高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計

（南京市建筑設(shè)計研究院有限責(zé)任公司 江蘇南京 210000）

高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計

馬中華

（南京市建筑設(shè)計研究院有限責(zé)任公司 江蘇南京 210000）

高層建筑在我國的建設(shè)規(guī)模越來越大，為了解決人口較為密集城市的人口居住問題，隨著高層建筑的體量和規(guī)模的增大，設(shè)計難度也越來越高。本文以高層建筑為主要論點，著重討論其鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點，簡要分析高層建筑鋼筋混凝土設(shè)計工作中存在的不足之處，并根據(jù)具體問題，提出合理適當(dāng)?shù)慕ㄗh，簡要說明高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計問題。

高層建筑；鋼筋混凝土；結(jié)構(gòu)設(shè)計

引言：我國高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計工作已經(jīng)較為成熟，高層建筑的設(shè)計規(guī)范也較為完善，但在實際的設(shè)計工作中，仍存在不盡人意的缺點，需要設(shè)計人員進行不斷完善。

一、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的不足

1、環(huán)境因素

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等性能都很良好，但目前使用的鋼筋混凝土材料只有在多層建筑的應(yīng)用情況下較為正常，高層建筑的較高樓層在遭受溫差較大的凍融循環(huán)、級別較大的風(fēng)荷載、高空偶然的沖擊荷載、較高樓層的位移等因素的影響時都極大的損害了鋼筋混凝土構(gòu)件的外表層，結(jié)構(gòu)在長期的外界環(huán)境侵蝕之下會產(chǎn)生明顯的裂縫，對混凝土構(gòu)件的安全造成了影響。

2、結(jié)構(gòu)因素

高層建筑的結(jié)構(gòu)受外界環(huán)境影響較大，高層建筑頂層的偏移非常大，建筑立面的鋼筋經(jīng)常發(fā)生位移，從而不斷產(chǎn)生疲勞載荷，降低鋼筋的壽命，影響結(jié)構(gòu)整體的耐久性；高層建筑整體質(zhì)量較大，若地基所在地質(zhì)條件不佳很可能加速地下結(jié)構(gòu)的整體下沉；混凝土結(jié)構(gòu)在經(jīng)常受強度較大的外界荷載的作用下，會逐漸開裂，提前進入開裂階段，加速了鋼筋進入強化階段的時間，縮短建筑的整體壽命。

3、設(shè)計因素

高層建筑設(shè)計人員大多以國家規(guī)定的設(shè)計規(guī)范為主要資料開展設(shè)計工作，大多數(shù)建筑設(shè)計人員對現(xiàn)場的勘察并不是非常仔細，根據(jù)現(xiàn)場的地質(zhì)條件、風(fēng)速、水文條件等指標(biāo)，在設(shè)計規(guī)范中找出大致的類別范圍，即完成勘察工作。設(shè)計規(guī)范制定的標(biāo)準(zhǔn)只適用于大多數(shù)工程的設(shè)計，若某一高層建筑的地質(zhì)條件和水文條件不符合設(shè)計規(guī)范對應(yīng)的地質(zhì)條件和水文條件時，再按照規(guī)范規(guī)定的設(shè)計參數(shù)繼續(xù)進行設(shè)計工作，會加速地下結(jié)構(gòu)的下沉速率，嚴(yán)重的可能導(dǎo)致?lián)跬翂Ρ浪瑯求w整體傾倒。

在實際設(shè)計工作中，設(shè)計人員的理論水平參差不齊，較多設(shè)計人員并不能掌握概念法繪制彎矩圖的能力，在沒有計算機輔助的情況下無法對結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和受力合理性進行快速判斷，對施工過程中的結(jié)構(gòu)改造工作造成較大影響。

二、高層建筑結(jié)構(gòu)分析

1、高度控制

高層建筑的桿件聯(lián)系形式屬于串聯(lián)方式，因此，高層建筑的位移隨著層數(shù)的增加而逐漸增大，這樣的結(jié)構(gòu)形式極大影響了較高樓層房屋的結(jié)構(gòu)耐久性，也在一定程度上削弱了其抗震能力，對高層建筑的層數(shù)進行適當(dāng)?shù)目刂剖欠浅１匾?。對于發(fā)生超高現(xiàn)象的高層建筑，在保證其容積率和綠化率的情況下，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)加大其單層建筑面積以減少建筑的層數(shù)。

2、體系類型

高層建筑的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)要比一般建筑的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)要求較高，其外部鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要足夠強，對于應(yīng)該布置抗剪力構(gòu)件的部位要不斷進行計算和設(shè)計方案的優(yōu)化，內(nèi)部結(jié)構(gòu)要能起到配合外部框架結(jié)構(gòu)抵御風(fēng)荷載等外界載荷影響的作用。

三、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

1、抗震設(shè)計

在設(shè)計高層建筑時，應(yīng)盡量減少其振型個數(shù)，由于振型的個數(shù)與樓層的層數(shù)呈正比，因此，高層建筑應(yīng)盡量控制其層數(shù)，層數(shù)越高，其位移越大，抗震性能越弱。在室內(nèi)布置鋼筋混凝土剪力墻，使每一層都可以被簡化為一個剛體，增強其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。長度過大的建筑單體應(yīng)考慮在建筑單體的某一位置將建筑截斷，建筑與建筑之間不可以連接為一個完整的整體，這樣做主要是為了避免建筑受到結(jié)構(gòu)損害時造成危害更大的連續(xù)倒塌事故，抗震設(shè)計要秉承小震不壞、中震可修、大震不倒的原則。

