万明罡

摘 要：改革开放后，我国经济水平和科技水平得到了飞速发展，与此同时，我国高层建筑领域也取得了举世瞩目的成绩--中国成为高层建筑发展的重心。但在建筑高度增加的同时，高层建筑结构组合问题也要受到社会的高度重视。

关键词：高层建筑；结构组合；钢筋混凝土

1 地基与基础设计组合问题

在高层建筑结构中结构设计师需要解决的问题是将地基与基础设计区别与一般的多层结构，这是因为地基基础在整个工程造价中起了决定性作用。因此，在这一阶段中要尽量避免可能会出现的问题发生，从而减小可能会出现的问题所导致的损失。为了保证建筑物不会发生沉降或倾斜，并且能保障人们的正常使用，设计师在高层建筑的地基基础设计中要深思熟虑，全面考虑建筑场地的环境及条件。其中最值得注意的是：①建筑场地的使用情况；②建筑场地的地质及水位状况；③建筑场地的上部结构类型；④建筑场地的施工条件及相邻建筑之间的影响；⑤深刻了解相邻地下建筑物与其它地下设施的标高和结构。只有在地基基础设计中综合考虑需要关注的问题，并了解地方性规范的重要性，才能保证高层建筑的安全性，才能推动高层建筑发展的又一新高峰。

2 结构计算与分析组合问题

所谓完美建筑，就是在满足人们使用功能和视觉感受的条件下，不断满足使用者和社会各界的意愿和要求。在遵循设计要求的前提下，将力学的概念与结构优化设计相结合，不仅能让参与计算的量以变量形式出现，形成结构设计优化方案域，而且还能利用数学手段在所形成的结构设计优化方案域中找到满足要求的最佳结构优化设计方案。由此可见，要提高高层建筑结构组合的整体设计水量和设计质量、减少设计所用的时间、降低整体工程造价、提高经济社会效益，就要充分考虑结构计算与分析组合问题。其中包括荷载、构建与整理力；周期折减系数；振型数目是否足够。

2.1 荷载、构件与整理力问题

荷载可分为内部荷载与外部荷载。所谓内部荷载，就是指结构的设计及使用；而外部荷载是指风、雪、施工、人为因素、外力作用等。在不同的因素影响下，如果要对各种不同情况下的组合问题进行计算，这就需要通过对内部荷载及外部荷载进行计算。构件截面是通过对荷载值的计算，以计算手册为准则，并利用已得出的荷载值对弯矩、扭矩、压力等进行内力计算。

2.2 周期折减系数问题

高层建筑结构中存在非结构的砌體填充墙。因此，在结构计算过程中应首先考虑非结构的砌体填充墙对主体结构的影响。而周期的折减应考虑多重因素的影响，其中包括：①建筑物内部的设置对周期折减系数的影响；②不同的建筑物结构特征对周期折减系数的影响等。

2.3 振型数量的取值问题

振型的数量取决于建筑物高度的大小，这就需要相应的合理计算。由此可见，振型数量的取值就要依据在计算研究中所得出的计算结果进行判断。

由于高层建筑是一个不断循环往复的过程，所以在实施高层建筑的同时，要以结构设计理论为基础，深刻剖析影响高层建筑结构的各种因素，进而保证建筑物的质量和安全问题。

3 钢筋与混凝土组合问题

我国现代高层建筑的结构体系主要是由混凝土和钢筋这两种材料组合而成。若能充分利用混凝土和钢筋这两种材料的性能特点并改善两者之间的组合方式，势必会迎来一系列先进有效的新构件、新组合，进而推动我国建筑结构组合问题的不断完善。随着世界的发展，高层建筑的层数不断增加，柱网尺寸不断增大，单柱承担的荷载也随之加大。众所周知，实施高层建筑势必会采用钢筋混凝土这两种材料，因此高层建筑的柱断面必然会加大，而柱断面的加大不仅不利于抗震作用的发挥，同时也占用了土地的使用面积。针对这一缺陷，人们就在利用“组合作用”的前提下，充分利用混凝土和钢这两种材料的性能特点，将两者有机组合在一起，进而形成了一系列新组合、新构件。

