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【摘要】高层建筑的日益多样化、复杂化、独特创新化的特点给建筑事业带来了新的难题，特别是高层建筑混凝土结构的稳定性设计问题，成为了关注的重点。本文根据相关实践经验和理论基础阐述了高层建筑混凝土结构的稳定设计的原则和优化对策，具有现实指导意义。
【关键词】高层建筑；混凝土结构；稳定设计；优化对策
中图分类号： TU97 文献标识码： A 文章编号：
前言
随着经济快速发展，我国的高层建筑蓬勃发展，在发展的同时也给高层建筑混凝土结构设计带来了挑战，尤其是高层建筑混凝土结构的稳定性关乎了建筑的根本，成为了近年来建筑业讨论的热点问题。
二、混凝土结构稳定设计的原则
稳定性是混凝土结构的一个突出问题。在各种类型的混凝土结构中，都会遇到稳定问题。对于这个问题处理不好，将会造成不应有的损失。根据稳定性问题在实际设计中的特点提出了以下三项原则并具体阐明了这些原则，以更好地保证混凝土结构稳定设计中构件不会丧失稳定。
1.混凝土结构整体布置必须考虑整个体系以及组成部分的稳定性要求。目前混凝土结构大多数是按照平面体系来设计的，如桁架和框架都是如此。保证这些平面结构不致出平面失稳，需要从混凝土结构整体布置来解决，亦即设计必要的支撑构件。这就是说，平面混凝土结构构件的出平面稳定计算必须和混凝土结构布置相一致。
2..混凝土结构计算简图和实用计算方法所依据的简图相一致，这对框架混凝土结构的稳定计算十分重要。目前设计单层和多层框架混凝土结构时，经常不做框架稳定分析而是代之以框架柱的稳定计算。在采用这种方法时，计算框架柱稳定时用到的柱计算长度系数，应通过框架整体稳定分析得出，才能使柱稳定计算等效于框架稳定计算。然而，实际框架多种多样，而设计中为了简化计算工作，需要设定一些典型条件。
3.设计混凝土结构的细部构造和构件的稳定计算必须相互配合，使二者有一致性。
混凝土结构计算和构造设计相符合，一直是结构设计中大家都注意的问题。对要求传递弯矩和不传递弯矩的节点连接，应分别赋予它足够的刚度和柔度，对桁架节点应尽量减少杆件偏心这些都是设计者处理构造细部时经常考虑到的。但是，当涉及稳定性能时，构造上时常有不同于强度的要求或特殊考虑。例如，简支梁就抗弯强度来说，对不动铰支座的要求仅仅是阻止位移，同时允许在平面内转动。然而在处理梁整体稳定时上述要求就不够了。支座还需能够阻止梁绕纵轴扭转，同时允许梁在水平平面内转动和梁端截面自由翘曲，以符合稳定分析所采取的边界条件。
三、高层建筑混凝土结构设计特点
1.风或水平地震作用成为影响混凝土结构内力、混凝土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。在低层混凝土结构中,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。
混凝土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混凝土结构有足够的强度,而且要求混凝土结构有适宜的刚度,使混凝土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。
混凝土结构应具有良好的延性。
相对于较低楼房而言,高楼混凝土结构更柔一些,在地震作用下的變形更大一些。建筑混凝土结构的耐震主要取决于混凝土结构的承载力和变形能力两个因素。为了使混凝土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,来提高整个混凝土结构、特别是薄弱层(部位)的变形能力,来保证混凝土结构具有足够的延性。因此,在混凝土结构设计中应综合考虑这些因素,合理设计,使混凝土结构具有足够的强度、适宜的刚度、良好的延性。
