高層建筑結構設計常見的問題分析

【摘 要】目前，我國建筑行業(yè)不斷地發(fā)展，取得了優(yōu)越的成果。在這個時期內，我國建造了無數(shù)的龐大的建筑物，而且規(guī)模不斷增大，復雜性不斷的增高，這是眾所周知的。但我們不要滿足于現(xiàn)狀而停滯不前，要為以后建設出更高的水平，還要努力，精益求精。

【關鍵詞】高層建筑；結構設計；《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》

1 剪力墻框支梁支放在剪力墻上的設計問題

《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》（以下簡稱《高規(guī)》）和《建筑抗震設計規(guī)范》對框支梁和框支柱的截面及配筋都有詳盡規(guī)定，但對框支梁支放在混凝土剪力墻上時卻未作任何規(guī)定或建議。事實上，當框支梁支放在混凝土剪力墻上時，相當于施加給剪力墻一個大的集中荷載，這個集中荷載包括豎向和水平向、集中壓力和推拉力以及集中彎矩和扭矩。盡管剪力墻沿墻長度方向具有較強的承載能力，但垂直于剪力墻支放的框支大梁所傳荷載的作用方向正是剪力墻的弱軸方向。因此，當框支梁直接支放在混凝土剪力墻上時，建議按以下方面考慮剪力墻的設計：

（1）按底部加強部位無翼墻的要求（即層高的1/12），參照高規(guī)有關對框支柱截面高度的限制，以及框支粱鋼筋水平段的錨固要求等初步確定剪力墻的厚度；

（2）在不小于框支梁寬度范圍內的剪力墻中按框支柱要求設置暗柱，進行構造計算和配筋；

（3）針對框支梁所傳集中荷載進行局部抗力驗算。

2 試樁階段抗拔錨樁的裂縫控制問題

在確定抗壓工程樁的單樁極限承載能力時，如采用錨樁作加載反力裝置，并利用抗壓工程樁作為試樁階段的錨樁，則臨時作為錨樁用的工程樁將在試樁階段承受拉力。對此時的錨樁抗裂及裂縫寬度將如何要求尚無明確規(guī)定。按照文獻第8.5.8條，當樁基承受拔力時，應對樁基進行抗拔驗算及樁身抗裂驗算。但從設計狀況來看，承受拉力的時間與設計使用年限相比是很短的狀況，且一般來講，除試樁階段外不再承受拉力。因此，其狀況或屬于“短暫狀況”或屬于“偶然狀況”。根據(jù)需要進行正常使用極限狀態(tài)設計；當為偶然狀況時。按偶然組合進行承載能力極限狀態(tài)設計或采取保護措施不致喪失承載能力。顯然，當按偶然狀況時，只要確保構件的承載能力不喪失，即為滿足要求：當按短暫狀況時，也只是“可根據(jù)需要進行正常使用極限狀態(tài)設計”，在這種情況下，也至多采用“頻遇組合”的效應進行正常使用極限狀態(tài)的設計，包括抗裂設計；至于最大裂縫控制，雖然短暫的裂縫對構件的耐久性稍有影響，但畢竟試樁結束后，作為工程樁將長期處于受壓狀態(tài)，即使試樁階段出現(xiàn)有裂縫現(xiàn)象也會在壓力作用下重新閉合。據(jù)此，在不影響試樁構件承載力的前提—卜，可以不計較構件的裂縫寬度問題。作為地下建筑箱體及基礎底板的抗浮計算。一般應包括箱體基礎面積的確定、箱體穩(wěn)定、結構抗力及構件抗裂等內容。那么，如何考慮地下水浮力的作用以及基礎底板的各作用荷載問題以及各階段作用在箱體上的荷載及分項系數(shù)應如何取用，以筆者對規(guī)范的理解略作闡述。

（1）首先應明確結構抗力及穩(wěn)定均屬于“承載能力極限狀態(tài)”的范疇，而基底面積與構件開裂圾變形則屬于“正常使用極限狀態(tài)”的范疇。

（2）依據(jù)文獻，進行承載能力極限狀態(tài)設計時，應考慮作用效應的“基本組合”；進行正常使用極限狀態(tài)設計時，應根據(jù)不同目的分別選用“標準組合、頻遇組合及準永久組合”。針對不同組合，依據(jù)規(guī)范采用相應的分項系數(shù)則是很清楚的了。但需要指出的是，水浮力屬于可變荷載，至于水浮力是否起控制作田，應當與永久荷載及其他可變荷載的作用效應進行比較后確定。

