浅析高层建筑混凝土结构稳定设计

浅析高层建筑混凝土结构稳定设计

张建良

莱州润德房地产开发建设有限公司 山东 烟台 261400

摘要：建筑工程行业的快速发展，不仅加快了我国整体经济发展步伐，并且也为民生建设提供了充足的动力。对于高层建筑来说，其可以在有限的面积内容纳更多的住户，因而成为了开发商最为青睐的建筑形式。但是，随着高层建筑层数的不断提升，对于其混凝土结构的稳定性也提出了更加严格的要求。因此，本文将着重对高层建筑混凝土结构稳定设计进行分析与探究，以供参考。

关键词：高层建筑；混凝土结构；稳定性；设计

引言：在当前高层建筑工程中，混凝土结构存在诸多优势，在建筑结构工程中获得了广泛应用。尽管混凝土结构方面的性能十分卓越，但是其稳定性的好坏，将会直接影响整个高层建筑工程的使用质量。因此，对于设计单位来说，在设计高层建筑混凝土结构时，务必要将混凝土结构稳定设计作为头等大事来予以考虑，最大限度的提升高层建筑混凝土结构的稳定程度，对提升整个高层建筑的建设质量有着至关重要的作用。

一、‍混凝土结构的基本概况

1、混凝土结构的发展里程

在十九世纪左右，西方国家便开始将混凝土结构用作在桥墩工程之中，随着时间的不断推移，混凝土结构在建筑工程中的应用变得更加频繁，并且所取得的应用效果也十分不错。当前，随着我国建筑工程行业的快速发展，为了提升建筑工程施工质量，特别是高层建筑工程的施工质量，我国施工单位便开始大量的在高层建筑中使用混凝土结构，使得混凝土结构与高层建筑整体施工质量之间的联系也变得更加密切。

2、‍混凝土结构的特点

在混凝土结构中，混凝土与钢筋是其中最为关键的材料，其特点可以概述为：（1）更加优越的塑性与韧性。如有破坏性外力作用在混凝土结构中，结构本身存在的塑性变形能力以及韧性可以较好的抵抗住外力的作用，确保混凝土结构可以处于完好状态；（2）更大的承载力。通过对混凝土结构进行研究后发现，其承载性能远优于其它结构形式，也因此拓展了混凝土结构的应用领域；（3）经济效益显著。与传统结构形式相比，如果承载受力情况一致，那么混凝土结构的工程造价会更低，有助于提升施工单位的经济效益；（4）施工便捷。混凝土结构施工更加简单，而且随着我国施工技术的不断完善，混凝土结构施工工艺得到了极大的发展，对大幅度缩短施工周期有着积极的帮助作用。

二、高层建筑混凝土结构稳定性的判定原则

在判定混凝土结构的稳定程度时，一般要遵从以下原则，即：（1）能量原则。如有外力作用到混凝土结构中，结构自身会发生位移，而且混凝土结构所承受的势能也会增加。因此，以能量原理为基础，得到总势能的变化范围，由此来对混凝土结构体系的稳定性进行判定。（2）静力准则。静力准则主要在保守体系中应用，并以边界条件为基础，以此来完成平衡方程的建立，根据平衡方程来进行结构体系内力的计算；（3）动力准则。动力准则可适用在非保守体系中，对于一个相对稳定平衡的体系来说，如果其受到一定扰动作用时，则便会出现振动情况，待扰动结束后，结构中的振动也会因此停止，从而推断出原结构是稳定平衡的；反之，如果扰动消失后仍然存在振动情况，则表明原结构的稳定性与实际要求存在一定偏差。

三、‍高层建筑混凝土结构的稳定性设计

1、计算高层建筑混凝土结构的临界荷重

如果把高层建筑混凝土结构比作中等长细比的悬臂杆，那么其高宽比的范围会在3～9之间。对于此悬臂杆来说，其存在三种整体失稳形态，即：剪切性、弯曲型与弯剪型。通常来说，剪切型是纯框架结构最常出现的室温形态，弯曲型与弯剪型失稳形态多出在剪力墙结构中。最后，在欧拉公式的帮助下，设计人员可对各类失稳形态的临界荷重进行计算，并根据计算结果来进行有针对性的混凝土结构稳定设计。

