高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設計問題探討（二）

李海東

【摘要】高層建筑在平面布置和體型構(gòu)造上也越來越復雜化，這對現(xiàn)代高層建筑設計和結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)合筆者多年的建筑設計經(jīng)驗，對高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設計的重點和難點問題進行具體探討。

【關鍵詞】高層建筑；鋼筋混凝土；結(jié)構(gòu)設計

0引言

高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)可采用框架、剪力墻、框架——剪力墻、筒體和板柱——剪力墻結(jié)構(gòu)體系。高層建筑結(jié)構(gòu)的豎向布置應該有合理的剛度分布，同時在水平布置上也應有合理的承裁力分布，就能避免因局部位置突變而形成薄弱部位。而且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(jié)構(gòu)設計，可以說是現(xiàn)代建筑設計的重點和難點。

1高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計

1.1鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計原則

高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)優(yōu)化設計的原則。在進行優(yōu)化設計時首先必須保證結(jié)構(gòu)的安全性和使用性能；還要盡量簡化結(jié)構(gòu)，有效的減少結(jié)構(gòu)構(gòu)件；另外，結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)設計特點

高層建筑鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設計時，首先需要對結(jié)構(gòu)整體的內(nèi)力進行分析，然后根據(jù)梁柱各構(gòu)件的控制內(nèi)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(jié)構(gòu)構(gòu)件的配筋量進行計算分析，最終確定設計結(jié)果。設計過程中可能會使原結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)內(nèi)力分布特征會有所改變，而各控制截面的控制內(nèi)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(jié)構(gòu)設計是一個循序漸進的過程。

1.3框架——剪力墻結(jié)構(gòu)設計方法

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

2鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設計問題

2.1結(jié)構(gòu)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(nèi)，另外，盡量不考慮采用角部重疊的平面圖形。

2.1.1在對結(jié)構(gòu)平面進行布置時，要盡量減少扭轉(zhuǎn)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(gòu)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(jié)構(gòu)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(diào)整好高層建筑的平面形狀和結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(cè)的建筑高度不同，防震縫的寬度則應該依據(jù)較低一側(cè)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(jié)構(gòu)設計時，應該盡量減少或者不采用短肢剪力墻。

2.2豎向結(jié)構(gòu)設計問題

高層建筑的豎向結(jié)構(gòu)設計非常重要，它對建筑的整體質(zhì)量影響極大。高層建筑的豎向結(jié)構(gòu)應該盡量規(guī)則、均勻，避免有較大的外挑和內(nèi)收。高層建筑的豎向結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)不垂直或者不均勻，就需要外加單獨的構(gòu)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(nèi)收型樓層的側(cè)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(cè)向剛度平均值的80%。A級高度的高層建筑，其樓層抗側(cè)力結(jié)構(gòu)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(cè)力結(jié)構(gòu)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(zhì)量沿著高度應該均勻分布，不能出現(xiàn)樓層間質(zhì)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(nèi)側(cè)通過，考慮在框架梁靠近柱一側(cè)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(jié)構(gòu)受力構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的抗震能力會有一定影響。

2.5抗震等級設計問題

高層建筑鋼筋混凝土設計必須注意其抗震等級設計的問題，在對高層建筑進行抗震設計時，其結(jié)構(gòu)構(gòu)件應該根據(jù)抗震設防分類、烈度、結(jié)構(gòu)類型以及建筑高度等不同需要來設計不同的抗震等級，設計時應該符合相應計算和構(gòu)造要求。

3結(jié)論

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，所以鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)設計問題也就非常重要。高層建筑的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)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(zhì)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(zhì)量和結(jié)構(gòu)安全。

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