高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問題探討

馮俊標(biāo)

（廣東中譽(yù)設(shè)計(jì)院有限公司）

高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問題探討

馮俊標(biāo)

（廣東中譽(yù)設(shè)計(jì)院有限公司）

隨著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，特別是城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，高層建筑越來越多，需要加強(qiáng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，更好完善高層建筑功能。高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括安全性、耐久性與適用性三個(gè)方面，這是設(shè)計(jì)的靈魂，同時(shí)也應(yīng)重視鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)選型問題，然后從結(jié)構(gòu)抗震功能、周期性折減系數(shù)等方面規(guī)范設(shè)計(jì)，以優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確保鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的安全性。

高層建筑；鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；問題

當(dāng)前及未來一個(gè)時(shí)期，我國城鎮(zhèn)用地矛盾將更加突出，由于城鎮(zhèn)人口大量增加，高層建筑越來越多，給建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來新的挑戰(zhàn)。目前我國建筑整體質(zhì)量狀況不容樂觀，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理是很重要的原因之一[1]。因此，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，遵循相關(guān)設(shè)計(jì)原則，對于確保建筑工程質(zhì)量具有重要意義。筆者在本文中，主要就高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題進(jìn)行了探討，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考和借鑒。

1　高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)涵

在高層建筑工程項(xiàng)目中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)得到了廣泛應(yīng)用。對于高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來說，為了實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)，需遵循一定的設(shè)計(jì)原則。具體來說，高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則包括以下三個(gè)：

（1）安全性原則。我國建筑使用壽命通常為70年，建筑設(shè)計(jì)應(yīng)以使用年限為依據(jù)，加強(qiáng)各方面設(shè)計(jì)，在使用年限內(nèi)，保證建筑結(jié)構(gòu)的安全性、強(qiáng)度，可應(yīng)對各種突發(fā)狀況，在發(fā)生偶然時(shí)間后，可保持一定的穩(wěn)定性。

（2）耐久性原則。在建筑使用年限內(nèi)，高層建筑需具有一定的耐久性。而提高建筑耐久性即要求建筑結(jié)構(gòu)承載力達(dá)到規(guī)范要求，可承受結(jié)構(gòu)自重。

（3）適用性原則。適用性原則是指在使用年限內(nèi)，高層建筑具備完善的功能，可為居民提供各項(xiàng)所需功能，具備抗震、抗裂縫與抗變形等能力，不出現(xiàn)功能性問題[2]。

2　高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的選型問題

2.1結(jié)構(gòu)體系的選擇

對于高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來說，結(jié)構(gòu)體系選型是設(shè)計(jì)重點(diǎn)之一，如果建筑地基基礎(chǔ)比較穩(wěn)固，且建筑上部結(jié)構(gòu)可滿足變形限值，則應(yīng)重點(diǎn)考慮建筑外觀，盡可能減少結(jié)構(gòu)剛度。設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定，轉(zhuǎn)換層上下剛度比，應(yīng)控制在1左右較為合理。同時(shí)設(shè)計(jì)規(guī)范還認(rèn)為，結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)位移與層間位移限值不合理，可采取一定的措施，突破限值，并增加側(cè)向剛度，以提高外柱剪力。

2.2短肢剪力墻設(shè)計(jì)

短肢剪力墻在高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中發(fā)揮著重要作用，功能性強(qiáng)，但在設(shè)計(jì)短肢剪力墻時(shí)，應(yīng)遵循相關(guān)規(guī)范，而不能在設(shè)計(jì)中頻繁使用，同時(shí)也不能設(shè)置太多，保證高層建筑抗震性能符合要求，并減少短肢剪力墻數(shù)量，以便降低后續(xù)高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工的處理難度[3]。

2.3鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)高度的控制

高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，經(jīng)常發(fā)生超高問題，影響結(jié)構(gòu)的抗震性能。且在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，如高度不同，則需遵循不同設(shè)計(jì)規(guī)范，增加設(shè)計(jì)難度，尤其是出現(xiàn)結(jié)構(gòu)超高問題時(shí)，應(yīng)重視結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，避免出現(xiàn)問題。

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

3.1結(jié)構(gòu)抗震性能的設(shè)計(jì)

