高層建筑鋼筋混凝土結構設計問題探討

劉銀偉 代東亮

【摘要】鋼筋混凝土高層結構設計是一個長期、復雜、甚至循環(huán)往復的過程，消除安全隱患在這過程中尤為重要，任何遺漏或錯誤都有可能使整個設計過程變得更加復雜或使設計結果存在不安全因素。作為工程設計人員必須以安全第一，充分地理解新規(guī)范軟件的編制原理，密切結合新規(guī)范和工程實際情況，不斷提高工程設計水平。鋼筋混凝土具有整體性好、剛度大、位移小等優(yōu)點，高層建筑的鋼筋混凝土結構設計，可以說是現(xiàn)代建筑設計的重點和難點。本文將結合筆者多年的建筑設計經(jīng)驗，對高層建筑鋼筋混凝土結構的設計重點進行探討。

【關鍵詞】高層建筑；鋼筋混凝土；結構設計

0引言

隨著高層建筑的興起，建筑工程在結構設計和技術應用上也趨于多樣化。高層建筑在平面布置和體型構造上也越來越復雜化，這對現(xiàn)代高層建筑設計和結構分析來說，無疑是一種挑戰(zhàn)。而在對鋼筋混凝土高層建筑進行結構設計時，其中有許多的重點和細節(jié)需要加以注意，本文將結合筆者多年的建筑設計經(jīng)驗，對高層建筑鋼筋混凝土結構設計的重點和難點問題進行具體探討。

1高層建筑鋼筋混凝土結構優(yōu)化設計

1.1鋼筋混凝土結構優(yōu)化設計原則

高層建筑鋼筋混凝土結構進行設計過程中，不但需要符合相關的規(guī)范和標準，還應該遵循結構優(yōu)化設計的原則。在進行優(yōu)化設計時首先必須保證結構的安全性和使用性能；還要盡量簡化結構，有效的減少結構構件；另外，結構需要具備足夠的剛度，設計時尤其要注意特殊部分的剛度問題。

1.2鋼筋混凝土結構設計特點

高層建筑鋼筋混凝土框架結構進行優(yōu)化設計時，首先需要對結構整體的內力進行分析，然后根據(jù)梁柱各構件的控制內力來對截面進行優(yōu)化設計，再對滿足荷載效應水平要求的各結構構件的配筋量進行計算分析，最終確定設計結果。設計過程中可能會使原結構的荷載特征與幾何特征發(fā)生變化，在現(xiàn)荷載的作用下，結構內力分布特征會有所改變，而各控制截面的控制內力也會隨之發(fā)生變化，優(yōu)化設計需要依據(jù)這種變化進行下一步的設計，因此可以說鋼筋混凝土結構設計是一個循序漸進的過程。

1.3框架——剪力墻結構設計方法

結構延性與剛度的最佳選擇便是剪力墻結構設計，在承載力不變的前提下結構延性對結構影響最大的是變形能力，結構剛度對結構影響最大的是側向位移和自振周期。因此，可以利用結構的整體側向位移量。來對結構延性和結構剛度進行調整。結構延性和結構剛度要依據(jù)規(guī)范按照層間位移量與頂點位移總側移的限值來進行設計。依據(jù)結構優(yōu)化設計的原則對鋼筋混凝土框架結構進行逐步優(yōu)化設計，不但能夠滿足結構受力要求，也可以節(jié)約成本。

2鋼筋混凝土結構設計問題

2.1結構平面設計問題

通常情況下，除了特殊設計需要，高層建筑不適合選擇特別不規(guī)則的平面布置。高層建筑的外型應該盡量簡單、規(guī)則，以便保證其剛度和承載力的均勻分布。根據(jù)抗震等級不同的建筑，設計時要考慮到其平面尺寸和突出部位尺寸的比值都在合理范圍內，另外，盡量不考慮采用角部重疊的平面圖形。

2.1.1在對結構平面進行布置時，要盡量減少扭轉的產(chǎn)生，尤其要考慮到水平地震作用力下的偶然偏心影響問題。對樓層豎向構件的最大水平位移和層間位移設計時，應該考慮以下原則；對于A級高度的高層建筑，其最大水平位移和層間位移應該小于該樓層平均值的1.2倍，不能超過該樓層平均值的1.5倍；對于B級高度的高層建筑或者超過A級高度混合結構以及復雜高層建筑，應該小于該樓層平均值的1.2倍，不能超過該樓層平均值的1.5倍；