四、高层建筑混凝土结构稳定设计需考虑的因素
为达到一个强度足够、刚度适宜、延性良好的设计合理的高层建筑混凝土结构，在高层建筑混凝土结构设计中应合理考虑各方面因素
1. 侧向力。
无论是高层建筑还是低层建筑，它们都承受着风、地震力和垂直载荷（如自重、雪载和活载等） 等外力。只不过低层建筑受到水平力较小，而高层建筑受到水平力随着层数的增多而不断增大。因此，在高层建筑混凝土结构设计时，应着重考虑到水平荷载和地震力等会影响混凝土结构变形、混凝土结构内力和建筑物土建造价的主要控制因素；
适宜的刚度。
高层建筑的侧向位移会随着高度的增加而逐渐增大，因此，在混凝土结构设计时应考虑到混凝土结构的强度必须足够且自振频率得合理等因素，以控制水平力作用下的高层建筑的侧向位移在一定范围之内；
3． 延性良好。高层建筑与低层建筑相比其混凝土结构要更加柔性一些，若受到相同的地震力作用也更容易变形。因此，在混凝土结构设计时首先应满足足够的强度，其次再通过优良的概念设计和合理的构造措施提高混凝土结构整体和局部的变形能力，保证混凝土结构在进入塑性变形阶段仍具有较强的变形能力，即具有足够的延性，以避免高层建筑在大地震作用下而倒坍，造成人们人生和财产安全的损失。
五、高层建筑混凝土结构稳定设计的对策
1.抗震设计中应考虑混凝土筒体的承载力和延性。
在混合混凝土结构体系的高层建筑中，若房屋高度低于130m 且抗震设防等级为 7 级时，那么可考虑将型钢柱设置于筒体四角和楼面钢梁或钢筋混凝土筒体与型钢混凝土梁的交接处；但若房屋高度高于130m 及抗震设防等级为 7、8、9 级时，那么必须在筒体四角和楼面钢梁或钢筋混凝土筒体与型钢混凝土梁的交接处设置型钢柱。
增强外围框架的刚度及承载力。
为增强外围框架的刚度和水平承载力可采取刚性连接外围框架平面内柱与梁的方法。
设置外伸桁架加强层。采用分段拼装外伸桁架与筒体剪力墙的刚接，同时刚接时桁架应贯通抗侧力墙体并均匀分布。如此可以保证各住受力均匀的同时还可将筒体剪力墙的部分弯曲变形转换为框架柱的轴向变形，从而减少楼层在水平力作用下的侧移。
地震剪力调整钢框架。
必须保证钢框架- 钢筋混凝土符合剪力墙混凝土结构框架柱的相应规定。钢框架- 钢筋混凝土筒体混凝土结构各层框架柱所承担的地震剪力应大于混凝土结构总剪力的25%和框架部分地震剪力最大值的1.8倍。
混合结构的计算分析。
可采用钢材的截面计算钢梁及钢柱的截面弯曲刚度EI、轴向刚度 EA 和剪切刚度 GA。EI=EcIc+EaIa；EA=EcAc+EaAa；GA=GcAc+GaAa（其中 EcIc、EcAc、GcAc 分别指组合构件截面上钢筋混凝土部分的截面弯曲刚度、轴向刚度和剪切刚度，EaIa、EaAa、GaAa分别指组合构件截面上型钢部分的截面弯曲刚度、轴向刚度和剪切刚度）。
b.弹性分析混合混凝土结构时，在保证钢梁与混凝土楼面连接可靠的前提下，梁的刚度可以是钢梁刚度的1.5 倍到 2.0 倍。
c.混合混凝土结构中水平应力随柱的截面尺寸的变小而变高，同时跟混凝土筒体相比其的轴向变形情况也较多。因此，在计算混凝土结构受竖向荷载作用的外力时，应考虑钢梁及柱在施工中轴向变形影响及钢筋混凝土筒体的收缩影响。
d.混合混凝土结构的阻尼比在多遇地震环境中宜取0.04。
6.地震作用下,结构稳定设计主要是做好在多遇地震作用下的稳定设计,从而使结构在罕遇地震作用下得到控制,弥补结构耗能能力的下降,并可防止结构的失稳倒塌。
结束语
在高层建筑混凝土结构的设计中，设计人员应该明确认识混凝土结构的稳定性，针对失稳的原因要从结构中来找问题，只要深入了解了问题所在，才能从根本上做好高层建筑混凝土结构的稳定设计。
参考文献：
[1]苏英.高层建筑结构设计的几个问题[J].科技信息(学术研究),2007(16).
[2]徐银夫.关于高层建筑结构设计的研究[J].科技经济市场,2006(02).