由于高層建筑層數(shù)多、高度高，對抗震性能有較高的要求。在高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，抗震功能設(shè)計(jì)是重要的內(nèi)容之一，也是關(guān)鍵因素。在設(shè)計(jì)高層建筑圖紙時(shí)，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的抗震規(guī)范，分類對待抗震設(shè)防。比如，房屋抗震等級，可按照房屋建筑的結(jié)構(gòu)類型、高度和烈度來明確。而對于高層房屋結(jié)構(gòu)，由于結(jié)構(gòu)層數(shù)、結(jié)構(gòu)剛度突變系數(shù)較大，則應(yīng)多取振型數(shù)。比如房屋建筑結(jié)構(gòu)中，具備多塔結(jié)構(gòu)、頂部存在轉(zhuǎn)換層、小塔樓等，則振型數(shù)量應(yīng)控制在≥12，不過同樣可根據(jù)大小來確定，應(yīng)≥房屋總層數(shù)的3倍。在分析結(jié)構(gòu)總剛性時(shí)，振型數(shù)也應(yīng)取較大值[4]。

3.2高強(qiáng)鋼筋、混凝土的設(shè)計(jì)

為了降低高層建筑工程造價(jià)、降低建筑基本設(shè)施作業(yè)難度，在設(shè)計(jì)高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)確保高強(qiáng)混凝土、鋼筋設(shè)計(jì)的合理性。其中，建筑工程造價(jià)包括施工材料費(fèi)用、基礎(chǔ)物件費(fèi)用等，而對建筑工程造價(jià)影響較大的就是建筑構(gòu)件的截面積、建筑鋼使用量[5]。因此，為了減少鋼筋使用量，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)合理使用鋼筋混凝土與高強(qiáng)度鋼筋，以降低建筑成本。

高層建筑經(jīng)常遇到軟土地基情況，由于地基的承載力不夠，需對地基做強(qiáng)化處理，以確?？沙惺苌喜拷ㄖY(jié)構(gòu)荷載。所以，如果高層建筑是建立在軟弱地基上，因?yàn)榇Ａ⒃诘鼗系暮奢d相對較大，就應(yīng)優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，合理使用高強(qiáng)鋼筋和混凝土，以減少結(jié)構(gòu)重量，通過合理設(shè)計(jì)來降低施工作業(yè)難度、減少工程造價(jià)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)收益的最大化。

3.3建筑構(gòu)造周期性折減系數(shù)的設(shè)計(jì)

在高層建筑結(jié)構(gòu)框架中，如果結(jié)構(gòu)填充墻體使用的是砌體，則在計(jì)算周期時(shí)，折減系數(shù)取值可在0.6～0.7之間；如果填充墻體使用的是輕質(zhì)砌塊或墻體使用較少時(shí)，則在計(jì)算周期時(shí)，折減系數(shù)取值可在0.7～0.8之間；而如果填充墻體使用輕質(zhì)墻板，則計(jì)算周期時(shí)，折減系數(shù)取值可為0.9。如果建筑結(jié)構(gòu)中無墻框架結(jié)構(gòu)，則需要做適當(dāng)折減[6]。

而在建筑框架結(jié)構(gòu)與頂蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，由于填充墻會增加結(jié)構(gòu)的實(shí)際剛度，可能超過設(shè)計(jì)剛度，則這種情況下，計(jì)算周期大大超過了實(shí)際周期。這時(shí)，計(jì)算出的結(jié)構(gòu)剪力，會比實(shí)際的結(jié)構(gòu)剪力小，可能影響房屋建筑的安全性。因此，這就要求在計(jì)算建筑結(jié)構(gòu)周期時(shí)，將計(jì)算周期適當(dāng)折減，以此來完善建筑的功能，確保建筑結(jié)構(gòu)的安全性。

3.4高層建筑結(jié)構(gòu)耐久性功能設(shè)計(jì)

