淺析高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題

宮憲武

摘要：改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)整體地迅速發(fā)展，國(guó)內(nèi)各個(gè)行業(yè)都得到了巨大的發(fā)展，整體的行業(yè)水平穩(wěn)步提高，其中，建筑行業(yè)的提升水平是比較快的，這與國(guó)家在基礎(chǔ)建設(shè)方面投入的大量資金有關(guān)，也與人民群眾的客觀需求有關(guān)。建筑行業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了建筑形式，建筑技術(shù)，建筑材料等的多元化變革，其中鋼筋混凝土因?yàn)榘踩禂?shù)高，抗震性能好等諸多優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用。

關(guān)鍵詞：高層建筑；鋼筋混凝土；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

隨著高層建筑的興起，建筑工程在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和技術(shù)應(yīng)用上也趨于多樣化。高層建筑在平面布置和體型構(gòu)造上也越來(lái)越復(fù)雜化，這對(duì)現(xiàn)代高層建筑設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)分析來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是一種挑戰(zhàn)。而在對(duì)鋼筋混凝土高層建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，其中有許多的重點(diǎn)和細(xì)節(jié)需要加以注意。

1高層建筑中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)涵

隨著鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用于高層建筑越來(lái)越廣泛，要想保證高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)達(dá)到規(guī)范規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，就必須遵循一定的原則，加強(qiáng)高層的建筑結(jié)構(gòu)的使用維護(hù)、施工及設(shè)計(jì)。其原則需求主要表現(xiàn)在：第一，安全性。在設(shè)計(jì)的合理的使用年限以內(nèi)的高層建筑的結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)該可以承擔(dān)各種可能發(fā)生的突發(fā)情況。而且在發(fā)生了偶然事件以后，建筑物的結(jié)構(gòu)必須要保持一定的穩(wěn)定特性。第二，耐久性。在設(shè)計(jì)的可以使用的年限以內(nèi)，高層建筑的結(jié)構(gòu)應(yīng)該具有一定的耐久性。第三，適用性。在它能夠合理使用的年限以內(nèi)，高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)該可以滿足使用的要求，具有較好的抗振、抗裂縫或者抗變形的性能。

2結(jié)構(gòu)選型中常見(jiàn)的問(wèn)題

2.1結(jié)構(gòu)規(guī)則性的問(wèn)題。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對(duì)于結(jié)構(gòu)規(guī)則性的內(nèi)容規(guī)范有很大的變化，在舊的結(jié)構(gòu)規(guī)則性規(guī)范中增加了很多新的規(guī)范條件，比如平面規(guī)則性信息、嵌固端上下層剛度比較的信息以及豎向規(guī)則性信息等，并且在新的規(guī)范中，采用強(qiáng)制性的規(guī)定，所以在高層建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該遵循設(shè)計(jì)的規(guī)范內(nèi)容，從而可以有效避免施工中要求設(shè)計(jì)的改變。

2.2嵌固端的設(shè)計(jì)問(wèn)題。目前很多的高層建筑物都有兩層或者兩層以上的人防地下室，所以嵌固端可能設(shè)置在人防的頂板位置處，也可能設(shè)置在地下室頂板的位置處，在設(shè)置嵌固端時(shí)，建筑師以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師很容易忽略嵌固端的設(shè)置帶來(lái)的問(wèn)題，如：嵌固端上下層的剛度、樓板的設(shè)計(jì)以及上下層抗震等級(jí)的統(tǒng)一性以及結(jié)構(gòu)整體計(jì)算時(shí)嵌固端的位置等一系列的問(wèn)題，如果在設(shè)計(jì)中忽略任何一個(gè)問(wèn)題都可能對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)造成安全隱患，所以這就要求建筑師以及設(shè)計(jì)師在鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，注意嵌固端設(shè)置的問(wèn)題。

2.3短肢剪力墻設(shè)計(jì)的問(wèn)題。在鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)范中，對(duì)短肢剪力墻在高層建筑中應(yīng)用有很多的限制，所以在高層建筑設(shè)計(jì)中，建筑師以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師應(yīng)該盡量減少或者避免采用短肢剪力墻，從而可以有效避免工程設(shè)計(jì)中增加不必要的麻煩。

2.4結(jié)構(gòu)超高問(wèn)題。在鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對(duì)于高層建筑的總高度在抗震規(guī)范中具有嚴(yán)格的要求，特別是新規(guī)范中，除了將原來(lái)的限制的高度設(shè)置為A級(jí)高度，還增加了B級(jí)建筑物的高度，所以在高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該嚴(yán)格控制建筑物高度，從而可以減少重新設(shè)計(jì)以及不符合要求等問(wèn)題，減少對(duì)高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及工程工期的影響。

3地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)問(wèn)題

地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)一直是結(jié)構(gòu)工程師比較重視的方面，不僅僅由于該階段設(shè)計(jì)過(guò)程的好與壞將直接影響后期設(shè)計(jì)工作的進(jìn)行，同時(shí)，也是因?yàn)榈鼗A(chǔ)在整個(gè)工程造價(jià)中起決定性因素，因此，在這一階段，所出現(xiàn)的問(wèn)題也有可能更加嚴(yán)重甚至造成無(wú)法估量的損失。在地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中要注意地方性規(guī)范的重要性問(wèn)題。由于我國(guó)占地面積較廣，地質(zhì)條件相當(dāng)復(fù)雜，作為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，僅僅一本《地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》無(wú)法對(duì)全國(guó)各地的地基基礎(chǔ)都進(jìn)行詳細(xì)的描述和規(guī)定，因此，作為建立在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)之下的地方標(biāo)準(zhǔn)。地方性的“地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范”能夠?qū)⒏鞯胤降牡鼗A(chǔ)類型和設(shè)計(jì)處理方法等一些成熟的經(jīng)驗(yàn)描述和規(guī)定得更為詳細(xì)和準(zhǔn)確，所以，在進(jìn)行地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，一定要對(duì)地方規(guī)范進(jìn)行深入的學(xué)習(xí)，以避免對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或后期設(shè)計(jì)工作造成較大的影響。

