浅谈多层与高层钢筋混凝土结构

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摘要：我国现代建筑类型与功能的多样化，引起了建筑本身结构的多样化，高层建筑结构设计也越来越成为每一个工程师的工作难点。我国多层与高层建筑多用钢筋混凝土施工建造。如何在设计中保证实用性和安全性，减轻工程的建造成本，作为主体的钢筋混凝土结构设计显得尤为重要。本文将在工程地基选择、结构类型、转换层结构设计等方面做详细的探讨，以求给现代高层建筑施工带来一点启发。

关键词：多层与高层建筑；钢筋混凝土结构；结构类型；材料选择

一、多高层混凝土结构建筑的地基选择和基础设计

成熟的建筑工程师在选择多高层建筑的地基的时候必定先做大量的考察和计算工作。不仅仅因为地基是整个工程造价估计环节最重要的环节，而且在于地基的选择与建造直接关系到整个建筑的安全。无论是近段时间出现的楼歪歪、楼脆脆事件，还是因为地震引发的房屋倒塌，都和地基的不当选择有密切的关系。

多高层建筑的地基混凝土结构设计规范是我国目前建筑行业比较薄弱的一个环节。我国地质结构极为复杂，特别是在沿海河流冲积平原和三角洲、南方红壤丘陵以及西部地震频发带地质构造尤甚。目前通行《地基基础设计规范》没有系统全面地涵盖我国每一个地方的地基基础进行描述。相反，许多地方长时间的建筑经验积累行成的“地方地基设计”成了许多建筑工程师参考的依据。

从规则上来讲，每一个地方的地质构造不尽相同，许多规则并不一定适合当地的建筑地基设计和选择。因此，每一个建筑工程师必须加强对地方规范的学习和运用。这是在我国目前无法推出通行全国的地基设计规范条件下的最好选择。

在施工图纸上面不规则的信息和符号会对工程的施工造成负面的影响，所以，当建筑行业每一次新的规范出台的时候，建筑工程师都要特别加以留意。

南方的多高层建筑的地基选择和设计更为困难。因为地下水位较高，土层密度小，渗水性大，工程耗时长。避免暗河和软地基是首要选择，其次避开共振源，或是在地基结构设计中错开共振源的频率；第三考虑好建筑水源和其他材料的供应，缩短运输成本。

二、多高层混凝土结构建筑的结构体系分类

根据建筑的预算、适用性等对建筑结构进行设计的时候我们往往采取剪力墙体系、框架-剪力墙体系中的一种对建筑作前期的分析和设计。每一个体系的选择都是根据整个体系的强度和刚度是否能够满足要求进行的。剪力墙体系的受力曲线是弯曲的，其剪力墙的设置,增大了结构的侧向刚度,使建筑物的水平位移减小,框架受的水平剪力大大降低，内力沿竖向的分布均匀,所以框架-剪力墙体系的能建高度要大于框架体系，目前大城市的低于20层的高大建筑多用此体系；框架-剪力墙体系的受力位移曲线是弯剪形的，许多30多层的建筑多用剪力墙体系；二筒体体系由于其很大的刚度和强度适合大跨度大空间和超高建筑，比如说上海东方明珠电视塔，其抗风抗震能力都很强。

三、建筑整体结构的设计

（一）准确计算结构参数

在地基地址选择好之后，如何准确高效率地对工程本身进行分析和施工，是钢筋混凝土多高层建筑的重要环节。新出台的建筑规范对建筑整体结构的计算和分析做了很大的调整和改进。我们进行设计时通用的计算机模型有：ETABS、SAP或SATWE等。每一个软件的差异性导致计算结果的差异性。在工程整体结构计算和处理结果的时候选择合理的计算机软件模型，或是用过个软件模型进行分析计算，最后综合得出一个合理的参考模型是建筑工程师需要努力掌握的技巧。这对宏观把握整个建筑的设计和施工，对建筑进行预算、对材料进行选择都是至关重要的。

比如说，钢筋混凝土结构的框架式设计和剪力墙设计在地基和负楼层与高楼层自振周期系数有何不同、钢筋混凝土结构部件平面荷载随楼层的增高的而变化的参数、建筑侧移和平移距离以及剪力墙角度大小的模型预测等等。

