高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

劉同新 王業(yè)順 秦鳳艷

（1.中煤科工集團(tuán)重慶設(shè)計(jì)研究院有限公司 404100；2.皖西學(xué)院 建筑與土木工程學(xué)院， 安徽 六安 237012）

0 引言

城鎮(zhèn)化發(fā)展使得城鎮(zhèn)的土地資源緊張起來(lái)，進(jìn)而使建筑行業(yè)的建設(shè)成本也就大幅度增加；人們對(duì)生活品質(zhì)的要求也越來(lái)越高，這樣一來(lái)也就大大加快了建筑行業(yè)的發(fā)展。如今在城區(qū)內(nèi)高樓萬(wàn)象，同時(shí)也對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師提出了更高的要求。

1 高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中存在問題探討

鋼筋混凝土是房屋建筑中最重要也是使用量最大的合成材料，但是由于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的密度不夠，極易受自然環(huán)境因素影響導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)發(fā)生變形、開裂等現(xiàn)象，嚴(yán)重的可能危害到人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全。另外，當(dāng)鋼筋混凝土合成材料遇到某種不可抗的外力碰撞或敲擊時(shí)，該結(jié)構(gòu)會(huì)受到一定的破壞，使其結(jié)構(gòu)極其不穩(wěn)定。此外，由于高層建筑工程量大、周期長(zhǎng)、工序繁雜、技術(shù)要求較多等不定性因素影響，致使施工難度不斷增大。鋼筋混凝土合成材料在房屋建筑中的重要性同時(shí)也決定了其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的的重要性，對(duì)其設(shè)計(jì)要求自然也相對(duì)較高。但在其實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，大多數(shù)設(shè)計(jì)人員都沒有親臨施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地查看和監(jiān)督，從而導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不夠嚴(yán)謹(jǐn)，容易出現(xiàn)問題，造成施工安全隱患，甚至對(duì)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益造成影響。

2 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

2.1 安全準(zhǔn)則

高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量直接關(guān)系著人們生命和財(cái)產(chǎn)安全。因此，在進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要以安全為設(shè)計(jì)之根本，只有確保其安全性能，才能使建筑本身富有意義和價(jià)值。所以，在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)師要確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全的前提下結(jié)合有關(guān)施工技術(shù)、施工安全、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等進(jìn)行設(shè)計(jì)，只有這些全部達(dá)到要求以后方能追求美觀、大方，甚至追求富有藝術(shù)氣息的設(shè)計(jì)。

2.2 適用準(zhǔn)則

高層建筑建成后最終是由人來(lái)使用它，所以在對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)一定要綜合各方面因素考慮建筑的使用功能。比如說(shuō)，在實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要對(duì)室內(nèi)空間布局有很好的構(gòu)思，需要什么樣的空間就要選用什么樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型，在梁柱布置時(shí)，要充分考慮到該布局是否影響了室內(nèi)面積的實(shí)用性，是否防礙了某種功能的使用等等。只有在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中保持良好的適用準(zhǔn)則，才能使建筑自身的特點(diǎn)充分發(fā)揮其作用，更能贏得廣大消費(fèi)者的喜愛，從而使企業(yè)實(shí)現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 可靠準(zhǔn)則。

由于建筑有其使用年限要求，因此，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般會(huì)根據(jù)設(shè)計(jì)其本身的用途以及重要程度綜合分析后進(jìn)行的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)中，材料的選擇也相當(dāng)重要，這是因?yàn)樗械牟牧喜还芩男再|(zhì)如何均有其本身的使用壽命。一般來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會(huì)根據(jù)建筑的使用年限來(lái)進(jìn)行，以確保建筑的安全、可靠、耐用。古往今來(lái)，也出現(xiàn)了許多古建筑的使用年限遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了其設(shè)計(jì)年限依然屹立不倒，這是因?yàn)槠湓诮Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)堅(jiān)持可靠準(zhǔn)則，其所運(yùn)用的技術(shù)及材料都要符合其可靠、耐用性。現(xiàn)今，常常能聽到所謂的豆腐渣工程，這是因?yàn)槠涫褂媚晗捱h(yuǎn)不能達(dá)到其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)生這種現(xiàn)象的原因有許多，但其在設(shè)計(jì)時(shí)很大程度上與沒有注重使用材料的可靠、耐用性能有關(guān)。

3 淺析鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 強(qiáng)化抗震設(shè)計(jì)

城市化進(jìn)程，促使高層建筑發(fā)展，以此滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的工作生活需求；然而，較之傳統(tǒng)低矮建筑，高層建筑其抗震功能要求更為嚴(yán)格，對(duì)于高樓大廈有著至關(guān)重要作用，特別是就地震等惡劣環(huán)境所具有的抵抗能力。鋼筋混凝土作為高樓主要抗震結(jié)構(gòu)，經(jīng)過多年研究實(shí)踐證明具有極高安全性及抗震性。因此，在進(jìn)行高層建筑設(shè)計(jì)時(shí)必須重點(diǎn)關(guān)注鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗震功能。對(duì)于高樓大廈建設(shè)當(dāng)中，它的樓層數(shù)量與結(jié)構(gòu)剛度突變系數(shù)比較大時(shí)，要選取它的振型數(shù)值。對(duì)于高樓當(dāng)中多塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、頂部塔樓和轉(zhuǎn)換層等振型數(shù)應(yīng)當(dāng)大于12，同時(shí)它的大小原則上不允許大于樓層總數(shù)3倍；特別是在進(jìn)行彈性樓板建設(shè)剛性要求分析時(shí)，振型數(shù)應(yīng)該取更大值。因此，為保障高層建筑結(jié)構(gòu)安全，必須做好其鋼筋混凝土抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

