高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題分析

耿嘉蔚

摘要：對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作來(lái)說(shuō)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用是極為常見(jiàn)的一種類型，具體到鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中來(lái)看，必須要全面控制和把關(guān)，鋼筋混凝土具有較高的安全系數(shù)，良好的抗震性能，因此成為現(xiàn)代高層建筑的主要材料，在鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，有許多需要關(guān)注的工作重點(diǎn)和細(xì)節(jié)，如果處理不當(dāng)，將會(huì)影響整個(gè)工程的使用壽命和質(zhì)量。

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

1 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中注意要點(diǎn)分析

1.1 概念設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)概念的設(shè)計(jì)可以提高結(jié)構(gòu)使用質(zhì)量，具有優(yōu)良的抗震性能。做好混凝土結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)，那就需要建筑與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)過(guò)程中，嚴(yán)格按照建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范執(zhí)行，設(shè)計(jì)也不能完全依靠計(jì)算進(jìn)行，從設(shè)計(jì)方案到計(jì)算再到構(gòu)件設(shè)計(jì)等每一個(gè)環(huán)節(jié)都要貫穿結(jié)構(gòu)抗震理念的內(nèi)容，有幾點(diǎn)需要注意的是：設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分的、全面的考慮到建筑物外觀、建筑實(shí)用性、結(jié)構(gòu)受力性等，從而保證結(jié)構(gòu)的安全性、適用性和耐久性，同時(shí)要經(jīng)濟(jì)合理，滿足居民生活的需求。

地震產(chǎn)生的水平作用是雙向的，混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)是要保證結(jié)構(gòu)平面上兩個(gè)主軸的剛度和抗震力能夠抵擋地震產(chǎn)生的破壞。剛度的設(shè)計(jì)要適宜，不宜過(guò)大或是過(guò)小，過(guò)大會(huì)造成結(jié)構(gòu)自重大、結(jié)構(gòu)自振周期短、材料浪費(fèi)，剛度過(guò)小，一旦發(fā)生地震，結(jié)構(gòu)不能承受外力造成建筑損壞?，F(xiàn)在很多工程的結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)都為彈性設(shè)計(jì)，所謂彈性設(shè)計(jì)，可以解釋為“中震可修，大震不倒”，對(duì)于抗震要求特別高的一些超限建筑，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，專家實(shí)施的彈性設(shè)計(jì)表現(xiàn)在中震或大震不屈服設(shè)計(jì)，中震或大震彈性設(shè)計(jì)。

1.2 結(jié)構(gòu)選型

1.2.1 規(guī)則性結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。建筑物平、立面布置的規(guī)則性是結(jié)構(gòu)選型所重視的，這樣的結(jié)構(gòu)有利于抗震和抗風(fēng)，同時(shí)經(jīng)濟(jì)合理。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要有明確的計(jì)算簡(jiǎn)圖，結(jié)構(gòu)之間傳遞地震力的途徑要合理，同時(shí)結(jié)構(gòu)兩個(gè)主軸方向的動(dòng)力特征應(yīng)該相近。平面不規(guī)則的結(jié)構(gòu)盡量減少扭轉(zhuǎn)的影響，并應(yīng)采取增強(qiáng)抗扭度的措施。豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)中要注意結(jié)構(gòu)薄弱部位，要有保護(hù)措施，避免局部結(jié)構(gòu)薄弱造成整體結(jié)構(gòu)由于連鎖反應(yīng)造成破壞。對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，對(duì)于嚴(yán)重不規(guī)則的建筑不應(yīng)該采用，這是設(shè)計(jì)人員必須要遵循的原則。

