淺論高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中混凝土的應(yīng)用

張?jiān)冽?/p>

【摘 要】高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，混凝土的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，其對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及建筑工程的質(zhì)量改善具有重要的意義。本文就高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中混凝土的應(yīng)用進(jìn)行研究。

【關(guān)鍵詞】混凝土；設(shè)計(jì)；施工

在高層建筑中，混凝土結(jié)構(gòu)可以利用混凝土的硬度和強(qiáng)度來(lái)保證建筑整體的穩(wěn)定性，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中是一個(gè)需要考慮的問題。而且，高層建筑依賴其混凝土結(jié)構(gòu)，可以承受更大的荷載，更好的提升混凝土結(jié)構(gòu)抗震能力，從而保證建筑的堅(jiān)固。

一、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中混凝土設(shè)計(jì)原則

1、規(guī)則性。盡量采用規(guī)則的高層建筑結(jié)構(gòu)，保證建筑平面、豎向及結(jié)構(gòu)布置對(duì)抗震有利；

2、合理性。要具備合理的傳力途徑，使作用在上部結(jié)構(gòu)的水平力和豎向力能夠直接、不間斷地傳遞到基礎(chǔ)，避免中斷和遷回；具有整體的可靠性和牢固性，當(dāng)高層建筑結(jié)構(gòu)受到作用力喪失致使整個(gè)結(jié)構(gòu)的倒塌；確定構(gòu)件與構(gòu)件之間、結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)之間，該徹底分離的絕不似分非分，該牢固的絕不似接非接；

3、銜接性。處理好結(jié)構(gòu)單元與結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力之間的關(guān)系，盡量設(shè)置多道抗震防線，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗震能力。

二、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中混凝土的應(yīng)用要點(diǎn)分析

1、保證高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性

建筑結(jié)構(gòu)的高寬比越大，受地震引起的側(cè)移和顛覆作用就會(huì)越大。所以建議高寬比很大的高層建筑盡可能使用配有鋼筋的樁基礎(chǔ)，因?yàn)闃妒锹裨谕林械募?xì)長(zhǎng)構(gòu)件，具有較好的抗拔性，抵抗上部結(jié)構(gòu)傾覆的能力較強(qiáng)，從而保證高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。同時(shí)。要增加高層建筑的下部幾層寬度.必須控制在規(guī)范的高寬比限值內(nèi)，極力避免大底盤建筑的形成。這時(shí)可以采取設(shè)置類似扶壁的鋼筋混凝土構(gòu)件的方法，增加基礎(chǔ)底板的懸挑高度來(lái)擴(kuò)大基礎(chǔ)底面積。確保整體建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是整個(gè)高層設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的水平對(duì)于建筑的主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)有直接影響，同時(shí)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)對(duì)于整個(gè)工程造價(jià)起著決定性因素。在它的設(shè)計(jì)過程中要注意以下問題，高層建筑的基礎(chǔ)采用筏板基礎(chǔ)時(shí)不能無(wú)條件地按照倒樓蓋方法進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，要嚴(yán)格參照基礎(chǔ)按倒樓蓋法進(jìn)行計(jì)算的適用條件；在工程采用設(shè)置沉降后澆帶的措施時(shí)，為了確定后澆帶混凝土的澆注時(shí)間，在完成高層建筑高、低層間的沉降差的計(jì)算后需要了解澆帶對(duì)于沉降差的釋放情況，這就需要設(shè)計(jì)人員要對(duì)工程地質(zhì)的條件有相當(dāng)?shù)牧私狻４送?，在地基的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中要參照地方性規(guī)范，由于我國(guó)不同地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜程度各不相同，很難對(duì)各地的地基基礎(chǔ)做出詳細(xì)一致規(guī)定，這就要求設(shè)計(jì)人員要對(duì)當(dāng)?shù)氐囊?guī)范進(jìn)行深入理解，做出恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)。

3、抗震設(shè)計(jì)