2、耐久設(shè)計

在高層建筑建設(shè)過程中，盡量減少施工難點的產(chǎn)生，在結(jié)構(gòu)設(shè)計條件允許的情況下，適當(dāng)?shù)氖褂娩摻钣昧枯^少的高強混凝土材料，該混凝土結(jié)構(gòu)不僅在力學(xué)性能上與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相似，而且由于其抗壓強度比傳統(tǒng)混凝土材料要大很多，所以抵御沖擊荷載和凍融循環(huán)的能力有所加強，從而加強了混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。高層建筑的耐久性材料不光要考慮其各項指標(biāo)知否能夠達到設(shè)計要求的耐久性要求，更要考慮材料的重量和成本等其他因素，設(shè)計單位要對現(xiàn)場進行充分的勘測，全面收集現(xiàn)場的地質(zhì)情況、水文情況和風(fēng)荷載情況等因素的數(shù)據(jù)，針對地下土層較為復(fù)雜的施工現(xiàn)場，設(shè)計人員不可以粗略勘察后大致確定一個設(shè)計級別，要充分了解現(xiàn)場土層承受載荷的極限值，根據(jù)實際情況控制高耐久性材料的質(zhì)量范圍。

并且混凝土結(jié)構(gòu)施工過程中應(yīng)嚴(yán)格按照施工標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行施工步驟，鋼筋布置時要嚴(yán)格按照施工圖所標(biāo)注的型號和搭接長度進行鋼筋籠的綁扎，墊塊要根據(jù)鋼筋籠的體量和重量分類選擇，混凝土的攪拌和澆筑要盡最大可能保證其均勻程度，從而保證鋼筋混凝土構(gòu)件達到設(shè)計要求的力學(xué)性能指標(biāo)。

3、地下設(shè)計

地下結(jié)構(gòu)是整個高層建筑最先開始建造也是高層建筑考慮地質(zhì)因素和水文因素影響最多的結(jié)構(gòu)體系，其設(shè)計的質(zhì)量決定著建筑的整體穩(wěn)定性。地下結(jié)構(gòu)的設(shè)計應(yīng)當(dāng)根據(jù)現(xiàn)場實際地質(zhì)情況和水文情況選擇即符合承載能力要求又能控制建筑下沉速度的地基類型。目前，我國的高層建筑多采用箱型基礎(chǔ)，其選擇的用意是箱型基礎(chǔ)能夠有效的增大基礎(chǔ)與地基之間的接觸面積，單位面積的地基上作用的承載力較為均勻，可以保證地基的均勻下沉，箱型基礎(chǔ)可以有效的將地下工程結(jié)合為一個整體，并且箱型基礎(chǔ)的凈高較大，可以用作地下停車場，使開發(fā)商的銷售工作更易進行。在地下停車場的設(shè)計過程中，箱型基礎(chǔ)內(nèi)部的立柱個數(shù)應(yīng)當(dāng)根據(jù)實際的行車需求相應(yīng)減少，因此，地下結(jié)構(gòu)采用長寬比較小的大尺寸預(yù)應(yīng)力混凝土梁承受上部建筑柱體的集中荷載，從而用該梁代替被撤除的支撐立柱，拓寬行車的通道。地下結(jié)構(gòu)同時也應(yīng)當(dāng)考慮到防水層的設(shè)計，以地下結(jié)構(gòu)主體為核心，在其外部建立一個整體防水層，保證地下結(jié)構(gòu)不受地下土層內(nèi)水滲透的影響和侵蝕。

4、剪力墻設(shè)計

剪力墻作為建筑內(nèi)部布置的有效抗剪構(gòu)件，既方便又安全。其主要的作用是降低單層樓體的柔度，使房屋的墻體由彈性砌體變?yōu)閯倧椥云鲶w，加強房屋抵御風(fēng)荷載的作用，減小單層樓體因風(fēng)荷載作用而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)偏移。剪力墻在設(shè)計時要充分考慮到居民的宜居問題，剪力墻多布置在室內(nèi)管線較為密集的部位，在設(shè)計過程中應(yīng)充分考慮到管線布置通道的預(yù)留和供管線穿墻而過的混凝土保護層厚度的預(yù)留值，同時也要考慮到居民擅自破壞部分混凝土保護層后，保證剪力墻亦能夠繼續(xù)正常工作的問題。

目前高層建筑多采用短肢剪力墻，該類剪力墻較為符合建筑整體的結(jié)構(gòu)功能要求。剪力墻的布置個數(shù)應(yīng)當(dāng)做到適當(dāng)布置，不知過少不但達不到設(shè)計要求的作用，反而會對降低其他構(gòu)件的力學(xué)性能；布置過多則會對今后的維護工作造成很多不便，并造成成本和資源的浪費。

結(jié)語：在高層建筑的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中，最關(guān)鍵的就是設(shè)計人員針對實際施工現(xiàn)場的情況進行合理的概念選型，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)熟練掌握利用概念法繪制簡要彎矩圖的能力，準(zhǔn)確判斷建筑結(jié)構(gòu)的受力趨勢，從而更好的進行結(jié)構(gòu)構(gòu)件的選材和布置。

[1]張大鵬. 高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計問題探討[J]. 工程技術(shù),2016(1)

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1007-6344（2017）06-0069-01

馬中華，男，河南人，出生：1987.10.22，學(xué)歷：碩士，職稱：中級，研究方向：結(jié)構(gòu)設(shè)計