鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問(wèn)題及其對(duì)策探究

張貽榮

【摘要】鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，極易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)體系不合理，地基基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理等問(wèn)題。此次研究主要是分析鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題，聯(lián)合實(shí)際工程案例提出相應(yīng)的解決方案。

【關(guān)鍵詞】鋼筋混凝土;高層結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì)問(wèn)題;處理對(duì)策

相比于傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高，且施工過(guò)程簡(jiǎn)便，廣泛應(yīng)用于高層建筑主體結(jié)構(gòu)中。通過(guò)對(duì)當(dāng)前工程建設(shè)情況分析，可知鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用中存在設(shè)計(jì)不合理問(wèn)題，會(huì)對(duì)整體建筑質(zhì)量造成影響。為了充分發(fā)揮鋼筋混凝土的優(yōu)勢(shì)，確保高層建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性，需要針對(duì)高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所存在的問(wèn)題展開(kāi)討論，并提出相應(yīng)的解決處理對(duì)策，確?；炷粮邔咏Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的順利有效開(kāi)展。

1、高層建筑常用的結(jié)構(gòu)類(lèi)型

1.1框架結(jié)構(gòu)體系

此種結(jié)構(gòu)多應(yīng)用于低高度或多層建筑中，建筑承重結(jié)構(gòu)是按照框架柱和框架梁組成的結(jié)構(gòu)體系，承擔(dān)建筑豎向和水平方向的荷載。在布置框架結(jié)構(gòu)時(shí)，必須有明確的傳力路徑。對(duì)于框架結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，框架柱是豎向承重和抗側(cè)力的重要構(gòu)件，需注重“強(qiáng)柱弱梁”的概念設(shè)計(jì)。

1.2剪力墻結(jié)構(gòu)體系

此種結(jié)構(gòu)原理是通過(guò)鋼筋混凝土墻體承受豎向力和水平力。由于剪力墻與樓面梁板組成受力體系，受構(gòu)件跨度影響，墻體間距通常在3m～8m之間。剪力墻結(jié)構(gòu)多應(yīng)用于空間較小的建筑中，對(duì)需要大空間時(shí)就不太適用。建筑底部承受很大的軸壓力及水平剪力，對(duì)結(jié)構(gòu)底部加強(qiáng)部位應(yīng)采取加強(qiáng)措施。

1.3筒體結(jié)構(gòu)體系

在建筑高度不斷增長(zhǎng)形勢(shì)下，傳統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)體系、剪力墻結(jié)構(gòu)體系無(wú)法滿(mǎn)足建筑結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度要求。筒體結(jié)構(gòu)體系可以有效彌補(bǔ)這種要求。筒體結(jié)構(gòu)是基于框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)所發(fā)展的，由剪力墻和若干框架交接圍成筒狀封閉骨架結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以有效抵抗水平荷載作用，還可以擴(kuò)大使用空間。

2、工程概況

某高層建筑采用鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，總建筑面積為93345平方米，共包含35層，地上33層為住宅樓，地下2層為車(chē)庫(kù)。室內(nèi)外標(biāo)差為0.15米，地下室層高為5.4米和3.6米。主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)年限為50年，耐火等級(jí)為1級(jí)，抗震烈度為7度，工程抗震設(shè)防類(lèi)別為丙類(lèi)。

3、鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題

3.1結(jié)構(gòu)體系不合理

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)體系不合理問(wèn)題屬于常見(jiàn)問(wèn)題，多是由于不夠重視設(shè)計(jì)前期的概念設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)時(shí)片面追求立面效果，過(guò)度依賴(lài)計(jì)算機(jī)軟件的計(jì)算結(jié)果而缺乏多種計(jì)算手段的分析和對(duì)比，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)體系選擇不合理，從而造成具體施工圖設(shè)計(jì)時(shí)工程造價(jià)的極大浪費(fèi)。

3.2地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不合理

地基屬于建筑最重要的部分，若地基設(shè)計(jì)不合理，將無(wú)法確保高層建筑的結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性。地基設(shè)計(jì)不合理問(wèn)題主要表現(xiàn)在以下方面：第一，基礎(chǔ)類(lèi)型選擇不合理，容易使建筑物產(chǎn)生不均勻沉降問(wèn)題。第二，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不合理，地基斜面坡度大，會(huì)對(duì)混凝土震搗質(zhì)量造成影響，進(jìn)一步降低地基結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性。第三，地下室頂板、底板設(shè)計(jì)不合理，不滿(mǎn)足高層建筑底嵌固部位的要求，對(duì)上部結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量產(chǎn)生安全隱患。第四，設(shè)計(jì)人員沒(méi)有分析地下水位對(duì)于建筑基礎(chǔ)的影響，若施工場(chǎng)地的地下水位高，將會(huì)對(duì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和耐久性造成嚴(yán)重影響。

3.3上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理

上部結(jié)構(gòu)在整個(gè)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中屬于重要部分，在實(shí)際設(shè)計(jì)期間必須考慮到多方面因素。然而通過(guò)分析設(shè)計(jì)現(xiàn)狀可知，上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不規(guī)范問(wèn)題比較嚴(yán)重，不注重精細(xì)化處理，因各專(zhuān)業(yè)缺少密切配合而導(dǎo)致缺漏碰撞、后期開(kāi)洞等現(xiàn)象較多。需要注意的是，上部結(jié)構(gòu)的剪力墻設(shè)置不科學(xué)，將會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部應(yīng)力集中。建筑遇到地震災(zāi)害時(shí)，由于內(nèi)部抵抗力不足，極易產(chǎn)生坍塌事故。