[3]JGJ3-2010,高层建筑混凝土结构技术规程.2010.
[4]GB50011-2010,建筑抗震设计规范.2010.
[5]钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程. 1991.
【关键词】高层建筑；混凝土结构；稳定设计；优化对策
中图分类号： TU97 文献标识码： A 文章编号：
前言
随着经济快速发展，我国的高层建筑蓬勃发展，在发展的同时也给高层建筑混凝土结构设计带来了挑战，尤其是高层建筑混凝土结构的稳定性关乎了建筑的根本，成为了近年来建筑业讨论的热点问题。
二、混凝土结构稳定设计的原则
稳定性是混凝土结构的一个突出问题。在各种类型的混凝土结构中，都会遇到稳定问题。对于这个问题处理不好，将会造成不应有的损失。根据稳定性问题在实际设计中的特点提出了以下三项原则并具体阐明了这些原则，以更好地保证混凝土结构稳定设计中构件不会丧失稳定。
1.混凝土结构整体布置必须考虑整个体系以及组成部分的稳定性要求。目前混凝土结构大多数是按照平面体系来设计的，如桁架和框架都是如此。保证这些平面结构不致出平面失稳，需要从混凝土结构整体布置来解决，亦即设计必要的支撑构件。这就是说，平面混凝土结构构件的出平面稳定计算必须和混凝土结构布置相一致。
2..混凝土结构计算简图和实用计算方法所依据的简图相一致，这对框架混凝土结构的稳定计算十分重要。目前设计单层和多层框架混凝土结构时，经常不做框架稳定分析而是代之以框架柱的稳定计算。在采用这种方法时，计算框架柱稳定时用到的柱计算长度系数，应通过框架整体稳定分析得出，才能使柱稳定计算等效于框架稳定计算。然而，实际框架多种多样，而设计中为了简化计算工作，需要设定一些典型条件。
3.设计混凝土结构的细部构造和构件的稳定计算必须相互配合，使二者有一致性。
混凝土结构计算和构造设计相符合，一直是结构设计中大家都注意的问题。对要求传递弯矩和不传递弯矩的节点连接，应分别赋予它足够的刚度和柔度，对桁架节点应尽量减少杆件偏心这些都是设计者处理构造细部时经常考虑到的。但是，当涉及稳定性能时，构造上时常有不同于强度的要求或特殊考虑。例如，简支梁就抗弯强度来说，对不动铰支座的要求仅仅是阻止位移，同时允许在平面内转动。然而在处理梁整体稳定时上述要求就不够了。支座还需能够阻止梁绕纵轴扭转，同时允许梁在水平平面内转动和梁端截面自由翘曲，以符合稳定分析所采取的边界条件。
三、高层建筑混凝土结构设计特点
1.风或水平地震作用成为影响混凝土结构内力、混凝土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。在低层混凝土结构中,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。
混凝土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混凝土结构有足够的强度,而且要求混凝土结构有适宜的刚度,使混凝土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。
混凝土结构应具有良好的延性。
相对于较低楼房而言,高楼混凝土结构更柔一些,在地震作用下的變形更大一些。建筑混凝土结构的耐震主要取决于混凝土结构的承载力和变形能力两个因素。为了使混凝土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,来提高整个混凝土结构、特别是薄弱层(部位)的变形能力,来保证混凝土结构具有足够的延性。因此,在混凝土结构设计中应综合考虑这些因素,合理设计,使混凝土结构具有足够的强度、适宜的刚度、良好的延性。
四、高层建筑混凝土结构稳定设计需考虑的因素
为达到一个强度足够、刚度适宜、延性良好的设计合理的高层建筑混凝土结构，在高层建筑混凝土结构设计中应合理考虑各方面因素
1. 侧向力。
