試述建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一些技術(shù)措施方法

文/黎宇紅 北京正東國際建筑工程設(shè)計(jì)有限公司 北京 102218

試述建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一些技術(shù)措施方法

文/黎宇紅 北京正東國際建筑工程設(shè)計(jì)有限公司 北京 102218

隨著建設(shè)工程中多高層混凝土建筑越來越普遍，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中對(duì)于 混凝土裂縫和位移問題也更加重視。簡單介紹一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選型和控制混凝土裂縫、結(jié)構(gòu)位移的方法。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；基礎(chǔ)設(shè)計(jì)；混凝土裂縫；位移比

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括主體和基礎(chǔ)兩部分，分為承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)和正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)。在結(jié)構(gòu)方案對(duì)比中結(jié)構(gòu)選型是重要的一部分，而混凝土裂縫會(huì)影響建筑的耐久性，結(jié)構(gòu)位移會(huì)影響建筑的安全性和適用性。

一、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

1.1 基礎(chǔ)選型

基礎(chǔ)通常分為深基礎(chǔ)和淺基礎(chǔ)。淺基礎(chǔ)常見的類型有：A、 獨(dú)立基礎(chǔ)：最常用的是柱下獨(dú)立基礎(chǔ)。 B、 條形基礎(chǔ)：墻下條基，柱下條基是最常用的一種基礎(chǔ)形式。 C、 筏板基礎(chǔ)：也稱為滿堂基礎(chǔ)。D、箱形基礎(chǔ)。深基礎(chǔ)常見的類型有：A、樁基礎(chǔ)。 B、沉井沉箱基礎(chǔ)。 C、地下連續(xù)墻深基礎(chǔ)。

1.1.1框架結(jié)構(gòu) 當(dāng)?shù)鼗鶙l件較好時(shí)，可選用獨(dú)立柱基。若設(shè)有地下室且有防水要求時(shí)，可采用獨(dú)立柱基加抗水板。且抗水板下宜鋪設(shè)有一定厚度的易壓縮材料，以減少柱基沉降對(duì)抗水板的不利影響，板內(nèi)亦可在柱間設(shè)置暗梁。

1.1.2剪力墻結(jié)構(gòu) 當(dāng)?shù)鼗鶙l件較好時(shí)，可選用墻下條形基礎(chǔ)。若設(shè)有地下室且有防水要求時(shí)，可采用筏板基礎(chǔ)，也可采用墻下條基加抗水板。（高層建筑優(yōu)先選用筏板基礎(chǔ)。

1.2 設(shè)計(jì)中控制裂縫的措施

1.2.1 控制裂縫可在設(shè)計(jì)時(shí)增設(shè)后澆帶、變形縫，并在施工縫、混凝土澆筑和養(yǎng)護(hù)方面采取措施合理處置。

對(duì)于高層建筑一般設(shè)有大底盤的地下室和多層裙房。在結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)成整體時(shí)，應(yīng)考慮各部分不均勻沉降帶來的影響。一般采用后澆帶做法，在施工時(shí)把兩部分暫時(shí)分開，待主體結(jié)構(gòu)施工結(jié)束完成大部分沉降量以后再澆筑后澆帶部分的混凝土，將高低層建筑連成整體。后澆帶混凝土其強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)提高一級(jí)，且宜采用早強(qiáng)、補(bǔ)償收縮的混凝土。

后澆帶為臨時(shí)留設(shè)的施工縫，設(shè)置后澆帶的技術(shù)要求參見《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》、《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》、《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》、《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》，這里不再贅述。

1.2.2 因?yàn)槭┕r(shí)混凝土凝固產(chǎn)生的收縮變化和水化熱等影響會(huì)隨水泥用量的增加而加大。對(duì)于大面積的混凝土，若養(yǎng)護(hù)不及時(shí)不到位，極易產(chǎn)生裂縫（收縮裂縫、溫度裂縫）。

1.2.3 對(duì)于大體積混凝土還應(yīng)注意控制溫度變形裂縫的發(fā)生和開展，設(shè)法降低混凝土內(nèi)部的最高溫度，減少其內(nèi)外溫差?？稍谑┕ぶ胁捎眉夹g(shù)措施，也可在材料上考慮混凝土外加劑。例如添加粉煤灰，能降低普通硅酸鹽水泥的水化熱，增加混凝土微結(jié)構(gòu)的均勻性。粉煤灰混凝土伐板基礎(chǔ)具有質(zhì)輕，抗?jié)B性、抗凍性好的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)它相比而言具有良好的韌性，對(duì)地基的要求較低，較適合于軟弱地基。經(jīng)濟(jì)上與鋼筋混凝土整板基礎(chǔ)及樁基相比，亦可節(jié)省造價(jià)。

