鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的常見問題及解決方法

鄧遠(yuǎn)潔

摘 要：我國(guó)經(jīng)濟(jì)的騰飛促使房地產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，而建筑物修建的越來越高，已經(jīng)成為一大趨勢(shì)。這也致使高層建筑對(duì)于結(jié)構(gòu)工程師的設(shè)計(jì)工作提出了更高要求。本文以鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工程實(shí)踐為依據(jù)，首先介紹了鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的概念設(shè)計(jì)，然后對(duì)高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的常見問題進(jìn)行分析，并為之找出相應(yīng)的解決方法。

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

1.前言

我國(guó)施工建設(shè)的建筑高度不斷提升，隨之而來的是高層樓房建筑類型和功能日趨復(fù)雜，這必然對(duì)鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了更高的要求。通過查閱大量的資料以及本人設(shè)計(jì)實(shí)踐發(fā)覺，在設(shè)計(jì)鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)時(shí)，難免就會(huì)造成設(shè)計(jì)失誤或者遺漏設(shè)計(jì)的狀況發(fā)生。為了能夠在很大程度上避免這種失誤和漏洞的產(chǎn)生，展開鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析有重要的意義。

2.概念設(shè)計(jì)

確保結(jié)構(gòu)抗震性優(yōu)越的一種設(shè)計(jì)方法即概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。選取結(jié)構(gòu)方案應(yīng)當(dāng)有助于高層建筑防震，在對(duì)外延結(jié)構(gòu)以及構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮到，采取何種舉措來規(guī)避薄弱環(huán)節(jié)受到損害，即使有局部被破壞的現(xiàn)象發(fā)生，怎樣降低對(duì)建筑物整體的影響力；在對(duì)靜定結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)采取兩道防線的舉措等每個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中都應(yīng)將概念設(shè)計(jì)融入其中。因此概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中起著非常重要的作用，設(shè)計(jì)師和建筑師應(yīng)當(dāng)注重概念設(shè)計(jì)中的各項(xiàng)規(guī)定，這樣才能夠確保整個(gè)設(shè)計(jì)方向的正確性。因此在概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上應(yīng)當(dāng)考慮以下幾個(gè)因素：

2.1結(jié)構(gòu)體系因素

在構(gòu)建結(jié)構(gòu)體系時(shí)一定要注重選擇有規(guī)則的立面和平面，選擇的結(jié)構(gòu)體系要抗風(fēng)性和抗震性強(qiáng)，且具有經(jīng)濟(jì)可行性。同時(shí)，要保證結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖明確，設(shè)計(jì)的地震傳送路徑具與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相適應(yīng)。

2.2概念設(shè)計(jì)中的彈性設(shè)計(jì)

在大部分建筑施工中，彈性設(shè)計(jì)只是針對(duì)小級(jí)別的地震，而概念設(shè)計(jì)下的結(jié)構(gòu)構(gòu)造，是以“大震不倒，中震可補(bǔ)”為原則。不過至今沒有得到驗(yàn)證，所以概念設(shè)計(jì)的這一原則是否有效，沒有得到實(shí)踐性檢驗(yàn)。為了能夠滿足這一原則，有關(guān)專家提出了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：大地震或者中級(jí)地震的彈性設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；大地震或者中級(jí)地震不屈服設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)；要求施工單位要確?！叭疁?zhǔn)”設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

2.3設(shè)計(jì)的個(gè)性化

在概念設(shè)計(jì)中提出的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)使建筑物具有個(gè)性化，即在保證建筑物設(shè)計(jì)具有抗震性的基礎(chǔ)上，將建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)從宏觀定向目標(biāo)過渡到多樣化設(shè)計(jì)目標(biāo)中。在設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者可以根據(jù)業(yè)主的要求來選擇不同抗震級(jí)別設(shè)計(jì)，根據(jù)業(yè)主防震抗震需求來運(yùn)用“彈性設(shè)計(jì)”和“不屈服設(shè)計(jì)”。

3.高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的常見問題及解決辦法

3.1結(jié)構(gòu)選型的常見問題以及解決辦法

（1）結(jié)構(gòu)選型中的結(jié)構(gòu)體系問題的解決辦法

有較好地基的高層建筑，在保證上部結(jié)構(gòu)不變形的情況下，應(yīng)使剛度盡可能減弱。這時(shí)寬高比例，可以利用合適的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和基礎(chǔ)來實(shí)現(xiàn)。同時(shí)為了確保上下層剛度勻?qū)崳梢詫⑺情L(zhǎng)剪力墻用輕型墻隔開成為斷肢墻來分擔(dān)剛度。在規(guī)范中明確規(guī)定對(duì)上下層進(jìn)行調(diào)控轉(zhuǎn)角比例為1時(shí)，可以替代轉(zhuǎn)換層上下兩層剛度的比例值公式。增加水平加強(qiáng)層的側(cè)邊剛度時(shí)，會(huì)給予外柱較大的剪力，所以不宜使用。

（2）結(jié)構(gòu)超高問題的解決辦法

在設(shè)計(jì)抗震級(jí)別越高的高層建筑時(shí)，樓層的限制高度的級(jí)別也就越高。特別是新規(guī)實(shí)施以來，對(duì)超高問題有了明確的限定，當(dāng)下不但設(shè)置有A級(jí)高度建筑物，而且還添設(shè)了B級(jí)別高度的建筑物。所以，高度是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格把關(guān)超高這一環(huán)節(jié)，特別是在進(jìn)行B級(jí)建筑物進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，一旦超高，設(shè)計(jì)方案和處置手段會(huì)發(fā)生巨大改變。在現(xiàn)實(shí)工程設(shè)計(jì)時(shí)，由于高度級(jí)別變化之后沒有重新修改結(jié)構(gòu)類型，而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖無法被審批。因此高度問題是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一項(xiàng)重大問題，需要設(shè)計(jì)師和建筑師的重視。