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗震是一個(gè)重要的參考方面，需要充分考慮以提高它的可靠性。對(duì)于普通的高層建筑，可以按照《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中的相關(guān)規(guī)定來(lái)確定建筑的抗震等級(jí)和相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求，相應(yīng)的的裙樓的抗震等級(jí)參照于主體建筑的抗震等級(jí)，對(duì)于那些復(fù)雜的高層建筑也要按照相關(guān)的規(guī)定來(lái)確定，當(dāng)?shù)叵陆ㄖ捻敯迨巧喜拷ㄖ那豆潭藭r(shí)，通常地下一層的抗震等級(jí)應(yīng)該和上部建筑一致，地下一層以下建筑的抗震等級(jí)可以相應(yīng)降低。

4、剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在剪力墻的端部應(yīng)設(shè)置端柱等邊緣構(gòu)件，這些邊緣構(gòu)件可以作為約束柱，在高層建筑結(jié)構(gòu)的剛度比較小但層間位移與頂點(diǎn)位移比較大時(shí)，應(yīng)加大暗柱的截面，此時(shí)邊緣構(gòu)件可以起到很大的作用，當(dāng)剪力墻的截面面積和樓層面積的比值比較大時(shí)但房屋高度比較小的情況下，端部的暗柱所起的作用就比較小。

為了提高剪力墻的變形性能防止發(fā)生破壞，當(dāng)剪力墻的截面比較長(zhǎng)時(shí)應(yīng)盡量設(shè)置弱連梁，將墻體分為多肢墻或者單肢墻，設(shè)置連梁時(shí)不能太強(qiáng)，否則在水平地震的作用下會(huì)使墻肢出現(xiàn)全面受拉，容易造成危險(xiǎn)。當(dāng)連梁太弱以致墻肢變成單肢墻時(shí)，由于單肢墻的延性差并且僅有一道抗震防線，降低了它的可靠性。實(shí)際設(shè)計(jì)中要注意對(duì)連梁的剛度進(jìn)行折減，防止剪力墻中的連梁超過截面的允許值。

對(duì)于大開間剪力墻結(jié)構(gòu)而言，其優(yōu)點(diǎn)在于：墻體數(shù)量少，相應(yīng)的混凝土用量少，墻體的約束構(gòu)件少，結(jié)構(gòu)自重輕；相對(duì)小開間剪力墻結(jié)構(gòu)，其抗推剛度小，自振周期長(zhǎng)，水平地震作用小；墻體的配筋率適當(dāng)，結(jié)構(gòu)的延性增加，地震時(shí)能充分發(fā)揮墻體約束構(gòu)件的作用使用空間大，建筑布置靈活。另一方面，其缺點(diǎn)又在于：樓板跨度大，鋼筋用量大；要求設(shè)置高效輕質(zhì)的隔墻，造價(jià)高。

5、屋面高大女兒墻設(shè)計(jì)

如果女兒墻的高度較高，那么我們需要仔細(xì)計(jì)算女兒墻能夠經(jīng)受到的水平荷載。因?yàn)槠鋫?cè)向剛度較小，女兒墻通常情況下是使用鋼筋混凝土材料，對(duì)于配筋的計(jì)算可以通過支承于屋頂?shù)膽冶郯鍋?lái)考慮，且應(yīng)配雙層鋼筋。為保證屋面女兒墻與主體結(jié)構(gòu)的可靠連接，屋面女兒墻所在的框架梁或墻必須具有足夠的抗彎、抗扭剛度，即對(duì)框架梁要根據(jù)女兒墻的底部計(jì)算彎矩配置受扭鋼筋。

6、地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高層建筑的基礎(chǔ)埋深一般較深，所以一般情況下都地下設(shè)施，對(duì)于地下設(shè)施的抗震性能不能忽視，它對(duì)于高層建筑的穩(wěn)定有重要作用，在設(shè)計(jì)的過程中要考慮到抗震設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)構(gòu)工程師要根據(jù)地下結(jié)構(gòu)的不同情況進(jìn)行相應(yīng)的抗震設(shè)計(jì)。對(duì)于嵌固端設(shè)置的位置不同所造成的對(duì)于計(jì)算結(jié)果的影響要充分考慮。高層建筑基礎(chǔ)應(yīng)該有滿足要求的埋置深度，在一些設(shè)計(jì)圖紙上，有些高層建筑從地上部分到地下部分用變形縫來(lái)徹底分開，這就造成高層建筑基礎(chǔ)的埋深甚至沒有埋深，這很容易造成地震時(shí)建筑物的滑移、整體傾斜，這個(gè)問題值得關(guān)注。此外，對(duì)于高寬比較大的高層建筑來(lái)說應(yīng)盡可能的采用深基礎(chǔ)，通常采用配有鋼筋的樁作基礎(chǔ)，此處的鋼筋的錨固長(zhǎng)度要盡量大，樁土摩擦力就使得樁的抗拔性非好，可以有效地防止高層結(jié)構(gòu)的傾覆。

