淺析高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

郭曉建

摘要：本文分析了當(dāng)前高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的常見問題及其產(chǎn)生原因，并指出了相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求，提出了筆者的幾點(diǎn)設(shè)計(jì)建議。

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

隨著人們生活水平的提高，對(duì)于住宅建筑的要求也隨之提高。人們不止要求建筑在質(zhì)量上合格，采光、朝向等條件滿足，更對(duì)建筑形態(tài)、環(huán)保節(jié)能、綠化、文化等方面有了更多的要求。這也推動(dòng)了建筑加工工藝的創(chuàng)新化、高科技化，同時(shí)也要求建筑設(shè)計(jì)者具備豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、深厚的文化內(nèi)涵，并要具有創(chuàng)新開拓精神，能夠創(chuàng)造出獨(dú)特的、新穎的、奪人眼球的建筑。與此同時(shí)，還必須保證建筑質(zhì)量過硬，使用性能優(yōu)異。目前，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)以其抗震性好、整體性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)靈活、傳力明確的優(yōu)勢(shì)，在現(xiàn)代建筑中得到了廣泛的應(yīng)用。鋼筋砼結(jié)構(gòu)看似簡(jiǎn)單，但在設(shè)計(jì)過程中若考慮不周、疏忽大意，則很容易出現(xiàn)各種問題，對(duì)建筑工程造成影響，甚至危及結(jié)構(gòu)的安全性。因此，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，一定要充分重視以上提出的問題，并逐個(gè)解決落實(shí)，從而使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量得到有效保障。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題分析

在建筑技術(shù)的不斷發(fā)展下，我國(guó)城市中的高層建筑如雨后春筍般涌現(xiàn)，并且還呈現(xiàn)明顯的增長(zhǎng)趨勢(shì)，隨著建筑高度的增加，建筑功能、類型的日益復(fù)雜化，使得結(jié)構(gòu)體系也呈現(xiàn)出多樣化特點(diǎn)，在這樣的情況下，怎樣滿足工程建設(shè)需要，構(gòu)建一套準(zhǔn)確高效、符合實(shí)際國(guó)情的建筑施工技術(shù)體系，成為了施工技術(shù)亟待解決的一項(xiàng)課題。目前，鋼筋混凝土在建筑結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用十分廣泛，與其他結(jié)構(gòu)材料相比，它具有顯著的優(yōu)勢(shì)，故在土木工程、房屋建筑中得到了重大的發(fā)展、應(yīng)用，同時(shí)也在施工技術(shù)、制作工藝、設(shè)計(jì)方法等方面得到了突出的表現(xiàn)。對(duì)于多樣化的鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，尚存在一些問題，下面就鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的常見問題，進(jìn)行深入的剖析。

1.1 超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)問題

在《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（下文件簡(jiǎn)稱為《規(guī)范》）中，關(guān)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度，其中一條（第9.1.1條）規(guī)定框架結(jié)構(gòu)伸縮縫設(shè)置間距要≤55m，而另一條（第7.1.2條）則規(guī)定，如果采取后澆帶分段的施工方法，可以適當(dāng)增大伸縮縫的設(shè)置間距。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，這兩條規(guī)定的把握較為不易，在工程實(shí)例中很難保證結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度≥55m就設(shè)置一條伸縮縫，并且對(duì)于后澆帶分段施工，對(duì)于結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度很難控制，從而不易產(chǎn)生裂縫。這類問題的產(chǎn)生原因主要是各地區(qū)溫度差異、混凝土收縮應(yīng)力差異造成的。

這類問題的解決必須要在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中調(diào)整梁柱配筋的概念。首先，針對(duì)長(zhǎng)向板鋼筋要設(shè)置為雙層，同時(shí)還要對(duì)中部的梁板配筋進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑鰪?qiáng)。這是因?yàn)闇囟葢?yīng)力會(huì)對(duì)兩側(cè)梁柱，尤其是邊跨柱配筋產(chǎn)生極大的推力，而中部區(qū)域是結(jié)構(gòu)的中點(diǎn)，故其受到的應(yīng)力較大，所以需要對(duì)其加強(qiáng)。另外，超長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，容易在角部產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，所以還需要加強(qiáng)角部結(jié)構(gòu)。如果結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度≥70m，為了不設(shè)置伸縮縫，就必須采用特殊措施，如摻入抗裂劑、預(yù)加應(yīng)力等。在設(shè)計(jì)長(zhǎng)度≥70m的結(jié)構(gòu)時(shí)，設(shè)計(jì)者必須定量分析溫度和收縮裂縫，同時(shí)施加預(yù)應(yīng)力，該方法的效果在眾多的工程實(shí)例中都得到了較好的應(yīng)用效果。若無法分析清楚超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的受力情況，還是應(yīng)當(dāng)根據(jù)《規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)，在結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度≥55m時(shí)就設(shè)置伸縮縫，其實(shí)只要處理恰當(dāng)，伸縮縫的設(shè)置是不會(huì)對(duì)建筑外觀造成太大影響的。