4高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)規(guī)范

4.1高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震功能的設(shè)計(jì)。高層建筑鋼筋混凝土的抗震設(shè)計(jì)是建筑設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵因素之一，在進(jìn)行工程圖紙?jiān)O(shè)計(jì)時(shí)，房屋的結(jié)構(gòu)按照其抗震的設(shè)防進(jìn)行分類，其中房屋抗震的等級(jí)可以依據(jù)房屋結(jié)構(gòu)類型、烈度和高度來(lái)按照國(guó)家抗震規(guī)范來(lái)確定。高層房屋結(jié)構(gòu)的層數(shù)多或者房屋結(jié)構(gòu)的剛度突變系數(shù)較大的話，其振型數(shù)則應(yīng)該多取，

4.2加強(qiáng)對(duì)高強(qiáng)砼和高強(qiáng)鋼筋的合理設(shè)計(jì)。為了可以有效地降低基本設(shè)施實(shí)施的難度與工程造價(jià)，在高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要合理地使用高強(qiáng)混凝土和高強(qiáng)度鋼筋。高層建筑的總造價(jià)一般包含框架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)物料、施工及材料費(fèi)用等，其中影響房屋造價(jià)比較大的是構(gòu)筑件截面積和用鋼量，所以，為了有效地降低建筑的用鋼量，可以在建筑設(shè)計(jì)的時(shí)候合理地使用高強(qiáng)度鋼筋和高強(qiáng)混凝土，這樣可以大幅度地節(jié)約建筑的成本。若高層的建筑設(shè)計(jì)是在厚軟的地基上面的話，由于矗立在地基上面的荷載比較大，所以應(yīng)該高效合理地使用高強(qiáng)混凝土及高強(qiáng)鋼筋來(lái)優(yōu)化構(gòu)件的截面積，用來(lái)減少結(jié)構(gòu)的重量，這樣可以明顯地降低基本設(shè)施的實(shí)施難度和工程的造價(jià)，用來(lái)取得較好的經(jīng)濟(jì)效果。

4.3加強(qiáng)對(duì)高層建筑構(gòu)造周期性折減系數(shù)設(shè)計(jì)。在框架結(jié)構(gòu)中，當(dāng)采用砌體來(lái)填充墻體時(shí)，折減系數(shù)在計(jì)算周期時(shí)取0.6~0.7；當(dāng)采用輕質(zhì)的砌塊或者墻體少時(shí)，折減系數(shù)在計(jì)算周期時(shí)取0.7~0.8；當(dāng)采用輕質(zhì)的墻板時(shí)，折減系數(shù)在計(jì)算周期時(shí)取0.9。除了沒(méi)有墻的框架結(jié)構(gòu)，其余都要進(jìn)行適量的折減。在框架結(jié)構(gòu)與頂蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，填充墻會(huì)直接使結(jié)構(gòu)的實(shí)際剛度大于設(shè)計(jì)時(shí)的剛度，所以這就會(huì)導(dǎo)致計(jì)算周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于結(jié)構(gòu)的實(shí)際周期。因此，計(jì)算出的結(jié)構(gòu)剪力比較小時(shí)，這就會(huì)使房屋建筑的結(jié)構(gòu)不安全，所以要把建筑物的結(jié)構(gòu)計(jì)算周期進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼蹨p，只有這樣建筑的效果才能有所改善。

4.4提高高層建筑耐久功能。在高層建筑鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中若以優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為主要目的，則要根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范來(lái)處理主要問(wèn)題，認(rèn)清主次，通過(guò)多種目標(biāo)與單一目標(biāo)的優(yōu)化使設(shè)計(jì)的效果令人滿意。因此，必須加強(qiáng)房屋耐久性設(shè)計(jì)，在原來(lái)的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案中，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的耐久性往往沒(méi)有得到設(shè)計(jì)人員充分的考慮，其實(shí)就是在規(guī)定的使用年限內(nèi)對(duì)于用戶的各種正常使用要求均能夠滿足。在對(duì)一般的高層建筑混凝土進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，主要都集中在造價(jià)、材料上，所以只有造價(jià)小、材料少的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)才是滿意的設(shè)計(jì)。如今人們的生活水平不斷地提高，對(duì)工程的質(zhì)量要求也相應(yīng)地得到提高，所以當(dāng)建筑物的特殊使用要求或者技術(shù)要求與經(jīng)濟(jì)成為主要矛盾時(shí)，就要果斷地放棄經(jīng)濟(jì)這個(gè)指標(biāo)。

5結(jié)語(yǔ)

高層建筑的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)比較復(fù)雜的過(guò)程，每個(gè)小失誤都有可能導(dǎo)致建筑出現(xiàn)各種質(zhì)量問(wèn)題。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)該嚴(yán)格按照國(guó)家相關(guān)規(guī)定，認(rèn)真分析、科學(xué)計(jì)算，確保高層建筑的整體質(zhì)量和結(jié)構(gòu)安全。

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