關(guān)于高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計問題的探討

楊勤

（深圳華森建筑與工程設(shè)計顧問有限公司南京分公司 江蘇南京 210000）

前言

如今，建筑的高度越來越大，且建筑體型日趨復(fù)雜，而鋼筋混凝土仍是建筑最常用的結(jié)構(gòu)形式，這就對結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了很高的要求，在實(shí)際的設(shè)計工作中，必須充分考慮多個方面的影響因素，以此保證設(shè)計的合理性、可行性與經(jīng)濟(jì)性。

1 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計準(zhǔn)則

1.1 安全準(zhǔn)則

高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量直接關(guān)系著人們生命和財產(chǎn)安全。因此，在進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要以安全為設(shè)計之根本，只有確保其安全性能，才能使建筑本身富有意義和價值。所以，在實(shí)際設(shè)計時，設(shè)計師要確保結(jié)構(gòu)設(shè)計安全的前提下結(jié)合有關(guān)施工技術(shù)、施工安全、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等進(jìn)行設(shè)計，只有這些全部達(dá)到要求以后方能追求美觀、大方，甚至追求富有藝術(shù)氣息的設(shè)計。

1.2 適用準(zhǔn)則

高層建筑建成后最終是由人來使用它，所以在對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時一定要綜合各方面因素考慮建筑的使用功能。比如說，在實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要對室內(nèi)空間布局有很好的構(gòu)思，需要什么樣的空間就要選用什么樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計模型，在梁柱布置時，要充分考慮到該布局是否影響了室內(nèi)面積的實(shí)用性，是否防礙了某種功能的使用等等。只有在結(jié)構(gòu)設(shè)計中保持良好的適用準(zhǔn)則，才能使建筑自身的特點(diǎn)充分發(fā)揮其作用，更能贏得廣大消費(fèi)者的喜愛，從而使企業(yè)實(shí)現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)效益。

1.3 可靠準(zhǔn)則

一般來說，結(jié)構(gòu)設(shè)計會根據(jù)建筑的使用年限來進(jìn)行，以確保建筑的安全、可靠、耐用。古往今來，也出現(xiàn)了許多古建筑的使用年限遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了其設(shè)計年限依然屹立不倒，這是因?yàn)槠湓诮Y(jié)構(gòu)設(shè)計時堅持可靠準(zhǔn)則，其所運(yùn)用的技術(shù)及材料都要符合其可靠、耐用性?，F(xiàn)今，常常能聽到所謂的豆腐渣工程，這是因?yàn)槠涫褂媚晗捱h(yuǎn)不能達(dá)到其結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)生這種現(xiàn)象的原因有許多，但其在設(shè)計時很大程度上與沒有注重使用材料的可靠、耐用性能有關(guān)。

2 高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計現(xiàn)狀

高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計問題主要體現(xiàn)在短肢剪力墻、結(jié)構(gòu)體系建設(shè)以及結(jié)構(gòu)超高，三個方面。在設(shè)置短肢剪力墻結(jié)構(gòu)過程中，設(shè)計人員未按照規(guī)范要求進(jìn)行數(shù)量控制。這種情況下，就會在一定程度上增加后期處理的難度。結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計選擇，是保證高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)作用穩(wěn)定性的重要組成部分。然而，對于地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)環(huán)境較為穩(wěn)定的情況，當(dāng)建筑上部結(jié)構(gòu)能夠保證變形限制后，設(shè)計人員應(yīng)通過減小剛度的設(shè)置，來提高建筑物的外觀設(shè)計效果。而規(guī)范要求中，對層間位移與頂點(diǎn)位移的限值設(shè)置存在一定局限，這就要求結(jié)構(gòu)設(shè)計人員須充分結(jié)合高層建筑工程的實(shí)際情況，來提高結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學(xué)合理性。例如，在增加結(jié)構(gòu)水平加強(qiáng)層的側(cè)向剛度時，外柱剪力會有所增加，而規(guī)范設(shè)計中并未涉及到這一問題影響。對于結(jié)構(gòu)超高問題，設(shè)計人員在進(jìn)行抗震規(guī)范設(shè)計應(yīng)用過程中，存在不同等級的高度要求。而實(shí)際設(shè)計過程，部分結(jié)構(gòu)設(shè)計人員并未將其重視起來，這就導(dǎo)致超高問題難以通過竣工審查。工程項(xiàng)目建設(shè)只能通過二次施工設(shè)計，才能保證結(jié)構(gòu)作用的問題性。為此，控制上述幾方面結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)用問題，研究人員應(yīng)從規(guī)范控制節(jié)點(diǎn)出發(fā)，從而提高高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學(xué)有效性。

