鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計存在的問題與應對

王曉婷

大連典匠建筑設(shè)計有限公司 遼寧大連 116000

針對高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工中存在的問題，文章分析了設(shè)計結(jié)構(gòu)改進策略的重要性及設(shè)計和實施的現(xiàn)狀，并提出了改進設(shè)計的方法和手段，為建筑物建設(shè)者提供了一定的理論基礎(chǔ)。結(jié)果表明，為了提高鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的穩(wěn)定性，有必要改善抗震結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計，使用高強度鋼和高強度混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計及周期性還原劑的設(shè)計，以達到土木工程的耐久性目標，從而實現(xiàn)建筑物更加安全穩(wěn)定的目標。

1 鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計存在的問題

1.1 平面設(shè)計不合理

高層結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則是保證高層建筑安全的同時有效降低建造的成本，所以在初步設(shè)計階段應該對設(shè)計方案不斷地改進，最終實現(xiàn)成本的最低化和鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理化。有些單體的建筑方案一味地追求造型新穎獨特有創(chuàng)新，平面有較多的凸出或內(nèi)凹，方案階段布置的不合理，就會導致我們結(jié)構(gòu)的墻柱、梁板布置不合理，結(jié)構(gòu)整體受力不合理，相應的房屋的舒適度也會大大降低，工程造價也會增加很多，這其實是很不合理的。比如說，在沿海地區(qū)，風荷載是高層建筑的主要控制性荷載，有些平面形狀復雜的高層，如Y形、H形以及弧形，這些形狀的房屋風壓太大，不利于抗風設(shè)計，如果堅持此方案布置，必然會導致鋼筋及混凝土用量的大大增加，此項目經(jīng)濟性將會較差。再比如，有些平面比較狹長的建筑物，地震時會產(chǎn)生不規(guī)則振動，在地震較大時，會產(chǎn)生比較大的震害。細腰形建筑，在凹角部位會形成應力集中，導致樓板開裂、破壞。所以我們在方案初始階段，結(jié)構(gòu)人員應該盡早的介入，對建筑的不合理的設(shè)計，我們應該給出我們合理的建議，以避免結(jié)構(gòu)體系的不合理[1]。

1.2 豎向不規(guī)則

有些單體建筑追求立面的變化，左右單元不對稱，層數(shù)不同，并且會有較多的外挑和收進，這其實對于結(jié)構(gòu)是很不利的。建筑的薄弱部位一般表現(xiàn)在不規(guī)則的部位，不規(guī)則會引起質(zhì)心和剛心的偏心，上下層之間結(jié)構(gòu)剛度的突變，會導致承載力的突變，繼而出現(xiàn)變形的過分集中，將會出現(xiàn)嚴重震害甚至倒塌。

1.3 扭轉(zhuǎn)問題

結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)是一個綜合因素造成的后果，但主要原因還是剛度的不均勻。結(jié)構(gòu)的剛度中心和質(zhì)量中心不能重合或者相隔較遠時，就會導致結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)振動。所以加強結(jié)構(gòu)的抗扭剛度和抗扭能力，是設(shè)計中需要重要考慮的一個關(guān)鍵點。

1.4 節(jié)點設(shè)計不到位

鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)應該充分考慮特殊自然災害進行設(shè)計，以防萬一，充分考慮居民的人身安全。在進行中等地震的時候，很可能造成結(jié)構(gòu)受力構(gòu)件進入塑性狀態(tài)，引發(fā)二次傷害，很多的高層建設(shè)結(jié)構(gòu)設(shè)計沒有對節(jié)點部位引起重視，造成節(jié)點一旦發(fā)生破壞，整個結(jié)構(gòu)就很有可能發(fā)生垮塌，嚴重危害居民的生命安全。

