高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的相關(guān)問(wèn)題

鄧亮

摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，高層建筑已經(jīng)成為我國(guó)建筑發(fā)展的主流趨勢(shì)。高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是確保高層建筑安全使用的重要保障，高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理與否直接關(guān)系著建筑在建成后的使用性能，所以，我們要加強(qiáng)對(duì)高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的重視，對(duì)于在設(shè)計(jì)中存在的相關(guān)問(wèn)題，我們要結(jié)合實(shí)際，深入的進(jìn)行探討，并提出相應(yīng)的處理意見(jiàn)，從整體上提高高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的技術(shù)水平。下文主要針對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)的一些問(wèn)題進(jìn)行分析，總結(jié)了設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，以達(dá)到保證建筑的安全、延長(zhǎng)其使用壽命的目的。

關(guān)鍵詞：基礎(chǔ)埋深；底部嵌固層；高寬比；不規(guī)則性；偏心距；開(kāi)洞；梁高度

引言

隨著建筑物高度的不斷增加，地下室的層數(shù)也隨之增加。人們對(duì)地下空間需求的不斷增長(zhǎng)，致使裙房的底盤(pán)面積在增加。地下工程在整個(gè)建設(shè)項(xiàng)目中所占的比重越來(lái)越大。由于地下工程材料消耗大、建造周期長(zhǎng)、施工難度大，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的好壞將會(huì)對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)周期、施工工期以及建造費(fèi)用產(chǎn)生巨大的影響。另外，地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也比較復(fù)雜，主要技術(shù)問(wèn)題有：地基承載力及變形問(wèn)題、抗浮問(wèn)題、不均勻沉降問(wèn)題、結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)問(wèn)題、基礎(chǔ)型式的選取和計(jì)算方法問(wèn)題、人防設(shè)計(jì)等等；技術(shù)問(wèn)題與經(jīng)濟(jì)因素息息相關(guān)，先進(jìn)適用的技術(shù)能使建設(shè)項(xiàng)目取得良好的經(jīng)濟(jì)效益，而經(jīng)濟(jì)因素在一定程度上也會(huì)制約一些先進(jìn)技術(shù)的使用。

1、結(jié)構(gòu)選型

選擇合理的結(jié)構(gòu)類(lèi)型，高層建筑結(jié)構(gòu)平面布置應(yīng)力求簡(jiǎn)單、規(guī)則、對(duì)稱(chēng)，避免應(yīng)力集中的凹角和狹長(zhǎng)的縮頸部位，避免在凹角和端部設(shè)置樓梯、電梯間；堅(jiān)向體型應(yīng)盡避免大的外挑、內(nèi)收也不宜過(guò)多，力求剛度均勻，避免突變和應(yīng)力集中，注意非結(jié)構(gòu)構(gòu)件對(duì)主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的有利和不利的影響，協(xié)調(diào)布置構(gòu)件，才能保證與主體結(jié)構(gòu)連接的可靠性。在抗震規(guī)范與高規(guī)中，對(duì)結(jié)構(gòu)的高度都有嚴(yán)格的限制，除了將原來(lái)的高度設(shè)置為A級(jí)高度的建筑外，增加了B級(jí)高度的建筑。高層建筑的高寬比，是對(duì)結(jié)構(gòu)剛度整體穩(wěn)定、承載能力和經(jīng)濟(jì)合理性的宏觀(guān)控制。對(duì)于帶有裙房的高層建筑，當(dāng)裙房的面積和剛度相對(duì)于其上部塔樓的面積和剛度較大時(shí)，計(jì)算高寬比的房屋高度和寬度可按裙房以上部份考慮。

2、抗浮問(wèn)題

2.1、增加地下室的底板厚度來(lái)增加地下室的重量是解決地下室抗浮問(wèn)題的一個(gè)直接有效的方法，但這種方法還應(yīng)該結(jié)合地基土的承載力而定；在對(duì)主體結(jié)構(gòu)的地基承載力進(jìn)行深度修正時(shí)，增加地下室的底板厚度可以提高主體結(jié)構(gòu)的有效埋置深度，從而提高了主體結(jié)構(gòu)修正后的地基承載力特征值。