高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循相關(guān)規(guī)范，堅(jiān)持以結(jié)構(gòu)優(yōu)化為目的，同時(shí)按照建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，處理設(shè)計(jì)中的問題，并分清主次，優(yōu)化單一目標(biāo)、多種目標(biāo)，以收到令人滿意的效果。而在過去的建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，由于對混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)未收到足夠的重視，導(dǎo)致在使用年限內(nèi)，建筑的使用功能可能受到一定的影響。從目前的設(shè)計(jì)情況看，不少的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，均不符合要求，主要是在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，沒考慮建筑環(huán)境所在的環(huán)境、各種條件等，使得建筑的可靠指數(shù)明顯降低[7]。所以，在這種觀念下，在設(shè)計(jì)高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)，就只是重視造價(jià)、材料的重視，而未能重視結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)。

當(dāng)前，隨著人們生活水平的提高，建筑質(zhì)量意識不斷提高，人們對建筑使用功能的要求越來越高。為了確保建筑功能可滿足人們期待，應(yīng)加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中，對施工材料、施工工藝、施工技術(shù)和人員配置等，均進(jìn)行分析與論證，制定多個(gè)設(shè)計(jì)方案，選擇最優(yōu)化的耐久性功能設(shè)計(jì)方案。為了提高建筑使用功能，在設(shè)計(jì)時(shí)，可能與技術(shù)指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等發(fā)生沖突，這時(shí)應(yīng)果斷放棄經(jīng)濟(jì)與技術(shù)指標(biāo)，首先保證建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，即耐久性要求。

3.5結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)

高層建筑中的概念設(shè)計(jì)，是指包括了建筑結(jié)構(gòu)受力與變形特性的整體性概念，同時(shí)也包括建筑的外觀設(shè)計(jì)。與一般的商品相比，建筑具有其特殊性，一個(gè)建筑有一個(gè)建筑的風(fēng)格，而不能千篇一律，否則會給人帶來審美疲勞。因此，這就要求加強(qiáng)高層建筑的概念設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中，多選用新型的建筑樣式，同時(shí)也應(yīng)加強(qiáng)建筑的抗震設(shè)計(jì)、抗風(fēng)設(shè)計(jì)等基礎(chǔ)性設(shè)計(jì)。不過，也不能一味標(biāo)新立異，應(yīng)選擇結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較大的設(shè)計(jì)方案，且平面設(shè)計(jì)、立體設(shè)計(jì)均應(yīng)遵循這一原則。在高層建筑彈性設(shè)計(jì)上，應(yīng)盡可能滿足延展性要求。對于高層建筑來說，加強(qiáng)概念設(shè)計(jì)是必須的，概念設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)在設(shè)計(jì)過程中，建筑設(shè)計(jì)師應(yīng)遵循和重視各項(xiàng)規(guī)范、規(guī)定，而不能陷入僅重視設(shè)計(jì)、忽視計(jì)算的誤區(qū)。

由以上分析可知，高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)施工的依據(jù)，包括耐久性設(shè)計(jì)、概念設(shè)計(jì)、周期性折減系數(shù)設(shè)計(jì)等，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)來完善建筑結(jié)構(gòu)功能，進(jìn)而為人們提供一個(gè)功能完善的高層建筑。

4　結(jié)語

綜上所述，在高層建筑結(jié)構(gòu)中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是常用的結(jié)構(gòu)類型之一。但是影響高層建筑結(jié)構(gòu)功能的影響因素較多，比如環(huán)境、人員因素等，在設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循耐久性、安全性與適用性患者，然后從概念設(shè)計(jì)、周期性折減系數(shù)設(shè)計(jì)、耐久性設(shè)計(jì)、短肢剪力墻設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計(jì)等方面加強(qiáng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的目標(biāo)。

[1]賈秀英.關(guān)于高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的探討[J].建筑·建材·裝飾，2013，12：59～60.

[2]鮑楠.淺析高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].城市建設(shè)理論研究，2014，10：121～122.

[3]章小濤.高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題探討[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2013，34：1124～1125.

[4]劉雙慶.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常見問題解析[J].四川建材，2013，35：124～126.

[5]詹建祥.高層建筑鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2013，17：218～219.

[6]葛斌.淺析鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的常見問題[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2011，11：94～96.

[7]孫靜.高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題探討[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2015，02：894～895.

TU973+.12

A

1673-0038（2015）22-0004-02

2015-4-5

馮俊標(biāo)（1981-），男，中級工程師，本科，主要從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。