表现。不断完善高层建筑混凝土结构的设计，提高设计水平非常重要。本文从高层建筑混凝土结构的设计特点、基础设计与上部结构设计这三方面入手分析，对绿色建筑设计在高层民用建筑设计的应用进行了研究，具有重要的参考意义。

【关键词】高层民用建筑；混凝土；结构设计

随着城市化进程的不断加快，土地资源的利用问题越来越受到国家政府部门的重视，正因为如此高层建筑应运而生。高层建筑在当前城市建设中已成为较常见的建筑形式，这种建筑形式极大的利用了土地资源，缓解了城市当前人口不断增多而土地资源紧缺的问题，并且代表了一个城市的现代化水平和经济的快速发展。但在高层建筑的结构设计中，不仅仅只是要考虑楼层高低和土地利用率的问题，更重要的是要考虑到高层建筑结构的可行性、安全性以及其它能够满足市场需求性之间的如何协调设计，以实现社会效益、经济效益最大化的问题。

1、高层建筑混凝土结构的设计特点

与多层建筑的结构设计不同，高层建筑的结构设计需要考虑的因素更多，设计中所涉及到的问题更为复杂，设计难度更大。这是因为高层建筑不但增大了对地基基础的荷载与强度要求，同时其自身的结构构件柱、墙、梁、板的承载能力、抗震能力也都需要得到保证，只有这样才能确保建筑自身的稳定性与安全性。高层建筑混凝土结构的设计具有以下几个特点：

1.1水平侧向力是影响高层建筑结构设计中关于变形设计的主要影响因素。高层建筑受到的水平力主要为风荷载作用及地震荷载作用下产生的水平地震力。与普通多层建筑相比，高层建筑结构中更需要考虑水平侧向力对建筑结构的影响，这是因为高层建筑受到水平荷载会产生较大的水平位移，从而影响到建筑结构的承载力、稳定性和舒适性。因此在结构设计中要尤其注意考虑到这一点。

1.2结构体系合理的刚度布置和承载力分布。有人认为在高层建筑结构设计中，结构的刚度越大则其承载能力越强，抗震性能就越好。其实不然，高层建筑的结构并非是刚度越大越好，刚度及质量越大，吸引的地震力也越大，同时造价也会提高，所以高层建筑结构需同时具备一定的柔性，这样才能满足抗震性能的要求，保证其在外力作用下，不会因刚度和脆性过大而发生倒塌。因此在设计中应该将建筑的刚度控制在合理的范围内，不可过大，也不可过小。这也就要求高层建筑应当具备一定的延性，同时满足建筑的承载能力和抗震能力。

2、地基基础设计

地基基础是保证高层建筑安全稳定的根本，若地基基础的设计存在缺陷，那将会对后期的建筑使用带来严重影响与危害。一般来讲，高层建筑的地基基础设计最应当注意的就是沉降问题。为此，在基础设计中要考虑沉降计算和避免出现沉降差的一些具体措施，以下我们来分析两种常见的设计方案：

2.1设置沉降缝。为避免不均匀沉降对建筑物带来的灾害，对于高层建筑结构而言，在建筑平面的转折部位、建筑物高度差异较大处以及地基土压缩性存在明显差异处可设置沉降缝。沉降缝能够将建筑物分割成相对独立的结构单元，从而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损坏。

2.2地基处理。高层建筑由于其传给基础的荷载往往较大，使得很多的天然地基不能满足上部结构承载力要求。当基础底面压力设计值与地基承载力设计值相当或超过值不足5%时，可采用提高上部结构刚度，如框架结构可在建筑的正负0.0米标高附近加设拉梁，适当加大梁柱截面等，以加强抵抗不均匀沉降能力的措施；当超过5%及以上或预估结构沉降值超过规范限值时，可采取放大基础底面积、对地基进行加固处理或减少上部荷载等措施。近年来，越来越多的高层建筑采用地基处理的方法，针对高层建筑不同的结构类型、对地基的承载力要求及不同的地质情况，采用不同的地基处理方法。如高层剪力墙结构，多采用CFG桩、预制管桩或灌注桩等形式。（CFG桩即水泥粉煤灰碎石桩，由碎石、石屑、砂、粉煤灰掺水泥加水拌和，用各种成桩机械制成的低强度桩。）

3、上部结构设计

除了要做好高层建筑结构的地基基础设计之外，还需要对其上部结构进行全面的优化设计，尤其是对主要受力构件，如竖向受力构件剪力墙的合理布置。同时，应当严格控制设计质量，不断完善优化设计方案，以保证高层建筑的设计质量。

3.1剪力墙的布置

高层建筑中很多涉及剪力墙的布置问题，无论是框架一剪力墙结构中的剪力墙，还是纯剪力墙结构中的剪力墙，亦或框架一核心筒结构中的剪力墙，都存在如何布置的问题，这也是高层混凝土结构设计需要首先面对的一个问题。为保证高层建筑结构较好的空间工作性能，剪力墙均应双向布置，遵循均匀、对称、强边角的布置原则，尽可能使剪力墙的刚度分布均匀。在设计框架一剪力墙结构时，若剪力墙布置不均匀，使刚度偏置，就会导致结构扭转效应明显，即使加大框架柱截面和框架梁截面，也难以保证结构的第一周期为平动周期。另一方面，对于剪力墙的轴压比，按抗震等级不同超过一定限值时，需要设置约束边缘构件，从而使截面的塑性变形能力大大提高。此外设计中一定要提高对短肢剪力墙的重视程度，尽量避免布置短肢剪力墙；如果因条件限制不能完全避免，就需要控制短肢剪力墙的出现位置及数量，按规范采取加强措施。

3.2框架短柱的设计

地震作用下，框架短柱刚度大，吸收较大的地震力，尤其要注意楼层局部出现短柱的部位，极易产生剪切破坏而形成结构抗震薄弱部位。如框架结构中，双跑楼梯与平台板连接的框架柱，三跑和四跑楼梯的楼梯四角的框架柱，都可能成为框架短柱，对此类框架短柱宜采取下列措施：一是采用复合箍筋沿柱全高加密，同时保证短柱的纵向钢筋对称布置，且每侧的纵向钢筋配筋率不宜大于1.2%；二是通过提高构件受剪承载力和受压承载力的方法来改善短柱的抗震性能，从而防止构件在大剪压比的情况下发生剪切破坏。

3.3框架梁的设计

由于风荷载、地震力等水平荷载的作用，往往使框架梁的梁端负弯距远大于跨中正弯距。因此，为了避免框架梁负筋过多，在设计中我们都将框架粱的负弯距乘以0.85的调整系数进行调幅，减少梁端负弯距，并相应增加跨中正弯距。另外，如果搭在框架梁上的次梁负筋配置过大时，会导致对框架梁的不利影响，此时应减小此处配筋，将其调整加大至次梁跨中或次梁与框架梁按铰接处理。

4、结语

总之，在当前的城市现代化进程中，高层建筑混凝土结构已经成为很常见的结构形式，也是民用建筑采用最多的结构形式，因此我们必须要做严格缜密的设计。尤其是对高层建筑的基础、剪力墙、梁、柱等对建筑整体稳定性、安全性、经济合理性影响较大的部位，更应当不断完善设计方案，提高设计水平，以确保建筑工程的设计质量。

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