1.2.2 超高結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。在抗震規(guī)范以及高層建筑結(jié)構(gòu)相關(guān)規(guī)定都對(duì)結(jié)構(gòu)的總高度有嚴(yán)格的限制，新的規(guī)范對(duì)于超高建筑結(jié)構(gòu)適應(yīng)高度進(jìn)行了調(diào)整，同時(shí)還增加了抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)適用的最大高度要求，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者要對(duì)超高結(jié)構(gòu)的高度嚴(yán)格的注意，如果B級(jí)高度建筑結(jié)構(gòu)超過(guò)B級(jí)高度，那么在設(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)處理的方式都會(huì)發(fā)生變化。

1.2.3 嵌固端的設(shè)置。在高層建筑中地下室或人防地下室的設(shè)置一般在兩層或以上，那么選擇其結(jié)構(gòu)的嵌固端是結(jié)構(gòu)計(jì)算模式中的重要假定，嵌固端設(shè)計(jì)要均衡的分配某構(gòu)件的內(nèi)力，同時(shí)還要考慮到其經(jīng)濟(jì)性。

2 結(jié)構(gòu)計(jì)算

2.1 地震作用及結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性

《抗震規(guī)范》規(guī)定了規(guī)則結(jié)構(gòu)不進(jìn)行扭轉(zhuǎn)藕連計(jì)算時(shí)，平行于地震作用方向的兩個(gè)邊榀各構(gòu)件，其地震作用效應(yīng)應(yīng)乘以增大系數(shù)。一般情況下，短邊可按1.15采用，長(zhǎng)邊可按1.05采用;當(dāng)扭轉(zhuǎn)剛度較小時(shí)，周邊各構(gòu)件宜按不小于1.3采用?！陡咭?guī)》規(guī)定，對(duì)于質(zhì)量和剛度不對(duì)稱、不均勻的結(jié)構(gòu)或是建筑高度超過(guò)一百米的結(jié)構(gòu)要考慮扭轉(zhuǎn)藕連振動(dòng)影響的振型分解反應(yīng)譜法。任何空間結(jié)構(gòu)分許都可以考慮到扭轉(zhuǎn)藕連計(jì)算，SATWE軟件不論結(jié)構(gòu)是否規(guī)則總進(jìn)行扭轉(zhuǎn)藕連計(jì)算，因此不必考慮結(jié)構(gòu)邊榀地震作用效應(yīng)增大，只需根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案選擇“規(guī)則”或“不規(guī)則”即可。

2.2 結(jié)構(gòu)基本自振周期

程序中給出的結(jié)構(gòu)基本自振周期都是近似的計(jì)算，計(jì)算出結(jié)構(gòu)基本自振周期后要重新代回計(jì)算，需要注意的是，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期Tt與平動(dòng)為主的第一自振周期T1之比，A級(jí)高度高層建筑和B級(jí)高度高層建筑的比是不一樣的，前者不應(yīng)大于0.9，后者不應(yīng)大于0.85。為了減小震害，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要扭轉(zhuǎn)為主的震型不應(yīng)靠前。

2.3 有效質(zhì)量系數(shù)與計(jì)算振型

通常單塔樓多層結(jié)構(gòu)計(jì)算振型數(shù)取3的倍數(shù)，在普通工程結(jié)構(gòu)計(jì)算中，最少要9個(gè)。但若是兩層的結(jié)構(gòu)，不得超過(guò)6個(gè)，因?yàn)槊繉拥淖杂啥葹?，所以兩層不得超過(guò)6個(gè)。若震型數(shù)取太多會(huì)使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)異常。計(jì)算之后要檢查X和Y兩個(gè)方向的有效質(zhì)量系數(shù)是否大于0.9大于0.9說(shuō)明地震剪力誤差小，可以滿足計(jì)算震型的要求。