1.2 筏板厚度設(shè)置問題

在樁筏基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，筏板厚度值的計(jì)算，首先根據(jù)建筑層數(shù)來對(duì)筏板厚度來進(jìn)行估算的。一般筏板厚度估算值為50mm×建筑層數(shù)。以一棟28層的住宅建筑為例，筏板厚度估算值為50×28=1400mm。再根據(jù)建筑的排樁情況，對(duì)角樁沖切、群樁沖切、墻沖切、邊樁沖切分別進(jìn)行驗(yàn)算。通常情況下，都用角樁沖切控制板厚，但若是短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，由于其墻體不封閉，所以要獲取群樁沖切的邊界值較為困難，另一方面，由于樁群之間會(huì)重疊較多，所以群樁沖切取值較為不利。故筆者建議，將幾個(gè)大層間的取值作為沖切邊界，所圍區(qū)域內(nèi)的短肢墻體內(nèi)力作為抗力抵消，該方法盡管無法保證絕對(duì)的準(zhǔn)確性，但在放大區(qū)域后，對(duì)削弱邊界開口效應(yīng)，故其可行性還是值得肯定的。

1.3 強(qiáng)柱弱梁設(shè)計(jì)問題

在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的延性設(shè)計(jì)中，“強(qiáng)梁弱柱”是基本設(shè)計(jì)原則。“強(qiáng)梁弱柱”設(shè)計(jì)理念主要是抗震設(shè)防，其抗震設(shè)防的目標(biāo)是“大震不倒、中震可修、小震不壞”。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，柱是核心支撐，若柱受到破壞，會(huì)導(dǎo)致建筑的整體坍塌，若梁受到破壞，則僅會(huì)對(duì)某區(qū)域造成損毀，所以柱破壞造成的損害明顯大于梁破壞，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，一定要牢固樹立這一設(shè)計(jì)理念。對(duì)于柱軸壓比，要嚴(yán)格控制在0.9%以內(nèi)。在設(shè)置配筋、柱斷面時(shí)，要分部位進(jìn)行處理，并適當(dāng)加強(qiáng)邊柱和角柱，尤其是角柱，最好采取全柱加密箍筋，同時(shí)配筋率要≥1%，除小截面柱以外的所有框架柱的縱筋都要≥20，柱筋采用的種類不要太多。對(duì)于矩形截面柱，要采取對(duì)稱配筋；對(duì)于梁，中部筋要配足，支座筋可適當(dāng)降低，以使其在地震作用下形成梁鉸機(jī)制，即在地震作用下，首先在梁端產(chǎn)生塑性鉸，以保證柱的受彎承載力比梁大，從而防止柱先屈服。

1.4 地下室外墻、底板配筋計(jì)算問題

在計(jì)算地下室外、底板墻配筋時(shí)，常出現(xiàn)實(shí)際情況與假設(shè)條件不相符的問題。以地下室外墻配筋計(jì)算為例，有的設(shè)計(jì)人員將凡是帶扶壁柱的外墻，不論扶壁柱大小，均按雙向板進(jìn)行配筋計(jì)算，但按照地下室結(jié)構(gòu)整體電算分析結(jié)果，對(duì)扶壁柱配筋，又未按外墻雙向板傳遞荷載驗(yàn)算扶壁柱配筋。從扶壁柱與外墻變形協(xié)調(diào)原理來看，該配筋計(jì)算方式下，扶壁柱配筋不足，外墻豎向配筋偏少，外墻橫向配筋過多。針對(duì)這一問題，筆者建議：將有鋼筋混凝土內(nèi)隔墻相連的且與外墻相垂直的外墻板塊、較大尺寸扶壁柱（如外框架柱）間的外墻板塊的配筋按照雙向板進(jìn)行計(jì)算，其他外墻的配筋均按單向板進(jìn)行計(jì)算。

1.5 地下室設(shè)計(jì)問題

在進(jìn)行高層建筑的地下室設(shè)計(jì)時(shí)，還要考慮地下水位問題，由于人為無法控制地下水位上漲，所以一旦發(fā)生地下水位上漲，就會(huì)對(duì)地下室乃至整棟建筑產(chǎn)生影響。因此，在設(shè)計(jì)地下室時(shí)，要盡量簡(jiǎn)化地下室輪廓，以利于防水。尤其是柱下承臺(tái)的地下室，柱下承臺(tái)會(huì)將基槽地模產(chǎn)生較多陰陽(yáng)角，使其形狀復(fù)雜化，這就增加了防水施工的難度，延長(zhǎng)了施工時(shí)間，不僅無法保證防水質(zhì)量，更會(huì)增加工程造價(jià)。對(duì)于該問題，筆者建議采用反承臺(tái)法：使承臺(tái)下皮標(biāo)高與地下室底板相等，并在地下室內(nèi)部覆土。該做法會(huì)簡(jiǎn)化基槽地模的形狀，減小施工難度，縮短工期，保證施工質(zhì)量。同時(shí)，覆土重量還會(huì)對(duì)抗消除地下室底板的水浮力。

2 結(jié)束語

隨著建筑技術(shù)的不斷提高，城市中涌現(xiàn)出了越來越多的高層建筑。隨著建筑高度的增加，建筑功能、類型的日益復(fù)雜化，使得結(jié)構(gòu)體系也呈現(xiàn)出多樣化特點(diǎn)，這就使得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成為了建筑設(shè)計(jì)中的一個(gè)難點(diǎn)和重點(diǎn)。

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