3.1 高层建筑中的新组合——钢骨混凝土和钢管混凝土结构

钢骨混凝土和钢管混凝土顾名思义就是将混凝土和钢这两种材料有机组合而形成的。

钢管混凝土是通过将素混凝土移入钢管内，经过一系列的加工而形成新的组合结构构件。钢管混凝土在我国高层建筑中得到广泛应用，这主要取决于钢管混凝土的优势特征：①钢管混凝土可以增强管壁的稳定性，且抗压强度和抗压缩变形的能力强大；②钢管混凝土在制作时能适应先进的泵灌混凝土工艺，制作安装比钢筋骨架更简单方便；③钢管混凝土用的是厚钢板，质量好，承载能力强，且钢管混凝土的轴压比不受限制，生命力强大。正是由于上述优势特征，钢管混凝土在中国的发展前途不可限量。

3.2 高层建筑中的新组合——钢管高强混凝土组合结构

组合柱、组合剪力墙、组合拱等是组成钢管高强混凝土组合结构的主要成份。其中钢管混凝土组合柱是钢管高强混凝土组合柱的核心成份，它是由钢管、管内素混凝土、管外高混凝土三种材料组合而成的，是以钢管混凝土为核心，将钢筋混凝土浇筑在外围而形成的。

在总结高层建筑实施过程的经验中我们可以了解到，钢管混凝土组合柱比钢管混凝土更有优势，不仅能防火、防腐蚀、减少用钢量，还具有以下几点优势特征：①钢管混凝土组合柱是以混凝土为主材料，这样钢的使用量相对而言就会比较少。而钢管混凝土是由管内与管外两部分组成，其中管内价格较高，但使用量较少，可用于超高强混凝土；管外混凝土不仅价格便宜，性能和质量也很好监控，可用于一般高强混凝土。②钢管混凝土组合柱能增加高层建筑物的结构刚度，增加高层建筑抗风能力和抗震能力。由于钢管混凝土组合柱的抗力刚度大，所以在高层建筑中很受欢迎。在高层建筑中采用组合结构并在部分装置的配合下，能使高层建筑结构组合问题得到进一步的优化。③超高强混凝土是钢管混凝土组合柱的核心，在管外的钢筋混凝土的限制下，能提高超高强混凝土的套箍作用。若外围混凝土的配箍率足够的话，其对核心混凝土与核心钢管的套箍作用就越明显，还能抑制管中混凝土的脆性。

钢和混凝土是现在建筑中不可或缺的材料，这两种材料的有机组合不仅加快了高层建筑的飞速发展，也开辟了今后高层建筑的新方向。在组合技术不断完善、设计概念不断创新、施工技术不断加强的前提下，高层建筑结构组合将会在更多领域上获得长足发展。

通过以上的探析可知，我国高层建筑结构组合问题主要是指地基与基础设计组合问题、结构计算与分析组合问题、钢筋与混凝土组合问题。随着我国高层建筑高度的不断增加，对于高层建筑结构组合问题的研究要求也随之严谨起来。因此，要充分完善我国高层建筑结构组合问题，就要全面考虑高层建筑场地的环境及条件、深刻剖析影响高层建筑结构的各种因素、充分利用混凝土和钢筋这两种材料的性能特点并改善两者之间的组合方式，进而促进我国高层建筑事业的辉煌发展。

参考文献

[1]刘少宏，陈晓光.高层住宅建筑结构设计实例分析[J].中国新技术新产品，2011，（20）.

[2]刘建文，沈蒲生.高层建筑结构选型与布置对受力性能的影响.工程力学（增刊），2009.

[3]蔡绍怀.我国钢管混凝土结构技术的最新进展[J].土木工程学报，2009.