高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

龔章強(qiáng)

【摘要】改革開(kāi)放以來(lái)，中國(guó)的經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，技術(shù)水平也有很大的提高。高層建筑緊跟經(jīng)濟(jì)發(fā)展的趨勢(shì)，在設(shè)計(jì)理念和房屋布局等方面發(fā)生了巨大變化。高層住宅的平面構(gòu)造、平面設(shè)計(jì)、房屋格局等也漸漸迎合大眾需要，鋼筋混凝土的框架結(jié)構(gòu)越來(lái)越廣泛的應(yīng)用于高層建筑中。但是，在建筑施工的過(guò)程中，高層混凝土方面出現(xiàn)了很多容易被忽視的問(wèn)題，例如：混凝土的結(jié)合點(diǎn)不明確、工人的技術(shù)不高導(dǎo)致對(duì)細(xì)節(jié)的理解不夠等，使得施工單位在相應(yīng)的高層建筑完美度方面大打折扣。對(duì)在高層建筑鋼筋混凝土方面出現(xiàn)的一系列問(wèn)題，我來(lái)談?wù)勛约旱目捶ā?/p>

【關(guān)鍵詞】鋼筋混凝土 高層建筑 設(shè)計(jì)對(duì)比

引文：

一、鋼筋混凝土設(shè)計(jì)過(guò)程

1、混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度

鋼筋與混凝土是兩種不同的材料，兩者之所以能夠有機(jī)的融合發(fā)揮作用是因?yàn)檎辰Y(jié)力的作用：混凝土在空氣中能硬化，在硬化后可以與鋼筋產(chǎn)生相應(yīng)的粘結(jié)力。這種粘結(jié)力是由膠合力、摩阻力和機(jī)械咬合力等三方面構(gòu)成的。機(jī)械咬合力在粘結(jié)力中占到50%以上，在其中起著決定性作用。為了保證鋼筋與混凝土之間的強(qiáng)大粘合度，鋼筋必須由一定厚度的混凝土進(jìn)行保護(hù)，最重要的一點(diǎn)是鋼筋本身是易被腐蝕的，所以為了保護(hù)鋼筋，我們需要在鋼筋四周添加混凝土。根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)，我們能夠解釋為什么在環(huán)境不同的地區(qū)，我們需要不同的保護(hù)層的厚度。

由于混凝土的抗壓強(qiáng)度比抗拉強(qiáng)度高，所以素混凝土結(jié)構(gòu)不能應(yīng)用于具有強(qiáng)拉力度的梁和板。如果在混凝土梁、板內(nèi)增加一定量的鋼筋，則混凝土出現(xiàn)裂縫之后產(chǎn)生的拉力即可由內(nèi)部的鋼筋來(lái)承擔(dān)，通過(guò)此種方法，不僅可以完全發(fā)揮混凝土自身的抗壓能力，而且可以提高梁的承載能力。在設(shè)計(jì)初期，因?yàn)榛炷僚c其結(jié)構(gòu)性能有關(guān)，設(shè)計(jì)者不僅需要先明確鋼筋混凝土的強(qiáng)度范圍、合適的比例，還應(yīng)當(dāng)根據(jù)自己所掌握的現(xiàn)有技術(shù)、現(xiàn)有資金、現(xiàn)有人力物力等來(lái)進(jìn)行分析，從而做出恰當(dāng)?shù)陌才?。?】

2、鋼筋混凝土設(shè)計(jì)方案

一般地，在板和墻中要布置兩個(gè)方向的鋼筋。根據(jù)熱脹冷縮的原理，環(huán)境和溫度的變化都能使墻面出現(xiàn)裂縫，即使建筑物的受彎作用只發(fā)生在一個(gè)方向，也必須要在兩個(gè)方向安放鋼筋。在建筑物的設(shè)計(jì)過(guò)程中，常常需要附加保護(hù)層厚度，此厚度是由其所用的骨料大小決定的，骨料是在混凝土中起骨架或填充作用的粒狀松散材料，根據(jù)骨料的性能，可以保證保護(hù)層的耐火等級(jí)。

