關(guān)于高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的探討

何坤林

（克州誠鑫建設(shè)工程有限公司 845350）

關(guān)于高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的探討

何坤林

（克州誠鑫建設(shè)工程有限公司 845350）

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國內(nèi)各個行業(yè)都得到了巨大的發(fā)展，其中，建筑行業(yè)的整體水平發(fā)展較快，這與國家的投入和支持存在較大的關(guān)系，同時也與社會發(fā)展的客觀需求有關(guān)。在實際的工作中，混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計需要將理論與實踐結(jié)合起來，注意設(shè)計的重點與細(xì)節(jié)，同時，還需要總結(jié)實踐經(jīng)驗，嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，不斷改進(jìn)和完善。本文對高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行了討論，希望能夠為相關(guān)工作提供一定的參考和借鑒。

高層建筑；鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；設(shè)計

1 高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)涵

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)以其獨特的優(yōu)勢，在現(xiàn)代高層建筑中得到了越來越廣泛應(yīng)用，為了滿足高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)要求，必須遵循相關(guān)規(guī)范中的設(shè)計原則，確保高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計主要需要遵循以下三點原則[1]：

（1）安全性。高層建筑的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在設(shè)計可使用年限內(nèi)，必須能夠承擔(dān)各種可能出現(xiàn)的突發(fā)情況，而且在一些特定的情況下，建筑物的結(jié)構(gòu)必須保持較高的穩(wěn)定性。

（2）耐久性。高層建筑的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在設(shè)計可使用年限內(nèi)，具有較高的耐久性。

（3）適用性。高層建筑的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在設(shè)計可使用年限內(nèi)，高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計需要滿足常規(guī)使用需求，并且具有較強的抗震、抗裂和抗變形能力。

2 高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計特點

相對于多層建筑鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)來說，高層建筑的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計需要考慮更多的影響因素，設(shè)計過程中所涉及的各類問題更加復(fù)雜，設(shè)計難度也更高。這主要是由于高層建筑本身自重增加，對地基基礎(chǔ)的何在及強度要求大幅度增加。同時，還需要保證其各類結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力、抗震能力滿足使用需求，只有這樣才能保證建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及使用的安全性。高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點主要體現(xiàn)如下[2]：

（1）水平側(cè)向力是影響高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中關(guān)于變形設(shè)計的關(guān)鍵因素。高層建筑所受的水平側(cè)向力主要為風(fēng)荷載以及地震荷載作用下所產(chǎn)生水平地震里。相對于多層建筑來說，水平側(cè)向力對高層建筑的影響更大，當(dāng)水平側(cè)向力相同時，高層建筑產(chǎn)生的水平位移比多層建筑更大，對建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和舒適性的影響也越大，因此，在高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中需要重點考慮水平側(cè)向力的影響。

（2）需要根據(jù)實際需求布置結(jié)構(gòu)剛度。有部分人認(rèn)為在建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，結(jié)構(gòu)剛度越大則具有更強的承載能力和抗震性能。其實事實并非如此，當(dāng)高層建筑的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)剛度越大時，對地震力的吸引越強，造價也會大幅增加。因此，高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在具備一定剛度的同時，還需要具備一定的柔性，從而增大結(jié)構(gòu)的抗震性能，確保在外力作用下，不會因為剛度和脆性過大而發(fā)生倒塌事故。因此，在高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，應(yīng)該將結(jié)構(gòu)剛度控制在一定的范圍內(nèi)，在保證滿足建筑承載能力和抗震性能要求的同時，具備一定的延性，提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

（3）根據(jù)相關(guān)規(guī)范以及彈性分析結(jié)構(gòu)判斷高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是否超限，如果結(jié)構(gòu)發(fā)生超限則應(yīng)制定相應(yīng)的措施性控制，同時通過具體的計算和論證分析，對結(jié)構(gòu)的實際超限情況進(jìn)行審查，保證結(jié)構(gòu)抗震性能。

3 高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)選型問題

3.1 短肢剪力墻設(shè)置

短肢剪力墻的使用雖然具備一定的作用，但是需要按照相關(guān)規(guī)范對使用數(shù)量進(jìn)行嚴(yán)格控制，不能設(shè)置過大。同時，在滿足結(jié)構(gòu)抗震性能的前提下，設(shè)計人員應(yīng)該盡量減少這類結(jié)構(gòu)的使用，避免后期產(chǎn)生不必要的麻煩。

3.2 結(jié)構(gòu)體系的選擇

在高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，結(jié)構(gòu)體系的選擇至關(guān)重要，部分地基相對穩(wěn)固的區(qū)域，在上部結(jié)構(gòu)滿足變形限值的條件下，盡可能的降低結(jié)構(gòu)剛度，使建筑的更加美觀。相關(guān)規(guī)范中確定了轉(zhuǎn)換層上下剛度比的公式宜改為控制上下層轉(zhuǎn)角的比值保持在1左右較為合理。對定點位移和層間位移的限制也不夠合理，可以而通過采取一定的措施突破限制。水平加強層的設(shè)計雖然能夠使結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度提升，但是會導(dǎo)致外柱剪力增加，在設(shè)計過程中應(yīng)該慎重選擇。

3.3 結(jié)構(gòu)超高

在高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中，對趕緊混凝土結(jié)構(gòu)的超高進(jìn)行了相應(yīng)的規(guī)定，尤其是抗震設(shè)計規(guī)范中，對建筑物結(jié)構(gòu)的高度提出了非常嚴(yán)格的控制要求。而在新的規(guī)范中，在原有對建筑高度限制的基礎(chǔ)上，新增了高度限制等級，形成A、B兩級，建筑在設(shè)計過程中需要按照高度等級規(guī)范進(jìn)行設(shè)計，一旦超過等級限制，無論是設(shè)計還是施工均需要重新進(jìn)行設(shè)定。