2.1.2在對高層鋼筋混凝土建筑進行抗震設計時，應該盡量調整好高層建筑的平面形狀和結構布置，盡量避免設置防震縫。如果必須設置防震縫，那么當框架結構高度不超過15m時，縫寬應該大于100mm，如果高度超過15m時，應該根據(jù)烈度和高度的不同，來適當進行加寬。在對防震縫寬度進行確定時，如果縫兩側的建筑高度不同，防震縫的寬度則應該依據(jù)較低一側的高度來確定；

2.1.3《高規(guī)》中，截面厚度小于300m，各肢截面高度與厚度比的最大值在4～8之間的剪力墻為短肢剪力墻。在實際的高層建筑中短肢剪力墻設置會增加許多限制。所以，工程師在進行高層建筑鋼筋混凝土結構設計時，應該盡量減少或者不采用短肢剪力墻。

2.2豎向結構設計問題

高層建筑的豎向結構設計非常重要，它對建筑的整體質量影響極大。高層建筑的豎向結構應該盡量規(guī)則、均勻，避免有較大的外挑和內收。高層建筑的豎向結構應該以重心穩(wěn)定為前提，保持上小下大的形狀，并且其變化也應該是循序漸進的。如果豎向結構不垂直或者不均勻，就需要外加單獨的構造設計來滿足高層建筑的整個平衡和穩(wěn)定。從抗震的角度來看，豎向內收型樓層的側向剛度不應該小于相鄰上一層的70%，也不應該小于其相鄰上三個樓層側向剛度平均值的80%。A級高度的高層建筑，其樓層抗側力結構的層間受剪承載力應該大于相鄰上一層受剪承載力的80%，一定不能低于相鄰上一層受剪承載力的65%；對于B級高度的高層建筑，其樓層抗側力結構的層間受剪承載力應該大于相鄰上一層受剪承載力的75%。樓層的質量沿著高度應該均勻分布，不能出現(xiàn)樓層間質量相差大太的問題。

2.3梁柱受力主筋設計問題

當框架梁的截面寬度與框架柱的邊長相等，或者框架梁的一邊與框架柱重合時，框架柱受力主筋和框架梁的受力主筋位置便會產(chǎn)生矛盾。設計時應該遵循強剪弱彎與強柱弱梁的原則，應該首先對框架柱受力主筋的位置加以保證?？梢钥紤]將框架梁主筋從框架柱內側通過，考慮在框架梁靠近柱一側的四角增加4根鋼筋來作為架立鋼筋的方法，來保證框架梁截面的尺寸。這樣的設計方法不但可以保證框架結構受力構件的受力主筋位置，也方便了工程施工。

2.4墻梁節(jié)點鋼筋設計問題

在框架——剪力墻結構中，框架梁或者次梁如果直接設置在核心筒墻體暗梁或者過梁上，當框架梁的截面和暗梁或過梁的截面高度相同時，框架梁主筋和核心筒暗梁或者過梁主筋的位置就會產(chǎn)生矛盾。此時的節(jié)點設計應該盡量保證暗梁或者過梁箍筋的完整性。設計時，過梁下鐵設置分兩排布置，框架梁下鐵可布置在過梁下鐵第一與第二排鋼筋之間，框架梁接頭位置應該設置在支座附近，并安一定比例錯開?？蚣芰荷翔F可直接擱置在過梁上鐵上，同時框架梁主筋錨固的長度必須符合規(guī)范。另外，在框架剪力墻結構設計中，主梁與次梁的節(jié)點設計非常重要，所以，主次梁鋼筋位置的設計也就成為重點。通常情況下，次梁上鐵鋼筋應該在主梁鋼筋之上，次梁主筋在板筋之下，如果主次梁節(jié)點的鋼筋設計不好，就會使板筋或次梁上鐵鋼筋保護層厚度過小，對于結構的抗震能力會有一定影響。

3結語

鋼筋混凝土結構與鋼結構相比，具有整體性強、剛度大、位移小和舒適度好的優(yōu)點。在我國的高層建筑中大多采用了鋼筋混凝土結構，所以鋼筋混凝土的結構設計問題也就非常重要。高層建筑的鋼筋混凝土結構設計是一個比較復雜的過程，每個小失誤都有可能導致建筑出現(xiàn)各種質量問題。建筑設計師在設計過程中，應該嚴格按照國家相關規(guī)定，認真分析、科學計算，確保高層建筑的整體質量和結構安全。

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