再比如说，在考虑地震力的时候，计算振型数目是否有遗漏,在新规范中增加一个振型参与系数的概念,并明确提出了该参数的限值。振型参与系数的概念,或即使有该概念并没有出现在旧的建筑设计规范中,且此参数值符合新规范的要求否。所以,在计算分析阶段必须对计算结果中该参数的结果进行判断,并决定是否要调整振型数目的取值。

水平地震作用与重力荷载效应组合对应的结构构件截面抗震承载力并不能只作对等参照，为了达到地震作用力和重力荷载共同作用对结构的柔性破坏，预估值必须放大。

（二）正确处理钢筋混凝土结构建筑的高度

抗震规范对建筑结构的总体高度有严格的限制。特别是地震频发区的历史数据表现出来的地震破坏启发我们必须对我国建筑行业的基本情况做具体的分析。

汶川地震后的数据表明，钢筋混凝土结构的多层建筑多表现为建筑节点的破裂导致结构散架。钢筋混凝土结构的高度的不同其设计的方法和处理措施都有很大的不同。在新建筑设计规范中，A级高度不再是最高的高度，新增的B高度建筑需要在工程前期由专家进行会议论证，工程的工期、造价，安全性等工作情况必须全面保证才允许动工。

四、高层混凝土结构建筑转换层形式

现代高层建筑是多功能的，我们经常在商场看到大开的整体商业大间，而楼上有办公楼小间或是住宅小间。转换层是多高层建筑中重要的环节，特别钢筋混凝土结构建筑的重中之重。因为我们从下面商场看到的横梁上设置的转换层，是用以承托上面小间的剪力墙的。转换层设计和施工出现问题，其上面的楼层安全将难以保证。

转换层结构既可以设计为梁式板式，也可以设计为桁架式或空腹桁架式等形式。我国为了节省建筑成本大多用钢筋混凝土结构进行转换层浇注，钢结构由于其价格方面的劣势在我国没有得到广泛采用。但是我们可以大胆地预测，随着我国经济的更好发展，钢结构或钢和混凝土组合结构的转换层形式在以后将成为建筑行业的一种重要形式。这是缩短建筑工期的最佳办法。

（一）合理地处理换层层梁体系及支撑构件

高层建筑转换层支撑结构必须保证以下几点：一是安全，二是方便和适用，三是多功能。

转换层相对来说设计简单一些。只要保证好节点性能的优越性就可以了。但是由于附壁约束性的变异、材料的缺陷、荷载的变异，往往又给转换层支撑架的设计带来许多难于控制和预料的因素。

建筑工程师应加强经验的总结，加强工程前期设计和计算和现场施工的管理。

（二）高层建筑转换层结构混凝土的温度和裂缝控制

钢筋混凝土的温度应力与温度裂缝，温度应力的大小受多方面的制约。结构形式、施工时间、气候、材料特征等都可能对温度应力造成影响。

由于混凝土会收缩，暴露在空气中的钢筋则容易受潮生锈，而暴露于空气中的混凝土则容易降温，造成与结构内部温差过，所以合理控制施工的时间尤为重要。蓄水保温和覆盖保温是目前混凝土温度常用的办法。蓄水深度和覆盖厚度需要通过计算来确定。转换层混凝土都是预拌的。强度越高的混凝土施工难度越大，对高强度混凝土的认真分析是保证墙体和结构少出裂缝、保证工程质量的前提。

做好保温之后，工作人员需要加强对结构大体积混凝土温度的监测。钢筋混凝土结构的建筑构件的温度监测可以视具体情况而定。对于小高层的建筑没有那么严格。但是对于超高层的建筑，必须严格控制结构体的温度。测温的方法有很多种：有简易和先进的。经验丰富的工程师可以根据经验采取预估测温，而先进的测温法多用在超高层大型混凝土建筑，采取的是现场检测与试验，这是情报化施工的体现。

参考文献：

[1]蔡俊.可靠性工程学[M].哈尔滨:黑龙江科学技术出版社,1999(05)

[2]中国建设部编.中华人民共和国国家标准：GB 50010-2002 混凝土结构设计规范[S]中华人民共和国建设部.2002(03)

[3]郑杭生.高层建筑钢-混凝土混合结构设计规程[M]中国计划出版社.2008(10)