4 高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計建議

4.1 高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計

抗震性能對高層建筑整體的安全性具有較大影響，在進(jìn)行工程圖紙設(shè)計的過程中，首先應(yīng)根據(jù)先應(yīng)規(guī)范中的抗震等級分類要求對建筑結(jié)構(gòu)的抗震等級進(jìn)行確定。通常情況下，高層建筑結(jié)構(gòu)層數(shù)較大，且結(jié)構(gòu)剛度存在較大的突變系數(shù)，對此，振型數(shù)需要取較大的值，通常取12以上的數(shù)，但是最大取值需要控制在建筑總層數(shù)的3倍以內(nèi)[3]。

4.2 加強高強混凝土和高強鋼筋的合理設(shè)計

為了降低基本設(shè)施實施的難度并實現(xiàn)對工程總體造價的合理控制，在高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中，需要對高強度混凝土以及高強度鋼筋的使用進(jìn)行合理控制。高層建筑的工程總造價通常包括基礎(chǔ)物料、施工及材料等方面的費用，其中對總體以造價影響較大的是構(gòu)筑件截面積以及鋼筋的用量。因此，為了實現(xiàn)對工程造價的有效控制，可以通過在設(shè)計過程中合理使用高強度鋼筋和高強度混凝土來降低鋼筋的用量，從而降低工程總體造價。當(dāng)高層建筑堤基為較厚的軟土地基時，由于地基上部所承受的豎向荷載較大，所以應(yīng)該通過合理的選用高強度混凝土和高強度鋼筋實現(xiàn)對構(gòu)件截面積的優(yōu)化，降低結(jié)構(gòu)的總質(zhì)量，通過這樣的方式，能夠使基本設(shè)施的實時難度和造價大幅度降低，在保證結(jié)構(gòu)安全性的同時，實現(xiàn)較好的經(jīng)濟(jì)效果。

4.3 加強對高層建筑構(gòu)造周期性折減系數(shù)的設(shè)計

在框架結(jié)構(gòu)的建筑中，構(gòu)造周期性折減系數(shù)通常根據(jù)墻體填充物的類型進(jìn)行取值，當(dāng)墻體填充物為砌體時，其取值通常為0.6～0.7；當(dāng)墻體填充物為輕質(zhì)的砌塊或者墻體較少時，其取值通常為0.7～0.8；當(dāng)采用輕質(zhì)墻板作為墻體時，其取值通常為0.9。除了無墻的框架結(jié)構(gòu)，其余情況下都需要進(jìn)行一定的折減。在進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)和頂蓋結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中，填充墻體會使結(jié)構(gòu)的實際剛度超過設(shè)計剛度，因此，會導(dǎo)致計算周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過結(jié)構(gòu)的實際周期。在這種條件下，所計算出的結(jié)構(gòu)剪力較小，無法保證建筑結(jié)構(gòu)的整體安全性，對此，需要適當(dāng)折減建筑結(jié)構(gòu)的計算周期，從而確保建筑的安全性。

4.4 提高高層建筑的耐久性

在高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中，如果主要目標(biāo)時實現(xiàn)對整體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，則應(yīng)該根據(jù)相關(guān)規(guī)范對設(shè)計中的問題進(jìn)行主次劃分，通過單目標(biāo)與多目標(biāo)的共同優(yōu)化實現(xiàn)總體優(yōu)化目標(biāo)。在進(jìn)行優(yōu)化的過程中，建筑耐久性的設(shè)計尤為重要，在原有的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計方案中，設(shè)計人員往往忽視了結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計的重要性。在實際高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，大多數(shù)設(shè)計方案難以在建筑的合理使用年限內(nèi)完全保證用戶的各種使用需求，出現(xiàn)這種情況的主要原因是由于設(shè)計人員在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，未將建筑物實際使用的環(huán)境以及其它影響因素考慮到設(shè)計中，導(dǎo)致建筑在使用過程中可靠性不足。因此，在進(jìn)行普通高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計時，優(yōu)先考慮造價和用料因素，在保證建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，造價低、材料少的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案往往更能獲得人們的青睞。隨著人們生活水平的不斷提高，對工程質(zhì)量的要求也不斷提高，因此，當(dāng)建筑物存在特殊使用要求或者技術(shù)要求與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)存在矛盾時，應(yīng)該優(yōu)先考慮特殊要求和技術(shù)要求，確保建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。

5 結(jié)束語

綜合本文的分析來看，隨著現(xiàn)代城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，各類高層建筑如雨后春筍般的不斷涌現(xiàn)出來。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代高層建筑所采用的主要結(jié)構(gòu)，其具有整體性好、剛度大、位移小等多方面的優(yōu)勢，高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計工作是現(xiàn)代建筑設(shè)計最主要的研究領(lǐng)域之一，同時也是現(xiàn)代設(shè)計的主要難點之一。對此，在高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，需要充分發(fā)揮材料的力學(xué)特性，加強對設(shè)計過程的優(yōu)化，結(jié)合實際情況設(shè)計出結(jié)構(gòu)安全可靠的建筑，保證建筑后期的使用品質(zhì)，推動現(xiàn)代建筑行業(yè)的不斷發(fā)展。

[1]張大鵬.高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計問題探討[J].科技與企業(yè)，2014 （05）：194.

[2]杜建霞，張全貞.高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計淺談[J].建筑結(jié)構(gòu)，2011（S2）：51～53.

[3]張浩.淺談高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)注意的事項[J].河南建材，2012（01）：80～81.

TU755

A

1673-0038（2015）37-0069-02

2015-8-26