對(duì)高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題的探析

王際雄遼寧工程技術(shù)大學(xué)建筑工程學(xué)院

對(duì)高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題的探析

王際雄
遼寧工程技術(shù)大學(xué)建筑工程學(xué)院

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，高層建筑數(shù)量不斷增多，而且建筑類型和功能也逐漸復(fù)雜化，這給高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。因此，深入分析和探究高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題，對(duì)于提升我國(guó)高層建筑設(shè)計(jì)水平與工程質(zhì)量都具有重要意義。本文從高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則入手，分析了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的常見問(wèn)題，并在此基礎(chǔ)上對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了探究。

高層建筑；鋼筋混凝土；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1 引言

近些年，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，城鎮(zhèn)化速度越來(lái)越快，高層建筑數(shù)量不斷增多，并且高層建筑的類型和功能也越來(lái)越復(fù)雜，這給高層建筑的設(shè)計(jì)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為高層建筑設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，是確保高層建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、抗震性和耐久性的關(guān)鍵，但目前我國(guó)在高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面還存在一些不足，因此，深入探究高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的常見問(wèn)題，對(duì)于提升我國(guó)高層建筑設(shè)計(jì)水平，提高高層建筑的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、抗震性和耐久性等都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

（1）安全性原則

安全性是指高層建筑在設(shè)計(jì)的合理使用年限內(nèi)，其結(jié)構(gòu)應(yīng)可以經(jīng)受各種類型的突發(fā)情況，且在遭遇偶然事件之后其結(jié)構(gòu)必須能夠保持較高的穩(wěn)定性。在高層建筑設(shè)計(jì)中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直接影響著結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，是安全性保障的關(guān)鍵。因此，在高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，所有施工方案和技術(shù)都要以安全性為第一要?jiǎng)?wù)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是必須滿足的硬性要求。

（2）耐久性原則

耐久性是指高層建筑在設(shè)計(jì)的合理使用年限內(nèi)，其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定以及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的功能連續(xù)應(yīng)當(dāng)具備一定的耐久性，可承受結(jié)構(gòu)自重。作為高層建筑的結(jié)構(gòu)主體，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性直接影響著高層建筑的使用壽命[1]。因此，在高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，不斷提高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，也是高層建筑工程建設(shè)的主要目標(biāo)和工作重點(diǎn)。

（3）適用性原則

適用性是指高層建筑在設(shè)計(jì)的合理使用年限內(nèi)，其結(jié)構(gòu)能夠滿足高層建筑整體的各項(xiàng)使用需求和功能要求，并且具有較好的抗震、抗裂和抗變形能力。作為高層建筑的結(jié)構(gòu)主體，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)還直接影響著高層建筑功能的實(shí)現(xiàn)。因此，在高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，還必須針對(duì)用戶使用要求進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，以保證功能性需求，并且充分考慮地震、裂縫和形變等影響因素，為用戶提供一個(gè)舒適、安全的建筑環(huán)境。

3 高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題及要點(diǎn)

3.1 高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題分析

（1）結(jié)構(gòu)體系的選擇

在高層建筑鋼筋混凝土設(shè)計(jì)中，合理選擇結(jié)構(gòu)體系是設(shè)計(jì)重點(diǎn)之一。高層建筑對(duì)鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)要求比傳統(tǒng)建筑要高，因此必須在保證混凝土結(jié)構(gòu)剛度的前提下，對(duì)鋼筋混凝土內(nèi)、外部結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，以保證結(jié)構(gòu)對(duì)強(qiáng)度和形變的范圍要求[2]。如果建筑地基比較穩(wěn)固且上部結(jié)構(gòu)能夠滿足變形限值，則可重點(diǎn)考慮外觀，而盡量減小結(jié)構(gòu)剛度。如果結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)位移和層間位移限值不夠合理，則可通過(guò)一定措施來(lái)突破限值，但要注意側(cè)向剛度增加會(huì)使外柱剪力增加，轉(zhuǎn)換層上下剛度比應(yīng)保持在1左右較為合理。

（2）短肢剪力墻的設(shè)計(jì)