2 鋼筋混凝高層結(jié)構(gòu)設(shè)計問題的應對策略

2.1 做好剪力墻設(shè)計

高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)最重要的是剪力墻，這是確保高層建筑可靠性的重要方法。設(shè)計剪力墻時，應該考慮的是剪力墻末端的邊緣組件，使得高層和高層之間的距離足夠大。此時，增大柱的橫截面積，并且可以充分限制柱的性能。除了剪力墻柱的設(shè)計，還應考慮可變剪力墻的設(shè)計。設(shè)計剪力墻時，可以在剪力墻部分添加連接梁。為了讓多側(cè)壁形成單壁，必須加強連接梁的設(shè)計，如果將吊桿設(shè)置在很高的高度，那么墻壁會在地震中伸展和變形，從而對高層建筑造成安全隱患?；诖?，在設(shè)計鋼筋混凝土的抗變形結(jié)構(gòu)時，有必要確定科學上允許的剪力墻最大部分，并降低連接梁的剛度，從而確保它們滿足最大要求，滿足民居生活中的日常使用[2]。

2.2 規(guī)范抗震設(shè)計

鋼筋混凝土是高層建筑最重要的抗震結(jié)構(gòu)之一。大量的研究表明，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中對結(jié)構(gòu)安全性和抗震性能的評估應予改進，特別是在建筑設(shè)計的重要領(lǐng)域中，應改善鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的地震行為的預定處理方式，例如在高層建筑中，通過綜合評估層數(shù)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的剛度來評估數(shù)據(jù)的合理性。必須特別注意頂部塔的轉(zhuǎn)換和結(jié)構(gòu)，加強對彈性樓板和建筑物剛度的整體分析，并保證組件的數(shù)量，以符合建筑物規(guī)范和高層建筑的使用要求。

2.3 強化鋼筋的耐久性

隨著人們生活水平的提高，對建筑物的建造提出了更高的要求。然而，人們的經(jīng)驗會影響鋼筋混凝土的耐久性設(shè)計。在高層建筑的建造中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐用性常常忽略了地質(zhì)和其他環(huán)境因素，從而嚴重破壞了建筑物的結(jié)構(gòu)?；诖?，在鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，有必要規(guī)范設(shè)計以充分控制建筑材料的性能。為了確保成本，還必須使用高質(zhì)量的建筑材料來維持建筑物的壽命。用戶體驗受高層建筑壽命的影響，它們與人們的生命和財產(chǎn)安全息息相關(guān)，有必要使鋼筋混凝土具有耐久性[3]。

2.4 科學選型與方案制定

在設(shè)計高層建筑的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)時，設(shè)計人員應密切注意設(shè)計選擇，并確保合理選擇施工系統(tǒng)，以減少總體設(shè)計的不平衡并增加施工成本。設(shè)計應考慮剪力墻布局，新的規(guī)格應基于先前的設(shè)計經(jīng)驗和現(xiàn)場的測量數(shù)據(jù)信息。高層鋼結(jié)構(gòu)建筑的初始設(shè)計可能會有很多局限性，而隨后的設(shè)計工作應加強對問題和設(shè)計缺陷的總結(jié)。在特定的設(shè)計實踐中，很難避免結(jié)構(gòu)系統(tǒng)完全超出標準的現(xiàn)象，相關(guān)人員必須在初始過程中充分執(zhí)行相應的要求。結(jié)合現(xiàn)有的國家標準，已經(jīng)確定存在許多相對有約束力的因素，并且新標準提議禁止使用不合理的軟件?；诖耍诓僮髦?，有必要使后處理設(shè)計中的變化最小化，以盡可能滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求。

3 結(jié)語

在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，通常有必要結(jié)合具體的施工要求進行有針對性的規(guī)劃。特別是在澄清短剪力墻的影響，建筑系統(tǒng)的建造和極高的結(jié)構(gòu)問題的情況下，必須找到方法和手段來改善控制，從而提高高層建筑的安全性和穩(wěn)定性。事實證明，結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學合理性直接影響高層建筑的穩(wěn)定性，需要計劃者應根據(jù)用戶需求，基本功能設(shè)計要求來加強高強度混凝土、高強度鋼的結(jié)構(gòu)設(shè)計，地震結(jié)構(gòu)的規(guī)劃及周期性的施工損耗規(guī)劃[4]。