2.2、設(shè)置抗浮樁。表面上看這是一種解決抗浮問(wèn)題行之有效的方法，但仔細(xì)分析，這種方法也有一定的局限性，從結(jié)構(gòu)受力方面講，由于地下室的抗浮設(shè)防水位是根據(jù)擬建場(chǎng)地歷年最高水位結(jié)合近幾年的水位變化情況提出來(lái)的，即使是經(jīng)過(guò)重新評(píng)估后確定的抗浮設(shè)防水位，也是按一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律得出的結(jié)論。很顯然，這種方法確定的地下水位在一般的情況下是很難達(dá)到的。加之設(shè)計(jì)計(jì)算的不精確性也使得抗浮樁具有一定的安全儲(chǔ)備，因此，“抗浮樁”實(shí)際上長(zhǎng)期起著“抗壓樁”的作用。這種“反作用”將阻礙有抗浮要求的地下室的合理沉降，而這種變化將會(huì)使無(wú)沉降縫的大底盤(pán)地下室在主體結(jié)構(gòu)和裙房之間產(chǎn)生更大的不均勻沉降差；同時(shí)設(shè)置抗浮樁后，計(jì)算基礎(chǔ)底板內(nèi)力及配筋時(shí)應(yīng)考慮地下水壓力，這樣也會(huì)增加基礎(chǔ)底板的荷載。另外一方面，如果地下水位長(zhǎng)期處于一種較高的水平之上，設(shè)置抗浮樁也不乏是一種有效的方式。因此，抗浮樁是一把雙刃劍，使用時(shí)需仔細(xì)考慮。

3、人防地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于人防的要求，高層建筑的地下室常兼作人防地下室。普通民用建筑的防空地下室人防等級(jí)一般以五、六級(jí)居多。按照平戰(zhàn)結(jié)合的設(shè)計(jì)原則，同時(shí)考慮結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)以及經(jīng)濟(jì)因素，五級(jí)人防區(qū)多設(shè)置在主體結(jié)構(gòu)部分，六級(jí)人防區(qū)多設(shè)置在裙房或純地下室部分，并且人防區(qū)基本上都位于地下室最下一層。人防地下室和非人防地下室相比，由于增加了核爆動(dòng)荷載以及對(duì)輻射等方面的要求，二者在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上有較大區(qū)別，主要體現(xiàn)在荷載及荷載組合、材料強(qiáng)度、內(nèi)力計(jì)算和構(gòu)造規(guī)定等方面。人防底板的荷載控制問(wèn)題。人防地下室位于主體結(jié)構(gòu)部分時(shí)，人防底板一般是平時(shí)荷載起控制作用；人防地下室位于純地下室部分時(shí)，當(dāng)僅有一層地下室且頂部有覆土?xí)r，人防底板一般是戰(zhàn)時(shí)荷載起控制作用，當(dāng)有兩層或兩層以上的地下室且頂部有覆土?xí)r，人防底板一般是平時(shí)荷載起控制作用。

4、不均勻沉降問(wèn)題

在設(shè)計(jì)中不設(shè)沉降縫，而采取一定的措施，調(diào)整地基反力，盡量減少不同部分的地基反 力差，從而減少沉降差。這是所謂“調(diào)”的方法。如：裙房部分采用天然地基，主樓部分采用復(fù)合地基或樁基。裙房和主樓部分采用不同的基礎(chǔ)形式，主樓采用筏基或箱基，裙房采用獨(dú)立基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)。目前比較常用的方法是在主體結(jié)構(gòu)部分采用CFG樁（水泥粉煤灰碎石樁）復(fù)合地基，在裙房及純地下室部分采用天然地基。在主裙樓之間設(shè)置沉降后澆帶，鋼筋不斷，先施工主樓，待主樓封頂完成大部分沉降后，再施工裙房。兩部分沉降基本穩(wěn)定后再澆筑后澆帶。這樣，用調(diào)時(shí)間差的辦法解決了沉降差，同時(shí)又避免了設(shè)置沉降縫帶來(lái)的麻煩。這也是一種“調(diào)”的方法。

5、地下室頂板作為結(jié)構(gòu)底部嵌固層的條件

地下室的樓層剪切剛度不小于相鄰上部結(jié)構(gòu)樓層剪切剛度的2倍。由于地下結(jié)構(gòu)的地震、作用效應(yīng)較小，即使在地下室柱與地上一層柱配筋相同時(shí)，柱端塑性鉸通常也出現(xiàn)在地下室頂部。按規(guī)范規(guī)定增大地下室柱配筋時(shí)，往往使得柱鋼筋較密，不便施工。

6、結(jié)語(yǔ)

高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是一個(gè)長(zhǎng)期復(fù)雜、循環(huán)往返的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中任何遺漏和錯(cuò)誤都有可能對(duì)結(jié)構(gòu)造成安全隱患。這就要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在工作中，應(yīng)認(rèn)真學(xué)習(xí)新規(guī)范，力求掌握更為合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，做到設(shè)計(jì)產(chǎn)品即安全、合理、又經(jīng)濟(jì)。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員需要重新認(rèn)識(shí)自己工作的重要性，明確自己的責(zé)任，提高對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量安全問(wèn)題的辨別能力，積累結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工作經(jīng)驗(yàn)，使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作行業(yè)逐步步入正軌，使建筑物的設(shè)計(jì)更安全、更合理。