高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)探討

【摘要】鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是高層建筑中最常見的結(jié)構(gòu)類型，具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程是一項(xiàng)系統(tǒng)且復(fù)雜的工程，需要做好各項(xiàng)工作細(xì)節(jié)和重點(diǎn)，稍有紕漏便容易影響到建筑的整體質(zhì)量和壽命。在本文中，筆者將重點(diǎn)針對(duì)高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化措施展開探討。文章首先闡述了高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則，而后就高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的幾個(gè)要點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的分析。

【關(guān)鍵詞】高層建筑 ；鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) ；優(yōu)化設(shè)計(jì)

前言：

隨著城市化進(jìn)程的不斷發(fā)展，高層建筑在城市中正發(fā)揮著愈來(lái)愈重要的作用，相應(yīng)的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案和技術(shù)水平也在逐步完善。再加上城市居民生活質(zhì)量的不斷提高，業(yè)主對(duì)于建筑平面造型、色彩等要求也越來(lái)越高，這些因素都增加了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代高層建筑中的主要材料，它具有很高的抗震性和安全系數(shù)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，工作人員一定要從各個(gè)環(huán)節(jié)做好設(shè)計(jì)的優(yōu)化和管理，以便于全面提高高層建筑的工程質(zhì)量。

一、高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

隨著鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在高層建筑中的廣泛應(yīng)用，要想確保高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量，就必須要遵循嚴(yán)格的規(guī)范要求和設(shè)計(jì)原則。具體來(lái)講，應(yīng)包括如下幾方面：①耐久性。經(jīng)過(guò)嚴(yán)格設(shè)計(jì)的高層建筑，在其規(guī)定的使用年限內(nèi)應(yīng)當(dāng)具備一定的耐久性。②安全性。安全性指的是在合理的設(shè)計(jì)年限內(nèi)，高層建筑的結(jié)構(gòu)應(yīng)能夠承擔(dān)任何類型的突發(fā)性外力作用，并且在遭遇外力之后建筑結(jié)構(gòu)必須仍然能夠保持原有的穩(wěn)定性。③適用性。適用性指的是高層建筑在設(shè)計(jì)年限以內(nèi)，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)能夠滿足各項(xiàng)使用的要求，具有較好的抗震、抗裂縫或者抗變形的性能。

二、高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)策

1.短肢剪力墻的設(shè)置

短肢剪力墻是指截面厚度不超過(guò)300mm，且各肢截面高度與厚度最大比值介于4和8之間的剪力墻。高層建筑中的短肢剪力墻具有很強(qiáng)的功能性，然而具體的設(shè)計(jì)時(shí)需遵循嚴(yán)格的規(guī)范，不能頻繁使用或者設(shè)計(jì)過(guò)多，而是應(yīng)當(dāng)在保證高層建筑抗震性能的基礎(chǔ)上盡量降低短肢剪力墻的設(shè)計(jì)數(shù)量，從而降低后續(xù)高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工和處理過(guò)程中的難度。短肢剪力墻的形式一般可以根據(jù)建筑要求與分隔的交接形式來(lái)確定，首先考慮的是T型、L型、十字型以及Z字型等，要求短肢剪力墻的穩(wěn)定性高，縱橫剛度大且必須保持一致。

2.結(jié)構(gòu)超高設(shè)計(jì)

高層建筑設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于結(jié)構(gòu)超高問(wèn)題有著明確要求，尤其是抗震級(jí)別要求高的建筑，更應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制好建筑的高度。最新的高層建筑設(shè)計(jì)規(guī)范中對(duì)此進(jìn)行了界定，除了把原來(lái)的限制高度設(shè)置為A級(jí)高度建筑之外，還增加了B級(jí)別高度的建筑。所以，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)此予以區(qū)分，屬于B級(jí)建筑物就應(yīng)該控制在B級(jí)規(guī)定范圍之內(nèi)，一旦超過(guò)了B級(jí)建筑高度就需要重新設(shè)計(jì)。

3.抗震功能設(shè)計(jì)

