高層建筑設計中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的應用

簡國春

【摘要】本研究根據(jù)高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工和設計工作，在全面分析高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設計靈魂的基礎上，展開了對高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設計中關(guān)鍵問題的思考，并對短支剪力墻設置、結(jié)構(gòu)體系選擇、結(jié)構(gòu)高度控制等問題進行了研討，提供了新時期高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設計中加強抗震功能、高強混凝土合理運用、提高耐久性、加強概念設計等環(huán)節(jié)的工作，希望達到高層建筑設計中對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、耐久性和安全性的保證。

【關(guān)鍵詞】高層建筑設計；鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設計

引言

設計是形成高層建筑質(zhì)量，在初始時期控制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基礎，要站在為社會和行業(yè)發(fā)展負責的高度看待和重視高層建筑設計中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的相關(guān)工作，形成對設計重點和細節(jié)的把握，提高高層建筑設計環(huán)節(jié)中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的工作水平。在具體的高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設計中，應該突出設計的內(nèi)涵，體現(xiàn)高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的靈魂，對高層建筑設計中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)方面的關(guān)鍵問題進行全面思考，從短支剪力墻、結(jié)構(gòu)體系、高度控制等關(guān)鍵環(huán)節(jié)展開對高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設計控制和管理，進而為高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設計目標的達成起到重點方面和體系方面的支撐作用。

一、高層建筑中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設計內(nèi)涵

隨著鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)應用于高層建筑越來越廣泛，要想保證高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設計達到規(guī)范規(guī)定的標準，就必須遵循一定的原則，加強高層的建筑結(jié)構(gòu)的使用維護、施工及設計。其原則需求主要表現(xiàn)在：第一，安全性。在設計的合理使用年限以內(nèi)的高層建筑結(jié)構(gòu)，應該可以承擔各種可能發(fā)生的突發(fā)情況，而且在發(fā)生了偶然事件以后，建筑物的結(jié)構(gòu)必須要保持一定的穩(wěn)定特性。第二，耐久性。在設計的可以使用的年限以內(nèi)，高層建筑的結(jié)構(gòu)應該具有一定的耐久性。第三，適用性。在設計的能夠合理使用的年限以內(nèi)，高層建筑結(jié)構(gòu)的設計應該可以滿足使用的要求，具有較好的抗振、抗裂縫或者抗變形的性能。

二、結(jié)構(gòu)選型中常見的問題

2.1結(jié)構(gòu)規(guī)則性的問題

在建筑結(jié)構(gòu)設計中，規(guī)范對于結(jié)構(gòu)規(guī)則性的內(nèi)容有很大的變化，在舊的規(guī)范中增加了很多新的規(guī)范條件，比如平面規(guī)則性信息、嵌固端上下層剛度比較的信息以及豎向規(guī)則性信息等，并且在新的規(guī)范中，采用了強制性的規(guī)定。所以在高層建筑物結(jié)構(gòu)設計時，應該遵循規(guī)范的內(nèi)容，從而可以有效的避免施工中要求對設計進行改變。

2.2嵌固端的設計問題

目前很多的高層建筑物都有兩層或者兩層以上的人防地下室，所以嵌固端可能設置在人防的頂板位置處，也可能設置在地下室頂板的位置處。在設置嵌固端時，建筑師以及結(jié)構(gòu)設計師很容易忽略嵌固端的設置帶來的問題，如：嵌固端上下層的剛度、樓板的設計、上下層抗震等級的統(tǒng)一性和結(jié)構(gòu)整體計算時嵌固端的位置等一系列的問題，如果在設計中忽略任何一個問題都可能對高層建筑結(jié)構(gòu)造成安全隱患，所以這就要求建筑師和結(jié)構(gòu)設計師在鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設計時，注意嵌固端設置的問題。

2.3短肢剪力墻設計的問題

在鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設計的規(guī)范中，對短肢剪力墻在高層建筑中的應用有很多限制，所以在高層建筑設計中，建筑師以及結(jié)構(gòu)設計師應該盡量減少或者避免采用短肢剪力墻，從而可以有效的避免工程設計中不必要的麻煩。

2.4結(jié)構(gòu)超高問題

在鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設計中，對于高層建筑的總高度在抗震規(guī)范中具有嚴格的要求，特別是新規(guī)范中，除了將原來限制的高度設置為A級高度，還增加了B級建筑物的高度，所以在高層結(jié)構(gòu)設計時，應該嚴格控制建筑物的高度，從而可以減少重新設計以及不符合要求等問題，減少高層結(jié)構(gòu)設計對施工工期的影響。

