建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工中相關(guān)問(wèn)題的探討

張 西 蓮

(山西晉建房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)有限公司，山西 太原 030006)

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工中相關(guān)問(wèn)題的探討

張 西 蓮

(山西晉建房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)有限公司，山西 太原 030006)

對(duì)框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)、混合結(jié)構(gòu)等混凝土多高層建筑常用的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了介紹，并對(duì)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的相關(guān)問(wèn)題作了研究，闡述了結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)核心區(qū)、框架結(jié)構(gòu)充填墻、鋼筋接頭等設(shè)計(jì)要求，為相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。

結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)，建筑，抗震

0 引言

目前我國(guó)的建筑行業(yè)正處于飛速發(fā)展階段，尤其是混凝土結(jié)構(gòu)建筑，正越來(lái)越多的應(yīng)用在高層及超高層結(jié)構(gòu)上，但也出現(xiàn)了一些工程質(zhì)量問(wèn)題。如何保障工程結(jié)構(gòu)及人民生命財(cái)產(chǎn)安全，是每一個(gè)建筑參與者必須考慮的，尤其是設(shè)計(jì)及施工，是決定安全的兩個(gè)重要階段，以下是本人的一點(diǎn)心得體會(huì)。

1 混凝土多高層建筑結(jié)構(gòu)的常用形式

1)框架結(jié)構(gòu)。

框架結(jié)構(gòu)是由梁、柱和樓面板組成的空間結(jié)構(gòu)，梁、柱剛接形成的剛架是結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力體系。框架結(jié)構(gòu)既要承受豎向荷載，又要承受水平風(fēng)荷載，在地震區(qū)還要承受地震作用。為了提高框架結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，特別是抗扭剛度，必須將框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成雙向梁、柱剛接的抗側(cè)力體系，而且設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)盡量使框架結(jié)構(gòu)兩個(gè)方向的抗震能力接近。

2)剪力墻結(jié)構(gòu)。

剪力墻結(jié)構(gòu)是由多片剪力墻縱橫交錯(cuò)而形成的空間結(jié)構(gòu)，具有承載力大和平面內(nèi)剛度大的優(yōu)點(diǎn)，但也具有剪切變形相對(duì)較大，平面外較薄弱的不利性能。由于其布置方式靈活，在高層建筑中得到廣泛應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)高層住宅設(shè)計(jì)絕大部分采用剪力墻結(jié)構(gòu)。如國(guó)內(nèi)知名房企開(kāi)發(fā)的富力城，恒大綠洲等小區(qū)。

3)框架—剪力墻結(jié)構(gòu)。

框架—抗震墻結(jié)構(gòu)中既有框架柱、梁，同時(shí)在適當(dāng)位置布置一部分剪力墻來(lái)增強(qiáng)建筑的抗剪，抗彎能力，相對(duì)于框架結(jié)構(gòu)承載力大幅提高，可提高建筑物高度，主要用于辦公需靈活分割的建筑。

4)板、柱—剪力墻結(jié)構(gòu)是由無(wú)梁樓板和柱組成的板柱框架與剪力墻共同承受豎向和水平作用的結(jié)構(gòu)。

此類結(jié)構(gòu)由于無(wú)樓層梁便于機(jī)電管道通行，增加了房屋的凈高，有利于建筑物減小層高，增加層數(shù)，可多得到建筑面積，以取得更好的經(jīng)濟(jì)效益，此類結(jié)構(gòu)適用于商場(chǎng)、圖書館的閱覽室和書庫(kù)、倉(cāng)儲(chǔ)樓、飯店、公寓、多高層寫字樓及綜合樓等房屋。

5)筒體結(jié)構(gòu)。

a.框筒結(jié)構(gòu)：顧名思義，框筒即框架筒體結(jié)構(gòu)，由一個(gè)個(gè)框架柱布置成類似于圍合筒的形狀來(lái)受力。b.框架—核心筒：為滿足建筑功能的需要，在結(jié)構(gòu)內(nèi)部布置核心筒作為主要抗側(cè)力構(gòu)件，在核心筒周圍布置框架梁柱，形成框架—核心筒結(jié)構(gòu)。c.筒中筒結(jié)構(gòu)。由外部的框筒和內(nèi)部的核心筒組成，具有很強(qiáng)的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，在水平力作用下，外框筒柱承受較大的軸向力及較大抗傾覆力矩。內(nèi)筒主要承受水平力產(chǎn)生的剪力，并提供一定的抗傾覆力矩，筒中筒結(jié)構(gòu)也是我國(guó)目前超高層建筑物常用結(jié)構(gòu)形式。d.多重筒體，束筒結(jié)構(gòu)及多筒體結(jié)構(gòu)。