（3）設(shè)定短肢剪力墻問題的解決辦法

剪力墻是指兩根連梁之間的橫截面高度和厚度的比例是5-8的墻。在高層建筑中設(shè)置斷肢剪力墻，增添了較多的限制條件。所以設(shè)計(jì)高層建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，工程師為確保工程的順利進(jìn)行，只有在不得已的條件下才會(huì)設(shè)計(jì)短肢剪力墻。

3.2地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的常見問題及解決辦法

地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)好壞直接關(guān)系到下一個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)能否順利進(jìn)行，所以結(jié)構(gòu)工程師比較注重該環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)。同時(shí)地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)還關(guān)系著工程造價(jià)的問題，所以在該階段如若出現(xiàn)問題，會(huì)造成巨大的虧損。

地方性規(guī)范重要性的問題是地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)關(guān)鍵問題，我國(guó)國(guó)土面積大，地質(zhì)狀況千奇百怪，一本國(guó)家出臺(tái)的《地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》，并不能滿足全國(guó)每個(gè)地方對(duì)地基與基礎(chǔ)的具體規(guī)定。所以，在以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范為基礎(chǔ)的前提下，每個(gè)地區(qū)都有符合個(gè)區(qū)域性具體、系統(tǒng)的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法和經(jīng)驗(yàn)，使得設(shè)計(jì)的地基基礎(chǔ)更加精確和詳盡。因此在設(shè)計(jì)地基基礎(chǔ)時(shí)，必須要深入的學(xué)習(xí)地方性地基基礎(chǔ)規(guī)范，這樣才能夠使設(shè)計(jì)出來的地基基礎(chǔ)符合工程設(shè)計(jì)需要，為保證下面環(huán)節(jié)順利設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。

3.3結(jié)構(gòu)計(jì)算與分析中的問題以及解決辦法

基于建筑房屋建設(shè)施工中的新規(guī)不斷下發(fā)，使得各類計(jì)算軟件的版本也在不斷更新。然而更新后的計(jì)算軟件會(huì)時(shí)常出問題，究其原因有軟件本身的問題，也有工程師對(duì)軟件的規(guī)范不能了解所致。所以，工程設(shè)計(jì)師只有準(zhǔn)確的使用計(jì)算機(jī)軟件來確保內(nèi)力分析更加精確和高效，同時(shí)按著設(shè)計(jì)要求來處理，才能夠保證工程設(shè)計(jì)質(zhì)量達(dá)標(biāo)。下面就開始對(duì)結(jié)構(gòu)計(jì)算分析中的問題進(jìn)行探討。

（1）計(jì)算模型的選取

針對(duì)普通結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采取的模型應(yīng)當(dāng)是樓板整體平面內(nèi)無限剛假設(shè)模型；樓板分塊平面內(nèi)的無限剛模型，則可以運(yùn)用在錯(cuò)層和多塔結(jié)構(gòu)中；既能選擇彈性連接板模型，也能應(yīng)用樓板分塊無限剛模型的結(jié)構(gòu)有在樓塔上面相連接的多塔型結(jié)構(gòu)、樓板個(gè)別部位有大洞的結(jié)構(gòu)等幾種。在運(yùn)用各個(gè)模型時(shí)，不是死板硬套而是從實(shí)際出發(fā)，來靈活運(yùn)動(dòng)各個(gè)模型。不過在選擇計(jì)算模型時(shí)應(yīng)當(dāng)以極少的計(jì)算量來使預(yù)期分析的精度需求達(dá)標(biāo)為原則，選用模型時(shí)要審時(shí)度勢(shì)，分清狀況來選擇合適的模型，如果只是一味的使用剛性樓板，就會(huì)導(dǎo)致計(jì)算墻肢的值偏小，施工時(shí)就極有可能引起事故。同時(shí)彈性樓板的采用也要根據(jù)實(shí)際情況來，以免計(jì)算量過大，浪費(fèi)人力物力。

（2）抗震等級(jí)確定的問題即解決辦法

《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定了普通的高層建筑的抗震等級(jí)。規(guī)定中指出主樓連接的整個(gè)樓群抗震級(jí)別要高于主樓的抗震級(jí)別；對(duì)于較復(fù)雜的高層建筑物，除了以上的要求之外，還應(yīng)當(dāng)滿足第十章的要求。針對(duì)地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，地下室的上部結(jié)構(gòu)牢固點(diǎn)即地下室天花板，進(jìn)行抗震級(jí)別設(shè)計(jì)時(shí)，負(fù)一層的抗震等級(jí)應(yīng)當(dāng)與上部結(jié)構(gòu)級(jí)別相同。負(fù)一層以下的抗震級(jí)別視情況而定，一般是設(shè)置為抗震級(jí)別三級(jí)，也可以設(shè)置更低的抗震級(jí)別。

4.結(jié)論

想要做好高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)這項(xiàng)非常復(fù)雜的工作，使工程技術(shù)員明確設(shè)計(jì)規(guī)范，將計(jì)算機(jī)軟件合理運(yùn)用起來，在最大程度上避免設(shè)計(jì)過程中錯(cuò)誤或者遺漏的發(fā)生，降低結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的不確定因素，是本文分析鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的常見問題的初衷，希望通過本文分析能夠給予相關(guān)人員以借鑒。