3 高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化策略

3.1 強(qiáng)化抗震設(shè)計

鋼筋混凝土作為高樓主要抗震結(jié)構(gòu)，經(jīng)過多年研究實(shí)踐證明具有極高安全性及抗震性。因此，在進(jìn)行高層建筑設(shè)計時必須重點(diǎn)關(guān)注鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中抗震功能。對于高樓大廈建設(shè)當(dāng)中，它的樓層數(shù)量與結(jié)構(gòu)剛度突變系數(shù)比較大時，要選取它的振型數(shù)值。對于高樓當(dāng)中多塔結(jié)構(gòu)設(shè)計、頂部塔樓和轉(zhuǎn)換層等振型數(shù)應(yīng)當(dāng)大于12，同時它的大小原則上不允許大于樓層總數(shù)3倍；特別是在進(jìn)行彈性樓板建設(shè)剛性要求分析時，振型數(shù)應(yīng)該取更大值。因此，為保障高層建筑結(jié)構(gòu)安全，必須做好其鋼筋混凝土抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計。

3.2 加強(qiáng)耐久性

人們生活水平日益提高，對于樓房建設(shè)要求越來越高，加強(qiáng)鋼筋混凝土耐久性設(shè)計，關(guān)乎人們使用體驗(yàn)。通常在進(jìn)行高樓建筑設(shè)計時，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計往往忽略一些來至于項(xiàng)目周邊地質(zhì)等環(huán)境因素，極有可能給項(xiàng)目大樓結(jié)構(gòu)功能帶來危害，因此，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計時，其建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的保障必須是強(qiáng)化建材性能管控，結(jié)合有效控制成本造價的前提下，最大化選取具有更好性能的建材，以保障建筑大樓本身耐久性要求。高樓大廈的耐久性直接關(guān)系著用戶使用體驗(yàn)，保障著人們生命財產(chǎn)安全，因此必須加強(qiáng)鋼筋混凝土耐久性設(shè)計。

3.3 注重剪力墻設(shè)計

剪力墻作為高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵，是保障高樓大廈本身可靠性重要手段，因此必須注重其設(shè)計。在進(jìn)行剪力墻設(shè)計時應(yīng)當(dāng)注意在其端部配以邊緣構(gòu)件，好比端柱，它具有約束柱功能，在高樓其樓層間及頂點(diǎn)位移足夠大，此時把柱體加大即截面積加大，此狀態(tài)才能最好發(fā)揮約束柱性能。除了做好剪力墻約束柱等設(shè)計，還要注重剪力墻抗變能力設(shè)計。在進(jìn)行剪力墻抗變設(shè)計時，可采取剪力墻截面部分加設(shè)連梁，對于多肢墻變單肢墻，應(yīng)當(dāng)把連梁設(shè)計降弱一點(diǎn)，如果連梁設(shè)置過強(qiáng)會在發(fā)生地震時造成墻肢拉伸變形，給高樓帶來安全隱患，由此當(dāng)進(jìn)行鋼筋混凝土抗變形結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須科學(xué)合理獲取剪力墻截面最大允許值，將連梁剛度作必要降低，符合最大值范圍內(nèi)。

3.4 注重基礎(chǔ)設(shè)計

正所謂“地下基礎(chǔ)決定上層建筑”，要想建筑經(jīng)久不衰，持久耐用，就必須要有良好的地下基礎(chǔ)。然而，地下基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)也和上層建筑一樣，同是采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)合成材料制成的；所以，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時一定要注重地下基礎(chǔ)設(shè)計。這就要求設(shè)計人員在進(jìn)行地下基礎(chǔ)設(shè)計時一定要親臨施工現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)地查看和監(jiān)督，并與施工人員達(dá)成良好的溝通協(xié)作關(guān)系，共同結(jié)合當(dāng)?shù)乜拐鹨蠛头€(wěn)定性要求有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行探討，最終確定設(shè)計方案，施工人員必須嚴(yán)格按照方案進(jìn)行施工，確保地下基礎(chǔ)的穩(wěn)固。

4 結(jié)束語

總之，結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學(xué)合理性會直接影響高層建筑結(jié)構(gòu)的作用穩(wěn)定性，因此，設(shè)計人員應(yīng)強(qiáng)化高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計，從而滿足用戶對建筑工程的基本功能性需求。