6)混合結(jié)構(gòu)。

混合結(jié)構(gòu)是指由外圍鋼框架或型鋼混凝土、鋼管混凝土框架與鋼筋混凝土核心筒所組成的框架—核心筒結(jié)構(gòu)，近年來(lái)在我國(guó)迅速發(fā)展起來(lái)的一種新結(jié)構(gòu)體系，由于其具有鋼結(jié)構(gòu)建筑自重輕，截面尺寸小，施工進(jìn)度快的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又具有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度大，防火性能好，目前被認(rèn)為是一種比較符合我國(guó)國(guó)情的較好的超高層建筑結(jié)構(gòu)體系。

7)復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)。

a.帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑物;b.連體結(jié)構(gòu);c.豎向體型收進(jìn)，懸挑結(jié)構(gòu)。

2 結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的相關(guān)問(wèn)題

1)地震震級(jí)和烈度。地震震級(jí)是以地震時(shí)釋放的能量大小確定的。震級(jí)相差一級(jí)釋放能量相差30倍左右，一次地震只有一個(gè)震級(jí)。地震烈度是地震波及范圍內(nèi)建筑物和構(gòu)筑物遭受破壞的程度。

2)抗震設(shè)防的三水準(zhǔn)及兩階段設(shè)計(jì)。三水準(zhǔn)：小震不壞、中震可修、大震不倒。實(shí)現(xiàn)三水準(zhǔn)設(shè)防目標(biāo)：進(jìn)行兩階段設(shè)計(jì)：第一階段設(shè)計(jì)，承載力驗(yàn)算，第二階段設(shè)計(jì)，彈塑性變形驗(yàn)算。

3)結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)。由于地震時(shí)結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，結(jié)構(gòu)受力分析很難精確到每一個(gè)結(jié)構(gòu)桿件，通過(guò)概念設(shè)計(jì)使建筑體系構(gòu)件之間獲得最佳受力特征和協(xié)調(diào)關(guān)系，得到良好的抗震性能是很必要。其基本原則是：a.結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單性。b.結(jié)構(gòu)的規(guī)則和均勻性，包括豎向和平面的規(guī)則性。c.結(jié)構(gòu)的剛度和抗震能力。d.結(jié)構(gòu)的整體性。加強(qiáng)樓蓋的整體作用，高層建筑更應(yīng)該重視概念設(shè)計(jì)，某種程度上概念設(shè)計(jì)甚至比分析計(jì)算更重要。

4)抗震設(shè)防鋼筋代換原則：在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工中，有時(shí)會(huì)遇到需用另一種強(qiáng)度或直徑的鋼筋來(lái)替換原設(shè)計(jì)圖紙中的鋼筋的情況，規(guī)范規(guī)定應(yīng)按照承載力設(shè)計(jì)值相等的原則計(jì)算代換，避免由于總承載力提高甚大，導(dǎo)致鄰近部位形成新的薄弱環(huán)節(jié)而在地震中出現(xiàn)脆性破壞(混凝土壓碎，剪切破壞)。還應(yīng)滿足最小配筋率和鋼筋間距等構(gòu)造要求，以及構(gòu)件使用時(shí)的撓度及裂縫變化情況。

5)減隔震技術(shù)。a.隔震：在建筑物底部適當(dāng)位置設(shè)置隔震物(如隔震墊)，地震力在到達(dá)隔震物后隔離或減弱，使上部結(jié)構(gòu)受到較少的地震作用，從而保證結(jié)構(gòu)安全。b.消能減震。在建筑物的抗側(cè)力體系中設(shè)置消能部件(由阻尼器、連接支撐或其他連接構(gòu)件等組成)，通過(guò)消能器的變形吸收和消耗地震能量，從而使結(jié)構(gòu)受到的地震損毀可能極大減少及消失。根據(jù)國(guó)內(nèi)外的相關(guān)實(shí)例，隔震及減震技術(shù)可以極好的應(yīng)用在工程抗震中。我國(guó)的隔能減震技術(shù)起步較晚，需要大力推廣。

3 相關(guān)問(wèn)題的處理方法

3.1 結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的設(shè)計(jì)問(wèn)題

在柱采用高強(qiáng)混凝土之后，為了保證梁、柱節(jié)點(diǎn)區(qū)的強(qiáng)度，設(shè)計(jì)常要求梁、柱節(jié)點(diǎn)區(qū)混凝土強(qiáng)度等級(jí)與柱一致。這給施工造成比較大的難度，由于商品混凝土坍落度很大，如果只澆筑節(jié)點(diǎn)核心區(qū)構(gòu)件而不澆筑周邊梁板結(jié)構(gòu)，支模困難不易施工，尤其當(dāng)梁、柱混凝土強(qiáng)度等級(jí)相差比較大的時(shí)候，施工質(zhì)量很難保證。

設(shè)計(jì)建議：當(dāng)混凝土強(qiáng)度為C60而樓板不低于C30，或柱為C50而樓板不低于C25時(shí)，梁、柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的混凝土可隨樓板同時(shí)澆搗，但在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意驗(yàn)算，滿足結(jié)構(gòu)承載力要求。這時(shí)應(yīng)注意節(jié)點(diǎn)四周的約束程度。比如在梁端作成水平加腋，以加強(qiáng)對(duì)梁、柱核心區(qū)的約束。

