高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)總結(jié)

張瑞敏(山西省太原市 浙江西城工程設(shè)計(jì)有限公司山西分公司 030024)

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)總結(jié)

張瑞敏
(山西省太原市 浙江西城工程設(shè)計(jì)有限公司山西分公司 030024)

隨著科技的發(fā)展，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求也越來越高。加強(qiáng)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)的研究，有助于提高高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平。因此，對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)進(jìn)行了探討，希望對(duì)相關(guān)從業(yè)人員具有借鑒意義。

高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；要點(diǎn)

前言

高層建筑已成為我國建筑業(yè)的主要設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，在城市化的過程中，未來將有著更加良好的發(fā)展態(tài)勢。

1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的特點(diǎn)

1.1 重概念輕精度

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的首要任務(wù)是抗震設(shè)計(jì),無論是低烈度設(shè)防還是高烈度設(shè)防,都要保證結(jié)構(gòu)要足夠的延性和多道防線?？梢哉f抗震設(shè)計(jì)貫穿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的全過程。而抗震設(shè)計(jì)重要的是概念設(shè)計(jì),要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員有清晰的概念: 控制結(jié)構(gòu)承載力和剛度的分布，選擇抗震性能好的結(jié)構(gòu)體系,人為設(shè)置多道抗震防線,從構(gòu)件層面滿足”強(qiáng)柱弱梁,強(qiáng)剪弱彎,強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件,強(qiáng)墻弱連梁”,保證結(jié)構(gòu)在地震作用下要足夠的耗能能力。

重概念輕精度就是要從一開始就把握結(jié)構(gòu)的本質(zhì)問題,顧及關(guān)鍵部位的細(xì)節(jié),力求消除結(jié)構(gòu)中的薄弱環(huán)節(jié),從根本上保證結(jié)構(gòu)的抗震性能。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行的抗震計(jì)算和計(jì)算結(jié)果才是最為可信的,也一定是比較經(jīng)濟(jì)合理的。

1.2 高層結(jié)構(gòu)計(jì)算是一門藝術(shù)

基于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要解決抗震的任務(wù),設(shè)計(jì)中各種指標(biāo)的控制就顯得非常有藝術(shù)性。在抗震概念設(shè)計(jì)的指導(dǎo)下，結(jié)合建筑功能布局和工程實(shí)際情況,同時(shí)要使平面扭轉(zhuǎn)位移比,豎向側(cè)剛比,結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性,質(zhì)量和剛度分布,位移比,穩(wěn)定性指標(biāo)以及軸壓比等參數(shù)達(dá)到規(guī)范要求,我們需要從結(jié)構(gòu)布置入手,不斷試算,增刪構(gòu)件,改變約束條件等等,使結(jié)構(gòu)變的”既柔韌,又剛強(qiáng)”,這不得不說是一種藝術(shù),也是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的樂趣所在。

1.3 施工圖是設(shè)計(jì)語言

施工圖是設(shè)計(jì)師的語言，通過規(guī)范的施工圖,我們把結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理念和措施表達(dá)了出來。我們用他來和業(yè)主,施工方,以及項(xiàng)目的其他參與者進(jìn)行交流。好的施工圖能夠使我們的交流變的順暢，讓施工變的更加便捷。優(yōu)秀的施工圖可以反映一個(gè)團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)水平和服務(wù)能力。所以從設(shè)計(jì)說明到平面圖再到詳圖，設(shè)計(jì)人員都要認(rèn)真梳理，清晰表達(dá)，使整個(gè)設(shè)計(jì)一氣呵成，控制設(shè)計(jì)中的錯(cuò)，漏，碰，缺，避免給項(xiàng)目后期施工造成額外的成本。

2 結(jié)構(gòu)選型分析

2.1 結(jié)構(gòu)規(guī)則性

新舊規(guī)范在建筑物結(jié)構(gòu)規(guī)則方面的內(nèi)容出現(xiàn)了很大變動(dòng)，在這方面新規(guī)范增加了很多的限制條件。而且，新規(guī)范也明確表明了強(qiáng)制性的規(guī)定"建筑不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計(jì)方案。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合建筑實(shí)際情況，從結(jié)構(gòu)規(guī)則性入手設(shè)計(jì)，調(diào)整結(jié)構(gòu)模型和指標(biāo)，掌握結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主動(dòng)權(quán)。

2.2 結(jié)構(gòu)超高

在高規(guī)與抗震規(guī)范中，結(jié)構(gòu)總高度有嚴(yán)格的限制，特別是在新規(guī)范中，對(duì)于超高問題除了將原來的限制高度設(shè)定為 A 級(jí)高度外，還增設(shè)了 B 級(jí)高度的建筑。因此，必須對(duì)該項(xiàng)控制因素嚴(yán)格注意。如果高度超限，設(shè)計(jì)方法和構(gòu)造措施會(huì)有很大區(qū)別。施工圖審查，工程造價(jià)以及對(duì)工程進(jìn)度都會(huì)有很大影響。

2.3 嵌固端設(shè)置

高層建筑的嵌固端，一般設(shè)置在地下室的頂部，因?yàn)楦邔咏ㄖǔＳ腥朔赖叵率遥虼饲豆潭艘部梢栽O(shè)置在人防地下室的頂板上。然而，當(dāng)?shù)叵率业氖讓勇裆顑H有該層層高的1/3時(shí)，頂板不應(yīng)該作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端。實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，通過嚴(yán)格控制嵌固部位上下層側(cè)剛比,規(guī)定地下室頂板厚度和梁柱節(jié)點(diǎn)配筋，使設(shè)定的位置成為結(jié)構(gòu)的真正的嵌固部位。