二、高層建筑發(fā)展過(guò)程中產(chǎn)生的問(wèn)題及解決的辦法

1、高層建筑的相關(guān)規(guī)定

大眾對(duì)高層建筑的理解就是有很多層數(shù)的比較高的建筑，但是卻無(wú)法定義到底多高才算是高層。在美國(guó)，建筑物7層以上或者高度超過(guò)24.6米的就是高層建筑；在英國(guó)，把24.3米視為一個(gè)分界點(diǎn)，低于24.3米的是低層建筑，高于或者等于24.3米的是高層建筑；但是在我國(guó)，從2005年起，規(guī)定住宅樓層在10層以上，或者其他民用建筑高度超過(guò)28m的是高層建筑。（新《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）：10層及10層以上或高度超過(guò)28m的住宅建筑以及房屋高度大于24m的其它高層民用建筑混凝土結(jié)構(gòu)稱為高層建筑結(jié)構(gòu)。當(dāng)建筑高度超過(guò)100m時(shí)，稱為超高層建筑【2】）。

2、在高層建筑中的剪力墻結(jié)構(gòu)（shear wall structure）

在高層建筑中被普遍運(yùn)用的結(jié)構(gòu)是結(jié)構(gòu)墻，即剪力墻結(jié)構(gòu)，是指用鋼筋混凝土墻板來(lái)承受豎向和水平作用力的結(jié)構(gòu)。它的優(yōu)點(diǎn)是用鋼筋混凝土的墻板來(lái)代替框架結(jié)構(gòu)中的梁柱，可以承受不同類的荷載引起的內(nèi)力，并能有效控制結(jié)構(gòu)的水平力。因?yàn)榧袅Φ闹饕饔檬浅袚?dān)豎向荷載（G）和對(duì)抗水平荷載（風(fēng)、地震等），所以根據(jù)此特點(diǎn)，剪力墻應(yīng)沿平面主要軸線方向布置，方可發(fā)揮其自身的優(yōu)勢(shì)，保持高層建筑的穩(wěn)定性。

但是根據(jù)中國(guó)現(xiàn)狀，純剪力墻結(jié)構(gòu)會(huì)耗費(fèi)大量鋼材導(dǎo)致成本很高、施工人員又缺少專業(yè)技能以致施工困難。施工單位為了降低成本，只得在設(shè)計(jì)抗震結(jié)構(gòu)時(shí)降低標(biāo)準(zhǔn)，以致抗震結(jié)構(gòu)不能達(dá)到法律規(guī)定的數(shù)值，從而增加了房屋倒塌的風(fēng)險(xiǎn)。

3、抗震性能分析

中國(guó)近幾年，地震頻發(fā)，比如2008年震驚中外的汶川地震、2010年的青海玉樹(shù)地震，以及2014年四川省雅安市蘆山縣發(fā)生的地震。地震頻繁發(fā)生，房屋倒塌造成的死傷數(shù)目越來(lái)越多，在設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)房屋時(shí)，應(yīng)當(dāng)關(guān)注的重點(diǎn)是怎樣提高房屋的抗震性。

除了要考慮概念設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算外，還要結(jié)合多次地震的經(jīng)驗(yàn)，從設(shè)防烈度、結(jié)構(gòu)類型和房屋的高度等方面入手，以此來(lái)提高建筑的結(jié)構(gòu)延性、限制高層建筑的高度。設(shè)計(jì)者不能一味的追求樓層的高度而忽視了維護(hù)剪力墻結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