2、高层建筑混凝土结构的临界荷重的确定

根据我国出台相关设计规范中的要求，对于处于极限承载状态下的结构构件来说，对其进行验算时除了要考虑标准荷载外，还需要考虑构件在长期荷载作用下所能产生的影响，确保实际计算结果在标准限值的范围内。在开展研究性试验过程中，需要对以下三大参数进行详尽的收集，即：钢筋与混凝土的实测强度、实际配筋率以及混凝土结构的具体测量尺寸。随后，当取得准确的三大参数后，利用极限状态下标准组合内力计算值进行反向验算，并与试验加载图相结合，由此便可确定出此构件实际可以承受的荷载值。在对实际结构进行计算时，由于结构相关参数均可以在施工图纸中找到，所以使用上述计算方法便可求得真实、可靠的混凝土结构的临界荷重。

3、‍稳定设计中需要控制的指标

在对高层建筑混凝土结构进行稳定设计时，有以下关键指标，即：刚度比、轴压比、剪重比以及周期比，需要引起设计人员的密切关注，同时要予以严格的控制，具体为：

3.1‍‍刚度比

刚度比是高层建筑混凝土结构稳定设计中关键的指标。在计算刚度比时，主要存在三种计算方式，即：剪弯刚度、剪切刚度与地震力所对应的层间位移比。另外，每种刚度比计算方式均存在一定的适用范围，所以设计人员要根据具体高层建筑工程要求来旬邑有针对性的选择。

3.2‍‍轴压比

在抗震设计规范中，其中对轴压比的要求做出了相应的规定。与此同时，限制框架柱的轴压比，可以有助于提升框架的抗倒塌能力，增强柱体结构的塑性变形能力，以免因地震力的作用而导致柱体结构受到脆性破坏。此外，假如轴压比没有得到满足，则设计人员有必要采取其它措施，例如，增加剪力墙或者框架柱的截面尺寸等方法，确保轴压比满足实际高层建筑工程要求。

3.3‍‍剪重比

对于剪重比来说，其指的是在某高层建筑中，其中一层对应水平地震作用标准值的楼层剪力与该楼层以上各个楼层重力荷载相加值的比值。因此，为提升高层建筑工程中混凝土结构的抗震性，则有必要严格控制各个楼层所对应的最小地震剪力。当前，我国用于建筑设计的有关规范仍然难以精准的估算出剪重比，所以为了提升整体建筑结构的安全性与可靠性，便需要对结构总水平地震剪力以及各个楼层水平地震剪力的最小值进行严格限制。

3.4‍周期比

通常来说，以扭转为主的混凝土结构的第一自振周期与以平动为主的第一自振周期的比值是周期比的基本定义。因此，在进行高层建筑混凝土结构稳定设计时，需要确保结构平面布置存在一定的规则性，并要保证结构的抗扭刚度符合要求，以免因偏心问题而导致结构出现扭转效应，从而影响结构的稳定性。另外，如果高层建筑混凝土结构的周期比与要求存在偏差，则可通过调整结构的规则程度，或者让混凝土结构刚度中心与质量中心彼此尽量靠近，甚至重合在一起，以此来使混凝土结构的实际扭转刚度得到有效提升。

四、‍结语

总之，随着我国改革开放的不断深入，为我国建筑工程事业的发展增添了诸多活力。与此同时，随着民众生活水平的提升，买房热情逐渐高涨，所以为保证民众可以拥有高质量的房屋，增进民众的幸福感与获得感，相关设计人员则必须要要对高层建筑混凝土结构稳定设计予以密切的关注，并采取合理的设计方法来提升混凝土结构的稳定性，对促进我国高层建筑工程设计水平的提升同样有着十分重要的意义。

参考文献：

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