2.4 短肢剪力墻

墻肢截面高厚度為 5-8 的剪力墻在新規(guī)范中規(guī)定為短肢剪力墻。短肢剪力墻在高層建筑中的應(yīng)用，規(guī)范在軸壓比和配筋上提出了更高的要求，而一般給計(jì)算和配筋量都會(huì)帶來不少麻煩。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師應(yīng)該盡量避免采用短肢剪力墻。

3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量優(yōu)化措施

3.1 平面布置

建筑平面盡量規(guī)則不超限；剪力墻結(jié)構(gòu)的高寬比不宜超過6；盡量不設(shè)轉(zhuǎn)換層，尤其是高位轉(zhuǎn)換；高度盡量取上限（如剪力墻結(jié)構(gòu)做80m或100m，7度區(qū)）；層高宜取2.9m。

3.2 梁鋼筋問題

上部鋼筋采用搭接、架立等做法規(guī)范有條文，且設(shè)計(jì)人員也常用。需要注意的是：框架梁的貫通鋼筋采用搭接并不一定經(jīng)濟(jì)。由于貫通鋼筋要求按受拉搭接，搭接區(qū)箍筋要加密。一二級(jí)首先要滿足1/4的要求，一般鋼筋直徑大于18，梁凈跨大于4米采用搭接才經(jīng)濟(jì)；三四級(jí)及非抗震框架梁的鋼筋直徑不小于16，梁凈跨大于4米搭接才經(jīng)濟(jì)。另外在連續(xù)梁長短跨相差1倍時(shí)，短跨其實(shí)已不存在搭接的問題了。建議負(fù)筋用兩種規(guī)格，小直徑的鋼筋通長。次梁上部跨中均用架立筋。

3.3 墻鋼筋問題

暗柱縱筋間距問題。對(duì)構(gòu)造邊緣構(gòu)件規(guī)范僅提到箍筋的無支長度不應(yīng)大于300mm的要求，導(dǎo)致暗柱縱筋間距大量采用300mm，反而比墻體分布筋間距還大。

盡量不要在墻端做較大的端柱。

標(biāo)準(zhǔn)層剪力墻分布筋問題。水平、豎向分布筋均用￠8@200，雖然符合規(guī)范要求，但由于珠三角地區(qū)一般￠8的只有HPB235級(jí)鋼，現(xiàn)場施工非常困難。建議豎向最少要用φ10+￠8間隔排放。

剪力墻截面高度與厚度之比為5～8，但兩側(cè)有跨高比不大于2.5的連梁或翼墻，可以不按短肢墻。

3.4 計(jì)算問題

連梁是按開洞還是按節(jié)點(diǎn)輸。這實(shí)際是程序的兩種處理方式。由于方法不同，得出的剛度也相差較大。按理說如果所有尺寸等前提條件一樣，結(jié)論應(yīng)該也是一樣的。但由于目前程序的模型假定是建立在很多簡化的基礎(chǔ)上，開洞處理比節(jié)點(diǎn)處理得出的整體剛度普遍大得多，而剪力墻的多少又直接影響造價(jià)。對(duì)于以追求低成本而贏利的不少開發(fā)商就要求只要能符合條件的就按開洞處理。曾經(jīng)與PKPM開發(fā)部溝通過，他們認(rèn)為當(dāng)跨高比不大于3時(shí)用開洞處理才比較合適，其它的建議用節(jié)點(diǎn)處理。

剪力墻的長度在規(guī)范有不宜大于8m的規(guī)定，條文解釋得很清楚，剪力墻宜設(shè)計(jì)成高寬比大于2的細(xì)高剪力墻，這樣容易設(shè)計(jì)成彎曲破壞的延性剪力墻。對(duì)于高度較大的剪力墻（如大量的接近100m的住宅等），超過8m的剪力墻未必不可以，關(guān)鍵是要避免應(yīng)力過于集中到某片剪力墻（如只有個(gè)別墻肢大于8米而大多數(shù)為，僅較小墻肢，一旦遭受強(qiáng)烈地震，大墻肢首先破壞分擔(dān)較小剪力的小墻肢就會(huì)被各個(gè)擊破）。

4 未來趨勢：住宅產(chǎn)業(yè)化

隨著人類改造自然進(jìn)程的深入，環(huán)保的要求和緊迫性越來越高。同時(shí)我國人口結(jié)構(gòu)在發(fā)生變化，人口紅利逐漸消失。住宅產(chǎn)業(yè)化成為未來建筑發(fā)展的一大趨勢，預(yù)計(jì)建設(shè)成本將降低10%-15%。目前，建設(shè)流程的征求意見稿已經(jīng)印發(fā)?，F(xiàn)狀是現(xiàn)在的技術(shù)支持和業(yè)務(wù)推動(dòng)還不成熟，業(yè)主也不愿主動(dòng)去做。作為設(shè)計(jì)人員，我們要未雨綢繆，注意收集信息，如規(guī)范《預(yù)制裝配整體式鋼筋混凝土技術(shù)規(guī)范》，關(guān)注結(jié)構(gòu)構(gòu)件的預(yù)制率，裝配率，從頭學(xué)習(xí)，使我們未來能夠更好的提供服務(wù)。

5 結(jié)束語

經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展所帶來的是提高生活質(zhì)量，和人們追求高層次的生活的向往。我們國家人口眾多，就要求我們國家的建筑物，不僅要確保最基本的安全和功能，還要滿足人們對(duì)新環(huán)境的要求，充分利用土地，節(jié)約建設(shè)成本，使新的建筑順應(yīng)新時(shí)代的發(fā)展。

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[3]王永，胡凌燕 .淺析高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) [J]. 中華民居（下旬刊），2013

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