為了做到以上幾點(diǎn)，我們要通過(guò)“兩階段”來(lái)實(shí)現(xiàn)。第一階段：根據(jù)第一水準(zhǔn)烈度----在遭受低于本地區(qū)規(guī)定的設(shè)防烈度的地震影響時(shí)，建筑物一般不受損壞或不需要修理仍可繼續(xù)使用，我們需要第一水準(zhǔn)烈度的地震動(dòng)參數(shù)，根據(jù)地震動(dòng)參數(shù)得到高層建筑的層間位移角，使層間位移角的參數(shù)不超過(guò)抗震的限值；同時(shí)為了達(dá)到第二水準(zhǔn)（建筑物雖有一定的損壞，但不至于危及人民生命和生產(chǎn)設(shè)備的安全，經(jīng)一般修理或不需修理仍可繼續(xù)使用），我們需要保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性、變形能力和塑性耗能，對(duì)此我們普遍使用抗震構(gòu)造措施。第二階段：為了達(dá)到第三水準(zhǔn)地震動(dòng)參數(shù)，除了要計(jì)算出結(jié)構(gòu)（特別是柔弱樓層和抗震薄弱環(huán)節(jié)）的彈塑性層間位移角，使位移角小于抗震規(guī)范的限值外，還必須要采取相應(yīng)的措施來(lái)維護(hù)抗震構(gòu)造的穩(wěn)定。【3】

三、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)

高層建筑物鋼筋混凝土工程是比較復(fù)雜的，一毫米一厘米的失誤都可能導(dǎo)致房屋不合格。但同時(shí)鋼筋混凝土相比較鋼結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)還是具有一定的優(yōu)勢(shì)。

（1）采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的房屋寬度很大，具有良好的柔韌性。由于采用預(yù)應(yīng)力，防止房屋的裂縫，建筑物的梁采用雙層雙向通長(zhǎng)配筋，從而加強(qiáng)了部分承受力不足的缺陷。

（2）混凝土結(jié)構(gòu)擁有獨(dú)有的的外形、優(yōu)雅的房間布局，可以節(jié)約空間，增加了陽(yáng)臺(tái)的面積。在裝修設(shè)計(jì)的過(guò)程中，使住戶和設(shè)計(jì)者們發(fā)揮豐富的想象力，不僅在房屋設(shè)計(jì)方面更加注重舒適程度和美觀，而且可以節(jié)省資源，節(jié)約資本。

盡管鋼筋混凝土得到了普遍的運(yùn)用，但是現(xiàn)階段，由于設(shè)計(jì)分析軟件還處在完善階段，我們普遍采用的依舊是人工測(cè)量的方式即人工分析的方法進(jìn)行混凝土數(shù)據(jù)的對(duì)比。我們應(yīng)當(dāng)通過(guò)對(duì)概念、原則以及規(guī)則的運(yùn)用，對(duì)類似的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及規(guī)劃進(jìn)行不斷的對(duì)比分析，從而選擇更加完善的方法去解決問(wèn)題。譬如，我們可以采用概念設(shè)計(jì)的方法，雖然相對(duì)比其它的方法來(lái)說(shuō)，概念設(shè)計(jì)方法對(duì)設(shè)計(jì)者的能力以及設(shè)計(jì)時(shí)間的安排要求很高，但是概念設(shè)計(jì)方案是最完善、最節(jié)約成本的?！?】

四、結(jié)語(yǔ)

因?yàn)槿丝诨鶖?shù)的不斷擴(kuò)大，住宅是我們亟待解決的問(wèn)題，通過(guò)以上對(duì)高層住宅建筑的分析，我們應(yīng)該加大科技發(fā)展的力度，給施工單位，設(shè)計(jì)單位更多的數(shù)據(jù)分析用以解決好高層建筑中出現(xiàn)的混凝土難合成的問(wèn)題。對(duì)于更多的建筑工程師來(lái)講，應(yīng)該在設(shè)計(jì)中發(fā)揮建筑學(xué)材料的優(yōu)勢(shì)，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)完美的處理好建筑作品，增加建筑的可塑性，保證社會(huì)群體的良好住宅環(huán)境。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔣魯蓉.鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)問(wèn)題的初步探討[J].山西建筑， 2008.（01）

[2] 《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2002）中國(guó)建筑工業(yè).

[3] 《建筑抗震規(guī)范》（GB50011-2001）中國(guó)建筑工業(yè).2010.8.1

[4]程全豐.鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的幾個(gè)問(wèn)題分析[J].今日科苑. 2008.（08）.176.