无论是高层建筑还是低层建筑，它们都承受着风、地震力和垂直载荷（如自重、雪载和活载等） 等外力。只不过低层建筑受到水平力较小，而高层建筑受到水平力随着层数的增多而不断增大。因此，在高层建筑混凝土结构设计时，应着重考虑到水平荷载和地震力等会影响混凝土结构变形、混凝土结构内力和建筑物土建造价的主要控制因素；
适宜的刚度。
高层建筑的侧向位移会随着高度的增加而逐渐增大，因此，在混凝土结构设计时应考虑到混凝土结构的强度必须足够且自振频率得合理等因素，以控制水平力作用下的高层建筑的侧向位移在一定范围之内；
3． 延性良好。高层建筑与低层建筑相比其混凝土结构要更加柔性一些，若受到相同的地震力作用也更容易变形。因此，在混凝土结构设计时首先应满足足够的强度，其次再通过优良的概念设计和合理的构造措施提高混凝土结构整体和局部的变形能力，保证混凝土结构在进入塑性变形阶段仍具有较强的变形能力，即具有足够的延性，以避免高层建筑在大地震作用下而倒坍，造成人们人生和财产安全的损失。
五、高层建筑混凝土结构稳定设计的对策
1.抗震设计中应考虑混凝土筒体的承载力和延性。
在混合混凝土结构体系的高层建筑中，若房屋高度低于130m 且抗震设防等级为 7 级时，那么可考虑将型钢柱设置于筒体四角和楼面钢梁或钢筋混凝土筒体与型钢混凝土梁的交接处；但若房屋高度高于130m 及抗震设防等级为 7、8、9 级时，那么必须在筒体四角和楼面钢梁或钢筋混凝土筒体与型钢混凝土梁的交接处设置型钢柱。
增强外围框架的刚度及承载力。
为增强外围框架的刚度和水平承载力可采取刚性连接外围框架平面内柱与梁的方法。
设置外伸桁架加强层。采用分段拼装外伸桁架与筒体剪力墙的刚接，同时刚接时桁架应贯通抗侧力墙体并均匀分布。如此可以保证各住受力均匀的同时还可将筒体剪力墙的部分弯曲变形转换为框架柱的轴向变形，从而减少楼层在水平力作用下的侧移。
地震剪力调整钢框架。
必须保证钢框架- 钢筋混凝土符合剪力墙混凝土结构框架柱的相应规定。钢框架- 钢筋混凝土筒体混凝土结构各层框架柱所承担的地震剪力应大于混凝土结构总剪力的25%和框架部分地震剪力最大值的1.8倍。
混合结构的计算分析。
可采用钢材的截面计算钢梁及钢柱的截面弯曲刚度EI、轴向刚度 EA 和剪切刚度 GA。EI=EcIc+EaIa；EA=EcAc+EaAa；GA=GcAc+GaAa（其中 EcIc、EcAc、GcAc 分别指组合构件截面上钢筋混凝土部分的截面弯曲刚度、轴向刚度和剪切刚度，EaIa、EaAa、GaAa分别指组合构件截面上型钢部分的截面弯曲刚度、轴向刚度和剪切刚度）。
b.弹性分析混合混凝土结构时，在保证钢梁与混凝土楼面连接可靠的前提下，梁的刚度可以是钢梁刚度的1.5 倍到 2.0 倍。
c.混合混凝土结构中水平应力随柱的截面尺寸的变小而变高，同时跟混凝土筒体相比其的轴向变形情况也较多。因此，在计算混凝土结构受竖向荷载作用的外力时，应考虑钢梁及柱在施工中轴向变形影响及钢筋混凝土筒体的收缩影响。
d.混合混凝土结构的阻尼比在多遇地震环境中宜取0.04。
6.地震作用下,结构稳定设计主要是做好在多遇地震作用下的稳定设计,从而使结构在罕遇地震作用下得到控制,弥补结构耗能能力的下降,并可防止结构的失稳倒塌。
结束语
在高层建筑混凝土结构的设计中，设计人员应该明确认识混凝土结构的稳定性，针对失稳的原因要从结构中来找问题，只要深入了解了问题所在，才能从根本上做好高层建筑混凝土结构的稳定设计。
参考文献：
[1]苏英.高层建筑结构设计的几个问题[J].科技信息(学术研究),2007(16).
[2]徐银夫.关于高层建筑结构设计的研究[J].科技经济市场,2006(02).
[3]JGJ3-2010,高层建筑混凝土结构技术规程.2010.
[4]GB50011-2010,建筑抗震设计规范.2010.
[5]钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程. 1991.