三、地基與基礎設計問題

地基與基礎設計一直是結(jié)構(gòu)工程師比較重視的方面，不僅僅由于該階段設計的好與壞將直接影響后期設計工作的進行，同時，也是因為地基基礎在整個工程造價中起決定性因素，因此，在這一階段出現(xiàn)問題后果可能更加嚴重甚至造成無法估量的損失。在地基基礎設計中，要注意地方性規(guī)范的重要性問題。由于我國占地面積較廣，地質(zhì)條件相當復雜。作為國家標準，僅僅一本《地基基礎設計規(guī)范》無法對全國各地的地基基礎都進行詳細的描述和規(guī)定，因此建立在國家標準之下的地方標準、地方性的“地基基礎設計規(guī)范”能夠?qū)⒏鞯胤降牡鼗A類型和設計處理方法等，一些成熟的經(jīng)驗描述和規(guī)定更為詳細和準確。

四、結(jié)構(gòu)計算與分析

隨著房屋建筑結(jié)構(gòu)方面新規(guī)范的陸續(xù)頒布實施，各種計算軟件也都更新版本，但在計算時經(jīng)常會出現(xiàn)各種各樣的問題。這其中既有軟件自身不完善的因素，也有使用人對規(guī)范理解不正確的原因。因此，如何準確、高效地對工程進行內(nèi)力分析并按照規(guī)范要求進行設計和處理，是決定工程設計質(zhì)量好壞的關(guān)鍵。

4.1計算模型的選取

對于常規(guī)結(jié)構(gòu)，可采用樓板整體平面內(nèi)無限剛假定模型；對于多塔或錯層結(jié)構(gòu)，可采用樓板分塊平面內(nèi)無限剛模型；對于樓板局部開大洞、塔與塔之間上部相連的多塔結(jié)構(gòu)等，可采用樓板分塊平面內(nèi)無限剛，并帶彈性連接板帶模型；而對于樓板開大洞有中庭等共享空間的特殊樓板結(jié)構(gòu)或要求分析精度高的高層結(jié)構(gòu)則，可采用彈性樓板模型。

4.2抗震等級的確定

對常規(guī)高層建筑，與主樓連為整體的裙樓的抗震等級不應低于主樓的抗震等級；對于地下室部分，當?shù)叵率翼敯遄鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)的嵌固部位時，地下一層的抗震等級應與上部結(jié)構(gòu)相同，地下一層以下的抗震等級可根據(jù)具體情況采用三級或更低等級。

4.3振型數(shù)目是否足夠

振型數(shù)的多少與結(jié)構(gòu)的層數(shù)有關(guān)，文獻中對振型的取值都有較為明確的規(guī)定。因此，在計算分析階段根據(jù)規(guī)范要求對計算結(jié)果進行判斷，并決定是否要調(diào)整振型數(shù)目的取值。

4.4非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計算與設計

在高層建筑中，往往存在一些由于建筑美觀或功能要求且非主體承重骨架體系以內(nèi)的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件。對這部分內(nèi)容尤其是高層建筑屋頂處的裝飾構(gòu)件進行設計時，由于高層建筑地震作用和風荷載較大，必須嚴格按照新規(guī)范中增加的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的處理措施進行設計。

五、提高高層建筑耐久功能

在高層建筑鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)設計中，若以優(yōu)化結(jié)構(gòu)設計為主要目的，則要根據(jù)設計規(guī)范來處理主要問題，認清主次，通過多種目標與單一目標的優(yōu)化使設計的效果令人滿意。因此，必須加強房屋耐久性設計，在原來的混凝土結(jié)構(gòu)設計方案中，混凝土結(jié)構(gòu)設計的耐久性往往沒有得到設計人員的充分考慮，其實就是在規(guī)定的使用年限內(nèi)對于用戶的各種正常使用要求均能夠滿足。在實際情況中，許多方案設計都沒有達到這些要求。出現(xiàn)這種情況的主要原因是設計時沒有完全考慮建筑物在實際運作中由于環(huán)境、條件的影響，而導致的建筑的可靠指數(shù)明顯降低。因此，在對一般的高層建筑混凝土進行設計時，主要都集中在造價、材料上，所以只有造價小、材料少的結(jié)構(gòu)設計才是滿意的設計。如今人們的生活水平不斷地提高，對工程的質(zhì)量要求也相應地得到提高，所以當建筑物的特殊使用要求或者技術(shù)要求與經(jīng)濟成為主要矛盾時，就要果斷地放棄經(jīng)濟這個指標。

六、結(jié)束語

簡而言之，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是高層建筑出現(xiàn)的基礎，如何科學地進行高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設計已經(jīng)成為行業(yè)的重點，應該突出鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的特性，結(jié)合高層建筑的特點，把握高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和難點，充分發(fā)揮鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在整體性和機械性能上的優(yōu)勢，設計出高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的精品，在實現(xiàn)高層建筑穩(wěn)定和安全的同時，實現(xiàn)高層建筑舒適度和功能性的保證。

參考文獻：

[1]陳輝求.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的探討和研究[J].安徽建筑.2002（06）

[2]許賢敏.從1999年土耳其大地震看鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的性能[J].世界橋梁.2002（03）