3.4重要部位設(shè)計(jì)不到位

設(shè)計(jì)合理的聯(lián)肢剪力墻主要靠墻梁端部和墻肢底部出現(xiàn)塑性鉸來(lái)耗散地震能量，并且墻梁出鉸在先，這使得耗能是在整個(gè)構(gòu)件高度上實(shí)現(xiàn)，減小了墻體的破壞程度并易于修復(fù)。在地震災(zāi)害影響下，兩段剪力墻之間的墻梁部位極易出現(xiàn)開(kāi)裂問(wèn)題，為了確保剪力強(qiáng)可以在能量消耗中發(fā)揮作用，必須確保建筑物具備較高的延性。如果墻梁設(shè)計(jì)不合理，將會(huì)延遲墻梁塑性鉸的出現(xiàn)，墻梁無(wú)法在能量消耗中起到相應(yīng)作用，從而導(dǎo)致其他構(gòu)件首先破壞，嚴(yán)重威脅整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的安全。在設(shè)計(jì)中需要注意，墻梁不能承擔(dān)過(guò)重的垂直載荷。部分設(shè)計(jì)人員在梁柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中，在墻-梁接頭位置增加梁端部上部鋼筋，從而形成弱柱強(qiáng)梁結(jié)構(gòu)模型，在遇到地震災(zāi)害時(shí)，首先會(huì)破壞墻柱，從而導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)崩潰。

4、鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)措施

4.1優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)體系

在信息技術(shù)發(fā)展過(guò)程中，工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)開(kāi)始廣泛應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，通過(guò)應(yīng)用BIM技術(shù)建立建筑設(shè)計(jì)模型，聯(lián)合建筑模型的運(yùn)行特點(diǎn)，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，全面落實(shí)和實(shí)施結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。對(duì)于設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)確計(jì)算和分析高層建筑結(jié)構(gòu)，綜合比較計(jì)算結(jié)果，以此提升高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。通過(guò)比較可以?xún)?yōu)化高層建筑結(jié)構(gòu)體系，加強(qiáng)建筑的抗震性能，減少資源浪費(fèi)。工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員需要合理選擇設(shè)計(jì)指標(biāo)并結(jié)合地區(qū)與建筑物實(shí)況，對(duì)結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，降低外部環(huán)境因素對(duì)于施工質(zhì)量的影響。

4.2合理設(shè)計(jì)基礎(chǔ)與地基部分

為了確保高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的有效性，必須注重建筑基礎(chǔ)與地基設(shè)計(jì)的合理性。在設(shè)計(jì)之前必須對(duì)場(chǎng)地地質(zhì)水文條件進(jìn)行分析，選擇合理的基礎(chǔ)方案，確保整體結(jié)構(gòu)的安全性。此次工程的地質(zhì)水文條件良好，采用獨(dú)立基礎(chǔ)、防水板聯(lián)合抗浮錨桿方式，合理設(shè)計(jì)基礎(chǔ)部位的拉梁結(jié)構(gòu)，適當(dāng)增加基礎(chǔ)配筋，提升基礎(chǔ)的穩(wěn)固性。該工程地下空間為地下車(chē)庫(kù)，為了避免地下室底板產(chǎn)生裂縫，地下室混凝土添加抗?jié)B防裂纖維，在防水板下采用褥墊處理方案。

為了確?；A(chǔ)與地基設(shè)計(jì)的合理性，設(shè)計(jì)人員必須準(zhǔn)確掌握高層建筑地基與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)按照地下水位的變化情況繪制包絡(luò)圖。聯(lián)合地基與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)制定相應(yīng)的防水方案。其次，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)當(dāng)注重配筋工作，確?；A(chǔ)與地基配筋量的計(jì)算準(zhǔn)確率，以此提升基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的可靠性。

4.3優(yōu)化上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要對(duì)上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以此提升結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性和抗水平荷載性能。提高建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的規(guī)則性，合理設(shè)置抗側(cè)力構(gòu)件的位置，以此形成承載力的合理性分布體系，垂直方向需要通過(guò)抗側(cè)力構(gòu)件剛度和強(qiáng)度來(lái)提高，滿(mǎn)足其連續(xù)和均勻穩(wěn)定性，在豎直方向上應(yīng)避開(kāi)使用轉(zhuǎn)換層，以免出現(xiàn)應(yīng)力集中問(wèn)題。在節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)，需要注重節(jié)點(diǎn)的延性設(shè)計(jì)，以此確保建筑物的抗震性能。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，相比于多層建筑來(lái)說(shuō)，高層建筑對(duì)于結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度的要求比較高，通過(guò)分析高層建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量。設(shè)計(jì)人員必須深入分析高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的安全隱患，優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)體系、合理設(shè)計(jì)基礎(chǔ)與地基部分、優(yōu)化上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，全面確保建筑設(shè)計(jì)的有效性。

參考文獻(xiàn)：

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