7、防止混凝土干縮變形

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范規(guī)定，在室內(nèi)條件下現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)伸縮縫的最大間距為55m，現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)伸縮縫的最大間距為45m。在露天條件下，結(jié)構(gòu)伸縮縫的間距還要小，這樣規(guī)定的目的就是解決兩個(gè)方面的問題：

1）現(xiàn)澆混凝土在凝固硬化時(shí)會(huì)產(chǎn)生收縮應(yīng)力，以致在結(jié)構(gòu)中形成干縮裂縫，結(jié)構(gòu)越長(zhǎng)，干縮的影響越大。

2）結(jié)構(gòu)在使用其間必然要經(jīng)過春夏秋冬季節(jié)的變化，大氣溫度的變化會(huì)使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生熱脹冷縮，從而在結(jié)構(gòu)中造成溫度裂縫，同樣，結(jié)構(gòu)越長(zhǎng)，溫度的影響越大。但是，在實(shí)際工程中超長(zhǎng)建筑物常常出現(xiàn)。為了解決超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)混凝土干縮裂縫的問題，目前常常采用的一種辦法是設(shè)置混凝土后澆帶，即將較大的樓板面積劃分成小的區(qū)格，首先用混凝土澆筑小的區(qū)格，當(dāng)小區(qū)格混凝土干縮變形大部分完成后，再澆筑區(qū)格之間的預(yù)留帶。這樣在很大程度上減少了結(jié)構(gòu)的干縮裂縫。但是，后澆帶不能代替結(jié)構(gòu)的溫度伸縮縫。因?yàn)楹鬂矌Щ炷劣不?，樓板連接成一個(gè)較長(zhǎng)的整體，后澆帶的作用不再存在。建筑實(shí)際表明，溫差作用下的建筑結(jié)構(gòu)有一定的應(yīng)力變化規(guī)律，主要有：1）屋面或屋面下1層～2層應(yīng)力較大，以下各層迅速遞減。2）同一層樓板處中間應(yīng)力大，兩邊應(yīng)力小。3）對(duì)剪力墻來(lái)講則是兩端應(yīng)力大，中間應(yīng)力小。4）對(duì)于山墻來(lái)講頂部幾層的拉應(yīng)力大。5）結(jié)構(gòu)剛度突變的一層應(yīng)力大，比如結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層上面的那一層。建立于以上相對(duì)溫度應(yīng)力變化規(guī)律，超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的應(yīng)對(duì)策略，主要有：1）加強(qiáng)屋面、外墻面的保溫隔熱措施，減少陽(yáng)光對(duì)結(jié)構(gòu)的直接輻射。2）對(duì)溫度應(yīng)力較大的部位加強(qiáng)配筋，溫度鋼筋要設(shè)置的細(xì)而密。3）對(duì)屋頂外露挑檐板、女兒墻等構(gòu)件，每隔15m左右設(shè)置一道縫，縫寬20mm，縫內(nèi)縱向鋼筋可以不斷開。

結(jié)束語(yǔ)

混凝土結(jié)構(gòu)可以利用混凝土的硬度和強(qiáng)度來(lái)保證建筑整體的穩(wěn)定性，高層建筑依賴其混凝土結(jié)構(gòu)，可以承受更大的荷載，并且在地震的作用之下，還能保證建筑的堅(jiān)固。所以，要將混凝土更好的應(yīng)用于高層建筑中，提高建筑的穩(wěn)固性、耐久性。

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