鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計中常見問題探討

王偉謙

摘要：在我國建筑工程中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)被廣泛的應(yīng)用。其具有承載力高、取材方便、可模性好、整體性好等優(yōu)點，然而由于鋼筋混凝土自重大、抗裂性差等自身缺陷，以及一些結(jié)構(gòu)設(shè)計人員綜合素質(zhì)偏低等原因，導致一些鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)設(shè)計極不合理，影響了建筑工程的使用和安全。通過分析鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)設(shè)計中出現(xiàn)的主要問題，提出了有效的解決措施，對于優(yōu)化鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高建筑工程的安全性和適用性具有一點的理論和現(xiàn)實意義。供同行參考。

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

一、引言

社會的不斷進步，推動了我國建筑事業(yè)的迅速發(fā)展，而我國人口眾多，土地資源有限，必須開發(fā)高層建筑，從而滿足人們源源不斷的需求。鋼筋混凝土高層建筑的質(zhì)量不僅關(guān)系著人們的生命財產(chǎn)安全，而且和建筑企業(yè)的生存發(fā)展也有著十分緊密的聯(lián)系。結(jié)構(gòu)設(shè)計作為建筑設(shè)計的極其重要的一部分，直接影響著工程的施工和建筑的質(zhì)量，因此，作為設(shè)計者必須以仔細認真的態(tài)度做好結(jié)構(gòu)設(shè)計。

二、結(jié)構(gòu)選型

高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計是以結(jié)構(gòu)選型為基礎(chǔ)進行的。那么，在結(jié)構(gòu)選型階段，應(yīng)當注意以下幾種問題：

1、結(jié)構(gòu)超高

結(jié)構(gòu)超高一直是結(jié)構(gòu)設(shè)計中需要多加注意的一個問題。在新規(guī)范中，為了有效地避免超高問題，不僅將之前的限制高度設(shè)置為A級高度的建筑，還增加了B級高度的建筑。因此，在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，結(jié)構(gòu)的超高問題必須多加注意，控制結(jié)構(gòu)高度在適當范圍之內(nèi)。一旦結(jié)構(gòu)高度是B級甚至超過了B級，將嚴重影響設(shè)計方法，而所采用的處理措施也會出現(xiàn)很大的變動。在實際的結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，往往存在設(shè)計人員忽視結(jié)構(gòu)類型的變更，導致在設(shè)計審核時，設(shè)計方案不能通過，這不僅拖延了工程的工期，而且造成了不必要的經(jīng)濟損失。

2、短肢剪力墻的設(shè)置

根據(jù)新規(guī)范中的明確規(guī)定，短肢剪力墻指的是墻肢截面高厚比在5至8范圍之內(nèi)的墻，再根據(jù)實際經(jīng)驗，對短肢剪力墻新設(shè)置了許多限制條件。因此，在對高層建筑進行結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)當根據(jù)結(jié)構(gòu)具體情況，盡量少用或者不用短肢剪力墻，如此便可避免后期設(shè)計工作受阻，從而保證了設(shè)計工作得以順利進行。

3、 嵌固端的設(shè)置

就一般情況而言，高層建筑往往會設(shè)置地下室或者人防空間，地下室頂板或者人防頂板等均有可能成為嵌固端的設(shè)置位置，由于嵌固端位置的不確定性，導致相關(guān)設(shè)計者總是忽略了嵌固端樓板的設(shè)計、上下層抗震等級的一致性、結(jié)構(gòu)抗震縫設(shè)置等一系列相關(guān)問題，不論是哪一個方面的問題，一旦設(shè)計者忽略了，就會導致后期的結(jié)構(gòu)設(shè)計與實際情況嚴重不符，加大了修改的工作量甚至必須重新設(shè)計。

4、結(jié)構(gòu)的規(guī)則性問題

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范經(jīng)過幾年之后會再經(jīng)過一系列地改進和完善，那么新規(guī)范與舊規(guī)范相比之下，關(guān)于結(jié)構(gòu)設(shè)計這一部分，限制條件增加了許多，更注重結(jié)構(gòu)的規(guī)則性。而且在新規(guī)范中有明確規(guī)定，所有不規(guī)則的設(shè)計方案均應(yīng)采取更加有效的措施。因此，作為結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)當了解新規(guī)范和舊規(guī)范的異同之處，重視結(jié)構(gòu)的規(guī)則性問題，通過合理設(shè)計，防止后期設(shè)計的工作出現(xiàn)較大的變動。