（3）一般情況下作用在基礎板上的荷載有以下幾方面內容：a.基礎板自重；b.基礎板面上的永久荷載和可變荷載；c.墻柱所傳豎向荷載（此處按面荷載計）；d.包括上部荷載作用下的地基反力；e.水浮力。當進行基礎底板承載能力極限狀態(tài)計算時，根據(jù)“基本組合”計算上述各荷載的作用效應。

（4）基礎板下有樁基時的受荷關系。當基礎底板下設置樁基礎時，由于上部豎向荷載被樁平衡，此時的基礎底板所受荷載除板頂面永久荷載和可變荷載以及板自重外，應當就是可變的地基反力與水浮力之和。當水浮力大于板自重與板頂面永久荷載和可變荷載之和的情況下，地基反力為零，基礎底板所受凈反力等于水浮力與基礎底板所受頂面永久荷載和可變荷載以及板自重總和之差；當水浮力小于板自重與板頂面永久荷載和可變荷載之和時，地基反力不再為零，而是等于水浮力與基礎底板所受頂面永久荷載和可變荷載以及板自重總和之差，但此時基礎底板所受凈反力則應為零，即處于平衡狀態(tài)。

（5）考慮樁基沉降的基礎板受荷關系。一些設計者認為，由于樁基沉降，基礎板下的天然地基必然承受一定量的上部所傳豎向荷載，例如，5%-20%的上部豎向荷載，以此部分豎向荷載與水浮力相加作為基礎板的反力。的確，由于樁、土變形，必然有部分上部荷載卸載到基礎板下的天然地基中，但這部分豎向荷載與板自重方向一致，應該與基礎板自重及與自重方向一致的基礎板面永久荷載和可變荷載相加，并與水浮力相減，而不是與水浮力相加的關系。

3 平面凹凸的寬度計算問題

《高規(guī)》有有關于平面及立面凹凸寬度的限制規(guī)定，之所以有這些規(guī)定，主要是考慮不規(guī)則平面或凹凸過大容易產(chǎn)生扭動及凹口應力破壞。針對較復雜平面的計算寬度往往出現(xiàn)爭議。兩個建筑的平面，凹M深度分別為n，b，c，兩單元連接處寬度為3，總長度為L。《高規(guī)》分別規(guī)定了n，b，c，B與B的比值限定。B應理解為建筑平面的最大投影寬度，但當沿平面寬度方向最外端有局部突出的平面體量很?。ɡ鐑H為樓梯間外凸）時，甚至小至（b）的尖角，是否也要作為建筑物平面寬度的一部分計入在內呢？將B用建筑平面的折算寬度BT來表達較為準確，而折算寬度B按照等寬矩形平面的相等回轉半徑進行計算確定，見下式：BT=（12I/A）1/2式中，I，A分別為實際建筑平面的慣性矩和平面面積。

4 因厚度變化而改變剪力墻的界定與相應的設計問題

《高規(guī)》界定h/b=5～8為短肢剪力墻。因為柱、短肢剪力墻和一般剪力墻的承載特性不同，對其構造要求也有較大差別。而實際工程中又經(jīng)常有因剪力墻厚度發(fā)生變化而改變構件的定義。例如原設計的一般剪力墻因層高、所在位置的不同，按照相應的構造要求改變了剪力墻的厚度，從而變?yōu)槎讨袅?，或原為短肢剪力墻而改變?yōu)橹＿@種情況下是否需要按改變后的構件進行設計？

（1）首先因構造要求的提高導致截面厚度的增大而改變構件的定義，這種情況下的構件截面增大是整體性的，增大的幅度也是有限的，因此其受力特性不會有太大的變化，也不會對局部構件造成新的危害，原則上不必要提高原確定的結構抗震等級；

（2）從單根構件的比較來講，增大截面后的墻肢應較原構件的承載能力更高，不可能因人為的定義改變就改變了其實際的承載特性；

（3）當因建筑功能需要而改變局部墻肢的截面尺寸，使其受力性能發(fā)生變化時，應予以加強；

（4）需要注意，由于程序模型的設置問題，相同截面的墻與柱，其剛度相差很大，導致的外荷載作用效應等也相差很大。這種情況下，即便構件定義發(fā)生變化，在程序應用中不宜改變。

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[責任編輯：湯靜]