二、上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 結(jié)構(gòu)選型

建筑結(jié)構(gòu)形式按結(jié)構(gòu)材料可以分為木結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)四大類，其它還有磚木結(jié)構(gòu)、混合結(jié)構(gòu)等。 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中里又分為：框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架—剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)、框架—筒體結(jié)構(gòu)、板柱—剪力墻結(jié)構(gòu)，還有復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)。

一般在多高層鋼筋混凝土建筑常采用的結(jié)構(gòu)形式有：框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架—剪力墻結(jié)構(gòu)。在高層、超高層建筑中常采用筒體結(jié)構(gòu)、框架—筒體結(jié)構(gòu)。

這是由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定的。A：框架結(jié)構(gòu)建筑平面布置靈活，利于大空間的房間設(shè)置，豎向荷載作用下承載力較高，結(jié)構(gòu)自重較輕；但結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度較小易產(chǎn)生位移，水平力作用下的變形較大（框架的水平位移曲線以剪切型為主，自下而上層間位移減?。：剪力墻結(jié)構(gòu) 剛度大、承載力高、整體性好；水平力作用下的變形較小，抗震性能好（剪力墻的水平位移曲線以彎曲型為主，其特點(diǎn)是在結(jié)構(gòu)上部層間位移較大，越到底部層間位移越小）；但在平面布置上不夠靈活局限性較大，結(jié)構(gòu)自重較大。C：框架—剪力墻結(jié)構(gòu)框架承受豎向荷載，剪力墻承受水平荷載。綜合了框架和剪力墻結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，增大了結(jié)構(gòu)的總剛度、（在側(cè)向力作用下，其水平位移曲線呈彎剪型，層間位移上下趨于均勻）提高了結(jié)構(gòu)的抗震性能，又保持了框架結(jié)構(gòu)易于分割、使用方便的優(yōu)點(diǎn)。

2.2 提高抗側(cè)抗震性能，控制位移比和層間位移角

設(shè)計(jì)中進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)分析時(shí)，常需要注意的一些控制指標(biāo)：周期比、位移比、層間位移角、剛度比、樓層受剪承載力之比等。

2.2.1 控制位移比其實(shí)是小震不壞、大震不倒的一個(gè)抗震措施，目的是限制結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)；限制層間位移角目的是控制結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，確保結(jié)構(gòu)應(yīng)具備的剛度及穩(wěn)定。

按照規(guī)范規(guī)定在多高層建筑中結(jié)構(gòu)平面布置應(yīng)減少扭轉(zhuǎn)的影響，需要滿足的樓層位移比：在考慮偶然偏心影響的規(guī)定水平地震力作用下（不考慮雙向地震作用），樓層豎向構(gòu)件最大的水平位移和層間位移為——A 級(jí)高度高層建筑不宜大于該樓層平均值的 1. 2 倍，不應(yīng)大于該樓層平均值的 1. 5 倍。（A級(jí)高度多為高度不大于150米的常規(guī)高度的高層建筑）

需要滿足的彈性層間位移角限值（不考慮偶然偏心）：A.鋼筋混凝土框架 1/550。 B.鋼筋混凝土框架—抗震墻、板柱—抗震墻、框架—核心筒 1/800。 C.鋼筋混凝土抗震墻、筒中筒1/1000。

在工程實(shí)踐中一些建筑屋頂會(huì)設(shè)有高度較大的構(gòu)筑物或建筑構(gòu)架，對(duì)此應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況具體分析，加入結(jié)構(gòu)建模參與整體的分析計(jì)算。位移曲線應(yīng)上下漸變，不應(yīng)有大的突變。

2.2.2 層間位移角不滿足規(guī)范要求時(shí)的調(diào)整方法：A、通過調(diào)整增強(qiáng)豎向構(gòu)件，加強(qiáng)墻、柱等豎向構(gòu)件的抗側(cè)剛度。B、調(diào)整平面布置減少扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，結(jié)構(gòu)布置上盡量均勻，注意加強(qiáng)角部豎向構(gòu)件剛度。

結(jié)語：

結(jié)構(gòu)工程師在結(jié)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)階段進(jìn)行方案比較時(shí)就需注意結(jié)構(gòu)類型的選取及建筑材料的選擇，結(jié)合設(shè)計(jì)規(guī)范、規(guī)程對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的一般規(guī)定和原則，及在結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計(jì)、構(gòu)造要求等方面的設(shè)計(jì)建議和要求，合理地選取設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行正確的分析、調(diào)整。使設(shè)計(jì)更加滿足安全、適用、耐久、經(jīng)濟(jì)和施工可行的要求。