鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在高層建筑中的應(yīng)用現(xiàn)狀

張帥

摘要：在我國的高層建筑中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為了最為常用的高層建筑結(jié)構(gòu)，鋼筋混凝土具有整體性好、剛度大、位移小等優(yōu)點(diǎn)，高層建筑的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以說是現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本文對高層建筑中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，并且提出了高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)存在的問題及應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土；高層建筑；結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；應(yīng)用

中圖分類號：TU973.12 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-3024（2016）08-175-02

前言

我國國民經(jīng)濟(jì)整體的迅速發(fā)展，國內(nèi)各個(gè)行業(yè)都得到了巨大的發(fā)展，整體的行業(yè)水平穩(wěn)步提高，其中，建筑行業(yè)的提升水平是比較快的，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是建筑中最常用的一種結(jié)構(gòu)體系，與高層建筑相呼應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式也變得多樣化。應(yīng)總結(jié)在實(shí)踐中積累的經(jīng)驗(yàn)，嚴(yán)格按照國家規(guī)范規(guī)定要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，不斷地改進(jìn)理論知識，更好的將建筑結(jié)構(gòu)混凝土的設(shè)計(jì)技術(shù)更加完善。

1高層建筑中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的簡介

隨著鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)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(shè)計(jì)達(dá)到規(guī)范規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，就必須遵循一定的原則，加強(qiáng)高層的建筑結(jié)構(gòu)的使用維護(hù)、施工及設(shè)計(jì)。國內(nèi)常用的鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)體系有框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)和簡體結(jié)構(gòu)，在應(yīng)用框架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上。又發(fā)展了板柱-剪力墻結(jié)構(gòu)和巨型結(jié)構(gòu)兩種結(jié)構(gòu)體系。復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)體系是一些功能更廣泛，相應(yīng)地結(jié)構(gòu)更復(fù)雜的體系。實(shí)際工程中還有一些復(fù)雜結(jié)構(gòu)，如錯(cuò)層結(jié)構(gòu)、大底盤多塔樓結(jié)構(gòu)以及不同復(fù)雜結(jié)構(gòu)的組合，它包含帶轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)、連體結(jié)構(gòu)、帶加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)、豎向收進(jìn)和懸挑結(jié)構(gòu)和平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)。鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅要滿足相關(guān)要求規(guī)定與現(xiàn)行規(guī)范，還要遵循結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的原則。在對鋼筋混凝土高層建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，其中有許多的重點(diǎn)和細(xì)節(jié)需要加以注意，減少針對給人們?nèi)粘Ｉ顜淼挠绊?，從而保證人們對建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的信任度的同時(shí)，滿足建筑舒適度。

2鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在高層建筑中存在的問題

（1）在設(shè)計(jì)的合理的使用年限以內(nèi)的高層建筑的結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)該可以承擔(dān)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。在框架結(jié)構(gòu)與頂蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，填充墻會直接使結(jié)構(gòu)的實(shí)際剛度大于設(shè)計(jì)時(shí)的剛度，所以這就會導(dǎo)致計(jì)算周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于結(jié)構(gòu)的實(shí)際周期，必須在設(shè)計(jì)中充分發(fā)揮建筑力學(xué)材料的特性，加強(qiáng)設(shè)計(jì)過程的優(yōu)化，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的建筑作品。因此，計(jì)算出的結(jié)構(gòu)剪力比較小時(shí)，這就會使房屋建筑的結(jié)構(gòu)不安全，在柱下獨(dú)立基礎(chǔ)帶梁板式的地下室底板設(shè)計(jì)中，往往忽視建筑物沉降帶來的附加應(yīng)力的影響。

（2）在高層建筑鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中若以優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為主要目的，設(shè)計(jì)時(shí)沒有完全考慮建筑物在實(shí)際運(yùn)作中由于環(huán)境、條件的影響，從而導(dǎo)致建筑的可靠指數(shù)明顯降低。概念設(shè)計(jì)的強(qiáng)調(diào)是對建筑師的必須要求，建筑設(shè)計(jì)師一定要重視各種規(guī)范規(guī)定，千萬不要陷入只管設(shè)計(jì)不管計(jì)算的誤區(qū)。結(jié)構(gòu)的規(guī)則性問題，在新的規(guī)范要求中。結(jié)構(gòu)選型增加了許多限制條件，嵌固端上下層剛度比信息與平面規(guī)則性信息等就是這些限制條件。在高層建筑中，最常用的結(jié)構(gòu)就是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。特別是框架一剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)用最廣泛，這是因?yàn)榇私Y(jié)構(gòu)體系不僅可以靈活布置功能空間，而且也有很大的側(cè)向剛度。在設(shè)計(jì)過程中若考慮不周、疏忽大意，則很容易出現(xiàn)各種問題，對建筑工程造成影響，甚至危及結(jié)構(gòu)的安全性。