三、地基與基礎(chǔ)設(shè)計問題

若低下水位相對較高，那么在地下室的地坪下，應(yīng)當盡可能的使用輪廓形狀簡單明了的結(jié)構(gòu)，這樣不但能夠便于防水施工，還可以提高建筑的防滲性能。因為若建筑的外形結(jié)構(gòu)相對復雜，存在較多的放坡以及陰陽角，就會增強防水施工的難度，同時工程造價便也會有所提升。基于這一點，可以適當?shù)牟捎梅闯信_法。通過同一的承臺以及地下室的底板，保證下皮具有相同的標高，將承臺需要進行加厚處向上進行，通過覆土以及設(shè)置濾水層的方式提高基礎(chǔ)的防水性。通過這種方式可以降低基礎(chǔ)形狀的復雜度，便于施工，并且提高質(zhì)量的同時還能夠縮短工期。另外內(nèi)部的覆土重量也可以平衡底板所承受的水浮力，這種自相平衡的方式能夠有效減少配筋的使用量，對建筑抗傾覆性能也有所提升。

柱下獨立基礎(chǔ)帶梁板式的地下室底板設(shè)計中，在地下室底板設(shè)計的時候，建筑物沉降所引起的附加應(yīng)力的影響往往會被忽視。原因就在于整個地下室以及柱下獨立基礎(chǔ)會受到其上部作用力的影響，從而發(fā)生集體性沉降變形，而這一變形現(xiàn)象在天然地基中更加明顯。若是工程總沉降不高，那么可以采用褥墊處理的方式在持力層同地下室板之間進行加固。

針對天然基礎(chǔ)錐體設(shè)計而言，很多基礎(chǔ)的坡度相對較大，因而會導致施工過程中結(jié)構(gòu)砼無法得到良好的振搗，因而結(jié)構(gòu)密實度相對較低。有些施工現(xiàn)場甚至會直接采用自然堆砌的方式，因而從強度要求方面分析，砼結(jié)構(gòu)無法達到設(shè)計要求。所以可以采用階梯形獨立基礎(chǔ)，不但便于施工，還可以保證結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

若柱下獨立基礎(chǔ)拉梁作為維護墻的承重結(jié)構(gòu)時，則拉梁設(shè)計已經(jīng)無法適應(yīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計需要了。在進行設(shè)計過程中，不但要考慮荷載還需要針對梁上土重進行設(shè)計。

四、上部結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的主要問題

上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計多是嚴格按照現(xiàn)行規(guī)范進行的，而且設(shè)計模式、設(shè)計套路比較成熟，但根據(jù)多年的設(shè)計經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，筆者發(fā)現(xiàn)上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計還是存下以下幾個問題：

1、剪力墻與連梁的設(shè)計

目前我國很多建筑結(jié)構(gòu)多采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)，特別是一些高層建筑，但是很多建筑結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)布置不合理，比如剪力墻布置不均勻，經(jīng)常出現(xiàn)單肢剛度過大的情況，而且有些連梁的剛性設(shè)計過大，或是連梁上搭框架梁，增大了其地震破壞的可能。因此，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)要嚴格按照 “強柱弱梁，強剪弱彎，強大節(jié)點”的要求合理進行結(jié)構(gòu)布置，比如剪力墻的布置要避免出現(xiàn)剛度較大的單肢，而且墻肢的數(shù)量應(yīng)根據(jù)剛度大小嚴格滿足規(guī)范要求。連梁的剛度不易太大，而且上部不應(yīng)搭設(shè)框架梁，避免當?shù)卣饋砼R時發(fā)生二次破壞。

2、層間位移及層間位移角的設(shè)計

對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)特別是高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)來說，因為鋼筋混凝土是其主要的抗側(cè)力構(gòu)件，因此其側(cè)向位移一定要滿足規(guī)范規(guī)定的側(cè)移限值要求，但是很多結(jié)構(gòu)設(shè)計師在設(shè)計中對于側(cè)移限值的要求不清楚，甚至混淆。

3、梁支座的設(shè)計

梁支座是梁和柱子或其它梁接觸的部分，是一個不可轉(zhuǎn)動的剛域。目前我國很多鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的梁支座被看做固定支座設(shè)計，這就與一些實際情況不符。比如框剪結(jié)構(gòu)中當框架梁與剪力墻正面垂直相交時，而且剪力墻對梁的約束能力較弱，這時梁支座便不再為固定支座，而假設(shè)為鉸接支座則更為合理。因此，梁支座的設(shè)計不能一律按照固定支座形式設(shè)計，而是要根據(jù)工程的具體情況，比如框架梁與剪力墻的相對剛度、相交位置以及相交方向等，從而正確判斷出剪力墻對梁的約束能力，然后確定梁的支座形式。

五、總語

總而言之，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個十分復雜的過程，而是是長期的循環(huán)往復的過程。在具體的施工中，如果出現(xiàn)一些問題沒有解決就會到整個設(shè)計過程產(chǎn)生影響，所以我們必須認真負責的對待工程中的任何一道工序。

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