短肢剪力墻是指截面厚度小于300mm，且各短肢截面高度與厚度比介于4與8之間的剪力墻。在高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，短肢剪力墻具有很強(qiáng)的功能性，其設(shè)計(jì)直接關(guān)系到建筑結(jié)構(gòu)的可靠性、穩(wěn)定性和抗震性。但是，在高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，切忌頻繁使用短肢剪力墻，應(yīng)在確保高層建筑抗震目標(biāo)達(dá)成范圍內(nèi)，盡量減少短肢剪力墻數(shù)量，從而降低高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的后續(xù)施工和處理難度，優(yōu)化建設(shè)過(guò)程。

（3）結(jié)構(gòu)高度的控制

在高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必須做好高度控制，如果發(fā)生超高問(wèn)題，將直接影響高層建筑的抗震性能。為了保證抗震性符合要求，不同高度需要遵循不同的設(shè)計(jì)規(guī)范，因此，當(dāng)高度變化時(shí)，尤其是超高時(shí)，必須重新進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，從而避免出現(xiàn)問(wèn)題。另外，在高層建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中，對(duì)結(jié)構(gòu)的總高度也是有嚴(yán)格限制的，在新規(guī)范中，將原限制高度設(shè)定為A級(jí)，并新增了B級(jí)高度。所以，設(shè)計(jì)時(shí)必須予以區(qū)分，一旦超過(guò)等級(jí)限制，設(shè)計(jì)和施工都必須重新進(jìn)行。

3.2 高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)探究

（1）結(jié)構(gòu)抗震性能的設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計(jì)是高層建筑鋼筋混凝土設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容和關(guān)鍵因素，必須格外重視，要在成本控制的前提下，不斷強(qiáng)化建筑的抗震性能。因此，在高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要根據(jù)國(guó)家抗震標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范確定建筑結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)。通常情況下，建筑層數(shù)越多，其結(jié)構(gòu)剛度突變系數(shù)越大，則其振型數(shù)就應(yīng)該取的更大[3]，比如在包含多塔結(jié)構(gòu)或頂部有轉(zhuǎn)換層、小塔樓的建筑結(jié)構(gòu)中，其振型數(shù)應(yīng)至少大于12，但其上限必須控制在建筑總層數(shù)的3倍以內(nèi)（除了含有彈性的樓板）。

（2）高強(qiáng)混凝土的應(yīng)用

高強(qiáng)混凝土是指硬化后強(qiáng)度等級(jí)不低于C60的混凝土，其具有密度大、抗壓強(qiáng)度高、孔隙率低以及抗形變能力強(qiáng)等特點(diǎn)。在高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)中，應(yīng)用高強(qiáng)混凝土可以有效降低建筑用鋼量，從而降低建筑成本和施工難度。但在高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要注意合理選擇和應(yīng)用高強(qiáng)混凝土，比如在保障安全的前提下，運(yùn)用高強(qiáng)鋼筋和混凝土優(yōu)化處理構(gòu)筑件的截面積，可有效降低對(duì)結(jié)構(gòu)的壓力。

（3）結(jié)構(gòu)耐久性能的設(shè)計(jì)

耐久性能設(shè)計(jì)是傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最容易被忽視的問(wèn)題，在高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，則必須予以重視。高層建筑工程的質(zhì)量要求較傳統(tǒng)建筑工程高出很多，而且高層建筑物在投入使用后更易受到周圍環(huán)境和條件的影響，使其穩(wěn)定指數(shù)下降，因此，只有加強(qiáng)高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性能設(shè)計(jì)，才能保證在建筑的使用年限內(nèi)完全滿足用戶的各種使用需求。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)作為高層建筑的基礎(chǔ)，其設(shè)計(jì)質(zhì)量直接關(guān)系著高層建筑的安全性、耐久性和適用性，因此在高層建筑工程中必須充分重視鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題，嚴(yán)格遵照國(guó)家相關(guān)規(guī)范，結(jié)合實(shí)際情況不斷優(yōu)化每個(gè)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，努力提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、抗震性和使用壽命，從而促進(jìn)我國(guó)現(xiàn)代建筑行業(yè)的健康發(fā)展。

[1]韓喜娟.高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題初探[J].城市建設(shè)理論研究，2015（05）.

[2]陳文龍.談高層建筑設(shè)計(jì)中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固的設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J].江西建材，2016（23）.

[3]孟凡偉.高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)淺談[J].門窗，2016（06）.