3.2 框架結(jié)構(gòu)填充墻的設(shè)計(jì)要求

墻長(zhǎng)大于5 m時(shí)，后砌隔墻頂部應(yīng)與樓、屋蓋結(jié)構(gòu)構(gòu)件拉結(jié)，墻長(zhǎng)超過(guò)5 m或?qū)痈?倍時(shí)，在墻中段設(shè)鋼筋混凝土構(gòu)造柱；填充墻在轉(zhuǎn)角處，T形交接處，一字形墻端部，大于2.1 m的洞口兩側(cè)應(yīng)設(shè)構(gòu)造柱，門窗洞口小于2.1 m時(shí)作鋼筋混凝土抱柱。

拉結(jié)筋的留設(shè)不允許采用與柱箍筋焊接的方法，以免對(duì)柱受力筋的損傷?？刹捎妙A(yù)埋筋、預(yù)埋板式植筋的方法，植筋應(yīng)滿足后錨固的規(guī)范。

3.3 鋼筋接頭的相關(guān)問(wèn)題

鋼筋連接的形式：搭接、機(jī)械連接、焊接，在設(shè)計(jì)中均可采用。

機(jī)械連接自出現(xiàn)以來(lái)，由于其工藝簡(jiǎn)單方便，質(zhì)量容易保證，在結(jié)構(gòu)施工方面得到了很好的應(yīng)用，我國(guó)相關(guān)規(guī)范也推薦鋼筋連接優(yōu)先使用機(jī)械連接，尤其是重要的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。搭接接頭是比較常用的連接方法，即使在抗震構(gòu)件上也是可以應(yīng)用的。但其缺點(diǎn)是：

1)當(dāng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受反復(fù)荷載及動(dòng)荷載時(shí)，搭接部位鋼筋有可能發(fā)生滑動(dòng)位移，影響結(jié)構(gòu)承載力及安全性。

2)在構(gòu)件鋼筋較密集時(shí)，采用搭接方法將使?jié)矒v混凝土較為困難。

焊接接頭由于質(zhì)量不容易保證，同時(shí)可能損傷受力鋼筋，一般不推薦使用，或用于次要部位及結(jié)構(gòu)。

3.4 結(jié)構(gòu)縫的設(shè)置原則

結(jié)構(gòu)縫有三種：伸縮縫、抗震縫、沉降縫。伸縮縫主要是為了解決結(jié)構(gòu)的溫度收縮。伸縮縫的設(shè)置只要使結(jié)構(gòu)斷開(kāi)即可。伸縮縫最小縫寬3 cm?？拐鹂p是為了不規(guī)則的結(jié)構(gòu)通過(guò)抗震縫的設(shè)置而分成若干個(gè)平面相對(duì)規(guī)則的單體?？拐鹂p的寬度要能保證建筑物在地震時(shí)不致碰撞。沉降縫是為了解決高低差別很大的建筑由于沉降差異過(guò)大而帶來(lái)的結(jié)構(gòu)裂縫。結(jié)構(gòu)一旦用永久性縫分開(kāi)，必須滿足抗震縫的要求。隨著超長(zhǎng)混凝土設(shè)計(jì)、施工技術(shù)及計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，盡量少設(shè)置永久性的縫成為一種趨勢(shì)，代之以伸縮后澆帶、沉降后澆帶來(lái)解決伸縮及沉降的差異問(wèn)題。伸縮后澆帶一般在后澆帶兩側(cè)混凝土澆筑完成后45 d～60 d澆筑，但應(yīng)注意伸縮后澆帶澆筑后應(yīng)及時(shí)對(duì)建筑物進(jìn)行封閉，以免由于溫差過(guò)大而引起混凝土的開(kāi)裂。

沉降后澆帶的澆筑時(shí)間應(yīng)待后澆帶兩側(cè)的結(jié)構(gòu)沉降穩(wěn)定或預(yù)期的沉降差異在結(jié)構(gòu)的允許范圍內(nèi)時(shí)，方可澆筑混凝土。

[1] GB 50009—2012,建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].

[2] GB 50011—2010,建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] JGJ 3—2010，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[4] GB 50010—2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

Inquiry on building structure design and construction matters

Zhang Xilian

(ShanxiJinjianRealEstateDevelopmentCo.,Ltd,Taiyuan030006,China)

The paper introduces common concrete high-rise building structure forms including frame structure, shearing-wall structure, silo structure and composite structure, studies relevant structural seismic-resisting design, and describes design demands of structural joints core parts, frame structure filling-wall, steel joints and so on, which has provided theoretical basis for relevant structural design.

structure, design, building, anti-seismic

2015-06-26

張西蓮(1979- )，女，工程師

1009-6825(2015)25-0048-03

TU318

A