2.4 樓層最小剪重比（地震剪力系數(shù)值）

在“技術(shù)規(guī)范”中對(duì)剪重比有著明確規(guī)定：抗震驗(yàn)算時(shí)，結(jié)構(gòu)每一層的水平地震剪重比不得低于規(guī)范規(guī)定的最小值。若是樓層剪重比不達(dá)標(biāo)時(shí)，首先要檢查有效質(zhì)量系數(shù)是否合格。樓層的剪重比要達(dá)到質(zhì)量系數(shù)的百分之九十，若達(dá)到質(zhì)量系數(shù)不能滿足建筑需要，結(jié)構(gòu)剛度和質(zhì)量之間的分布可能不合理，要對(duì)結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行分析進(jìn)行調(diào)整。結(jié)構(gòu)的底部總震力不能滿足要求，要對(duì)每個(gè)結(jié)構(gòu)的樓層的剪力進(jìn)行調(diào)整。

2.5 結(jié)構(gòu)的位移

層間位移角：最大層間位移與層高之間比△U/h是作為剛度控制指標(biāo)的重要比，抗震設(shè)計(jì)可以不考慮偏心的影響。位移比：如果考慮到偏心影響水平地震力的作用，那么要取樓層最大彈性水平位移與該樓層兩端彈性水平位移的平均值。作為控制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)系數(shù)的位移比，若不滿足建筑結(jié)構(gòu)的要求，要人工改變結(jié)構(gòu)，減小結(jié)構(gòu)剛心與形心的偏心距，直到符合要求。

2.6 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中其它幾個(gè)重要的比值

（1）剛度比：計(jì)算剛度比是為了控制高層結(jié)構(gòu)豎向規(guī)則性，避免發(fā)生剛度突變，一般地下室結(jié)構(gòu)頂板的嵌固端是否滿足結(jié)構(gòu)要求都要依據(jù)剛度比進(jìn)行設(shè)計(jì)。（2）剛重比：高層建筑會(huì)受到風(fēng)力荷載的作用或是地震的影響，因此，為了不使結(jié)構(gòu)失去穩(wěn)定性，要將剛重比控制在合理的設(shè)計(jì)范圍，適宜的減少墻、柱等豎向構(gòu)件的截面面積。（3）層間受剪承載力之比：按照設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行計(jì)算，避免樓層受剪承載力出現(xiàn)突變影響結(jié)構(gòu)性能。（4）軸壓比：會(huì)影響到墻（柱）抗震性能，限制（柱）軸壓比，可以提高結(jié)構(gòu)的延性和耗能能力。如果計(jì)算的軸壓比不能滿足建筑施工要求，在進(jìn)行人工調(diào)整的時(shí)候要增大墻（柱）的截面或提高其混凝土強(qiáng)度等級(jí)。

3 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的建議

3.1 合理簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)體系

結(jié)合工程實(shí)際，對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系加以合理簡(jiǎn)化，在概念設(shè)計(jì)理念的指導(dǎo)之下，在對(duì)配筋進(jìn)行計(jì)算時(shí)，要充分考慮到客觀存在但又容易被忽視的變形及受力影響。對(duì)于結(jié)構(gòu)易出問(wèn)題的部位，要及時(shí)采取有效的預(yù)防措施進(jìn)行預(yù)先處理。

3.2 對(duì)板類構(gòu)件裂縫控制采取防治措施

對(duì)于易出現(xiàn)裂縫的屋面及樓面鋼筋混凝土構(gòu)件，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)可采用預(yù)應(yīng)力混凝土，或適當(dāng)增加板厚和設(shè)置溫度鋼筋，在樓面板預(yù)埋管線時(shí)，對(duì)管線進(jìn)行支架固定，在管線交叉處要采用專門設(shè)計(jì)的接線盒以減少鋼筋混凝土板的剛度削弱。

4 結(jié)語(yǔ)

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是高層建筑出現(xiàn)的基礎(chǔ)，應(yīng)該突出鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的特性，結(jié)合高層建筑的特點(diǎn)，把握高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和難點(diǎn)，充分發(fā)揮鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在整體性和機(jī)械性能上的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)出高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的精品，在實(shí)現(xiàn)高層建筑穩(wěn)定和安全的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)高層建筑舒適度和功能性的保證。

參考文獻(xiàn)：

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