高層建筑的抗震功能主要由鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此抗震設(shè)計(jì)是高層建筑中的重要組成部分。一般來(lái)講，高層建筑的層數(shù)越多，或是建筑結(jié)構(gòu)剛度系數(shù)變化越大，其振型數(shù)也應(yīng)該相應(yīng)地取大一些。例如，高層建筑結(jié)構(gòu)中如果塔結(jié)構(gòu)形式多，或是頂部有小塔樓、轉(zhuǎn)換層等構(gòu)件時(shí)，其振型數(shù)應(yīng)不小于12，并且其大小依然不能超過(guò)房屋總層數(shù)的3倍（除了含有彈性的樓板），這樣在進(jìn)行總剛性分析時(shí)它的振型數(shù)才可以取得更大些。另外，高層建筑抗震設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量調(diào)整其平面形狀和結(jié)構(gòu)布置，避免設(shè)置防震縫。如果必須設(shè)置防震縫時(shí)，應(yīng)遵循以下要求：當(dāng)框架結(jié)構(gòu)的高層建筑高度在15m以內(nèi)時(shí)，縫寬應(yīng)大于100mm；當(dāng)超過(guò)15m時(shí)，則需要根據(jù)實(shí)際情況，每增加不同的高度宜加寬20mm。在確定防震縫的寬度時(shí)，如果縫兩側(cè)的房屋高度不同，那么防震縫的寬度應(yīng)按照較低的房屋高度來(lái)確定。

4.平面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

一般來(lái)講，高層建筑除了特殊的設(shè)計(jì)需求之外，其平面布置普遍都遵循簡(jiǎn)單、規(guī)則的原則，這樣可以使剛度和承載力均勻分布。如果高層建筑的抗震等級(jí)不同時(shí)，其平面尺寸和突出的位置尺寸比值都要控制在合適的范圍之內(nèi)，盡量避免采用角部重疊的平面圖形。此外，隨著建筑設(shè)計(jì)的不斷更新觀念，現(xiàn)代化的高層建筑越來(lái)越重視概念設(shè)計(jì)，以追求建筑的外觀美感。在具體的概念設(shè)計(jì)時(shí)，建筑設(shè)計(jì)師需要把現(xiàn)代化的建筑風(fēng)格和環(huán)保、節(jié)能、抗震以及低碳等指標(biāo)結(jié)合起來(lái)。另一方面，高層建筑在概念設(shè)計(jì)時(shí)又不能過(guò)分標(biāo)新立異，無(wú)論是平面設(shè)計(jì)還是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都應(yīng)當(dāng)首先確?？茖W(xué)的原則，并且在設(shè)計(jì)風(fēng)格上應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)出環(huán)保、綠色的審美觀念，高層建筑還應(yīng)當(dāng)爭(zhēng)取滿足延伸性的建筑需要，以此來(lái)增加建筑的實(shí)用性。

5.豎向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)重點(diǎn)做好豎向設(shè)計(jì)，它能夠直接影響到建筑的整體結(jié)構(gòu)和使用壽命。高層建筑的豎向設(shè)計(jì)應(yīng)滿足均勻、規(guī)則的要求，不能出現(xiàn)太多的外挑和內(nèi)收等構(gòu)件，這樣能確保建筑重心的穩(wěn)定?？偟脕?lái)講，高層建筑豎向結(jié)構(gòu)應(yīng)該是底部大頂端小，均勻、緩慢地變化。如果豎向結(jié)構(gòu)不是垂直，或者不是底部大、上端小的正常結(jié)構(gòu)形式，就需要單獨(dú)在建筑整體的平衡上做好設(shè)計(jì)功夫。對(duì)于豎向內(nèi)收型的高層建筑而言，為了提高其抗震性能，樓層的側(cè)向剛度不能比相鄰上一層的70%小，同時(shí)最好不小于其上相鄰三個(gè)樓層側(cè)向剛度平均值的80%。另外，對(duì)于A級(jí)高度的高層建筑而言，它的樓層抗側(cè)力結(jié)構(gòu)層間受剪承載力一般不能小于相鄰上一層受剪承載力的80%，同時(shí)不應(yīng)小于其相鄰上一層受剪承載力的65%。對(duì)于B 級(jí)高度高層建筑來(lái)講，其樓層抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間受剪承載力不應(yīng)小于其相鄰上一層受剪承載力的75%。在設(shè)計(jì)時(shí)，樓層的質(zhì)量需要按照高度均勻地分布，樓層質(zhì)量不宜超過(guò)相鄰下部樓層質(zhì)量的1.5倍。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，鋼筋混凝土以其穩(wěn)定性強(qiáng)、剛性大、整體性好等諸多優(yōu)勢(shì)在我國(guó)高層建筑中得到了廣泛的應(yīng)用。與此同時(shí)，我們也必須注意做好鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化管理，不斷完善技術(shù)和工藝，同時(shí)總結(jié)實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)和問(wèn)題，做好科學(xué)的計(jì)算和分析，從而在根本上提高高層建筑的質(zhì)量，促進(jìn)我國(guó)建筑行業(yè)的健康發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]葛斌.淺析鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的常見問(wèn)題[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2011，（16）.

[2]陳友.探討鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題及對(duì)策[J].城市建筑，2012，（87）.

[3]陳志強(qiáng).高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中幾個(gè)問(wèn)題的探討[J].山西建筑，2013，（09）：27.