（3）高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對于結(jié)構(gòu)超高具有一定的規(guī)定，尤其是在抗震規(guī)范中，建筑物的高度控制是非常嚴(yán)格的，而在新規(guī)范中這一點(diǎn)重新進(jìn)行了界定，連體結(jié)構(gòu)豎向剛度突變，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)較大，且豎向與水平地震組合作用對連接體及其附近主體結(jié)構(gòu)有不利影響。對于柱下獨(dú)立基礎(chǔ)之間的拉梁，其又是首層維護(hù)墻的承重梁的情況下，不能單純地按拉梁進(jìn)行設(shè)計(jì)，當(dāng)考慮荷載時(shí)，還要對梁上皮之上土擴(kuò)散角之內(nèi)的土重進(jìn)行考慮，帶加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)體系對抗風(fēng)是十分有效的，但是在加強(qiáng)層及其附近樓層，結(jié)構(gòu)的剛度和內(nèi)力均發(fā)生突變，對抗震不利。在結(jié)構(gòu)分析計(jì)算過程中，對工程進(jìn)行準(zhǔn)確高效的內(nèi)力分析，同時(shí)根據(jù)規(guī)范要求進(jìn)行處理與設(shè)計(jì)，對工程設(shè)計(jì)質(zhì)量好壞有著關(guān)鍵影響。

3高層建筑中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的控制措施

（1）在實(shí)際的工作中設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)混凝土，一定要在設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)混凝土?xí)r將理論與實(shí)踐相互結(jié)合，多注意結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)與細(xì)節(jié)進(jìn)行把握，在設(shè)計(jì)的可以使用的年限以內(nèi)，高層建筑的結(jié)構(gòu)應(yīng)該具有一定的耐久性，結(jié)構(gòu)體系的選擇是高層建筑鋼筋混凝土設(shè)計(jì)的重點(diǎn)之一，為了可以有效的降低基本設(shè)施實(shí)施的難度與工程造價(jià)，在高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要合理的使用高強(qiáng)混凝土和高強(qiáng)度鋼筋，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)。一定要充分重視以上提出的問題，并逐個(gè)解決落實(shí)，從而使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量得到有效保障。

（2）要進(jìn)行鋼筋混凝土高層建筑框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，要分析完結(jié)構(gòu)整體內(nèi)力后，按照梁柱各構(gòu)件的控制內(nèi)力，對截面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)對滿足荷載效應(yīng)水平要求的各結(jié)構(gòu)構(gòu)件的幾何特征的配筋量的進(jìn)行優(yōu)化，并確定優(yōu)化結(jié)果。在一些地基基礎(chǔ)比較穩(wěn)固的地方，在上部結(jié)構(gòu)能夠滿足變形限值的前提下，考慮到建筑的外觀問題，可以盡量減小剛度。加強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛度，提高整體抗裂能力。在強(qiáng)約束區(qū)提高配筋，減小鋼筋間距和鋼筋直徑，提高混凝土與鋼筋的協(xié)同作用，提高抗裂能力，為了減少甚至避免鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題的出現(xiàn)，應(yīng)該對鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的問題進(jìn)行積極的分析和探討。

（3）在確定加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)方案時(shí)，需重點(diǎn)研究加強(qiáng)層的數(shù)量、伸臂結(jié)構(gòu)形式和剛度以及周邊帶狀桁架的設(shè)置等問題，高層建筑鋼筋混凝土的抗震設(shè)計(jì)是建筑設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵因素之一。結(jié)構(gòu)優(yōu)化的原則就是框架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的原則，根據(jù)一次性完成的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，對各個(gè)構(gòu)件進(jìn)行逐步優(yōu)化，能夠保證結(jié)構(gòu)受力合理。同時(shí)也節(jié)約投資，在概念設(shè)計(jì)上，我們應(yīng)該多選擇一些新穎的建筑樣式，同時(shí)又要注意其抗震設(shè)計(jì)、抗風(fēng)設(shè)計(jì)等基礎(chǔ)要素，加強(qiáng)施工，做好混凝土的養(yǎng)護(hù)工作，盡可能提高混凝土的實(shí)際強(qiáng)度，而且建筑在彈性設(shè)計(jì)上，盡量要滿足延展性的需求。嚴(yán)格掌握后澆帶的封堵時(shí)間，使混凝土有充分應(yīng)力的時(shí)間等。

4鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在高層建筑中的應(yīng)用

（1）我國的高層建筑也得到了迅速發(fā)展，導(dǎo)致人們生活水平得到了進(jìn)一步提升。人們對于住宅建筑的要求也更加嚴(yán)格，其建筑住宅的設(shè)計(jì)思路也得到了不斷更新和變化。住宅建筑一般考慮采用剪力墻結(jié)構(gòu)，因?yàn)樽≌旧硪蠛芏嗟姆指魤Γ貏e是對高層建筑屋頂處的裝飾構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)。因?yàn)楦邔咏ㄖ娘L(fēng)荷載與地震作用都比較大，所以務(wù)必嚴(yán)格按照規(guī)范要求中的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計(jì)算處理措施進(jìn)行非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)，采用剪力墻結(jié)構(gòu)可以兼作非承重隔墻，用鋼量包比框剪結(jié)構(gòu)少，而且室內(nèi)無外露梁柱，用戶比較歡迎，某些情況下也可以用框架一剪力墻結(jié)構(gòu)。在能夠合理使用的年限以內(nèi)，高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)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。

（2）目前，國內(nèi)高層建筑大體上可分為住宅、旅館、公共性建筑和部分工業(yè)建筑，按不同用途選擇結(jié)構(gòu)體系。高層建筑混合結(jié)構(gòu)體系是指結(jié)構(gòu)中除了采用鋼筋混凝土構(gòu)件以外，還包括型鋼混凝土構(gòu)件、鋼管混凝土構(gòu)件和鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)體系?？蚣芙Y(jié)構(gòu)布置靈活、使用方便，適應(yīng)于非地震區(qū)的多層和層數(shù)不多的高層建筑。要把建筑物的結(jié)構(gòu)計(jì)算周期進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼蹨p，只有這樣建筑的效果才能有所改善。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體計(jì)算的軟件選擇時(shí)，應(yīng)該根據(jù)結(jié)構(gòu)類型以及計(jì)算軟件模型的特點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算軟件的合理選擇，以保證鋼筋混凝土高層建筑整體結(jié)構(gòu)分析計(jì)算的合理性，同時(shí)及時(shí)判斷計(jì)算結(jié)果的可靠性與合理性是相當(dāng)重要的。

（3）框架-剪力墻結(jié)構(gòu)既具有框架結(jié)構(gòu)在使用上的靈活性，又具有較強(qiáng)的抗震能力和較好剛度，因而在公共建筑和旅館建筑中得到了廣泛的應(yīng)用。剪力墻結(jié)構(gòu)剛度大?？臻g整體l生好，用鋼量較省，還可以避免在室內(nèi)露出梁柱，便于房間使用。在進(jìn)行工程圖紙?jiān)O(shè)計(jì)時(shí)，房屋的結(jié)構(gòu)按照其抗震的設(shè)防進(jìn)行分類，其中房屋抗震的等級可以依據(jù)房屋結(jié)構(gòu)類型、烈度和高度來按照國家抗震規(guī)范來確定。在鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，由于功能要求或者建筑美觀并且不是主體承重骨架體系以內(nèi)的一些非結(jié)構(gòu)構(gòu)件常常出現(xiàn)，應(yīng)該高效合理的使用高強(qiáng)混凝土及高強(qiáng)鋼筋來優(yōu)化構(gòu)件的截面積，用來減少結(jié)構(gòu)的重量，這樣可以明顯的降低基本設(shè)施的實(shí)施難度和工程的造價(jià)，用來取得較好的經(jīng)濟(jì)效果。

5結(jié)束語

我國的高層建筑發(fā)展得十分迅速，高層建筑的設(shè)計(jì)思路不斷更新和變化。高層建筑的結(jié)構(gòu)和體系正在向著多樣化好實(shí)用化來發(fā)展，選擇何種體系結(jié)構(gòu)也是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，任何不成熟的選擇都會造成不安全的因素，甚至造成重大事故，所以高層鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展和選擇需要更多設(shè)計(jì)人去努力和完善。