3.2 加強(qiáng)耐久性

人們生活水平日益提高，對(duì)于樓房建設(shè)要求越來(lái)越高，加強(qiáng)鋼筋混凝土耐久性設(shè)計(jì)，關(guān)乎人們使用體驗(yàn)。通常在進(jìn)行高樓建筑設(shè)計(jì)時(shí)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)往往忽略一些來(lái)至于項(xiàng)目周邊地質(zhì)等環(huán)境因素，極有可能給項(xiàng)目大樓結(jié)構(gòu)功能帶來(lái)危害，因此，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，其建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的保障必須是強(qiáng)化建材性能管控，結(jié)合有效控制成本造價(jià)的前提下，最大化選取具有更好性能的建材，以保障建筑大樓本身耐久性要求。高樓大廈的耐久性直接關(guān)系著用戶使用體驗(yàn)，保障著人們生命財(cái)產(chǎn)安全，因此必須加強(qiáng)鋼筋混凝土耐久性設(shè)計(jì)。

3.3 融入創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念

創(chuàng)新是社會(huì)進(jìn)步永恒動(dòng)力，對(duì)于高樓大廈鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也必須融入創(chuàng)新設(shè)計(jì)思維，為我國(guó)建筑事業(yè)發(fā)展增添動(dòng)力。在進(jìn)行高層建筑設(shè)計(jì)時(shí)融入一些創(chuàng)新理念，設(shè)計(jì)出一個(gè)新穎樓層方案，同時(shí)能保證鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有較高抗震、抗風(fēng)及抗彎等屬性，此類創(chuàng)新設(shè)計(jì)不僅能很好滿足市場(chǎng)需求提高競(jìng)爭(zhēng)力，還能就高樓大廈鋼筋混凝土彈性功能達(dá)標(biāo)的前提下，盡可能設(shè)計(jì)出它的延展性，融入創(chuàng)新設(shè)計(jì)將是我國(guó)高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)展方向。

3.4 注重剪力墻設(shè)計(jì)

剪力墻作為高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵，是保障高樓大廈本身可靠性重要手段，因此必須注重其設(shè)計(jì)。在進(jìn)行剪力墻設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)注意在其端部配以邊緣構(gòu)件，好比端柱，它具有約束柱功能，在高樓其樓層間及頂點(diǎn)位移足夠大，此時(shí)把柱體加大即截面積加大，此狀態(tài)才能最好發(fā)揮約束柱性能；反之，在樓房高度不大時(shí)，且剪力墻截面積與樓層面積比值大時(shí)，其約束柱性能幾乎為零。除了做好剪力墻約束柱等設(shè)計(jì)，還要注重剪力墻抗變能力設(shè)計(jì)。在進(jìn)行剪力墻抗變?cè)O(shè)計(jì)時(shí)，可采取剪力墻截面部分加設(shè)連梁，對(duì)于多肢墻變單肢墻，應(yīng)當(dāng)把連梁設(shè)計(jì)降弱一點(diǎn)，如果連梁設(shè)置過強(qiáng)會(huì)在發(fā)生地震時(shí)造成墻肢拉伸變形，給高樓帶來(lái)安全隱患；反之當(dāng)連梁設(shè)計(jì)不夠強(qiáng)時(shí)，就會(huì)造成墻肢變?yōu)閱沃珡?qiáng)，把它的巖性及抗震性能等降低。由此當(dāng)我們進(jìn)行鋼筋混凝土抗變形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須科學(xué)合理獲取剪力墻截面最大允許值，將連梁剛度作必要降低，符合最大值范圍內(nèi)。

3.5 注重基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

正所謂“地下基礎(chǔ)決定上層建筑”，要想建筑經(jīng)久不衰，持久耐用，就必須要有良好的地下基礎(chǔ)。然而，地下基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)也和上層建筑一樣，同是采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)合成材料制成的；所以，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)一定要注重地下基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。這就要求設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行地下基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)一定要親臨施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地查看和監(jiān)督，并與施工人員達(dá)成良好的溝通協(xié)作關(guān)系，共同結(jié)合當(dāng)?shù)乜拐鹨蠛头€(wěn)定性要求有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行探討，最終確定設(shè)計(jì)方案，施工人員必須嚴(yán)格按照方案進(jìn)行施工，確保地下基礎(chǔ)的穩(wěn)固。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，高層建筑的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜且專業(yè)性極強(qiáng)的工作，要求我們認(rèn)真細(xì)致全面的做好設(shè)計(jì)當(dāng)中的每一個(gè)細(xì)節(jié)，保障高層建筑結(jié)構(gòu)安全可靠，為我國(guó)建筑事業(yè)的發(fā)展做好堅(jiān)實(shí)“基礎(chǔ)”。

[1]劉俊杰, 鄭光松. 試論高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J]. 工程技術(shù):引文版, 2017(2):00161-00161.

[2]池彬. 高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J]. 城市建設(shè)理論研究(電子版), 2017(24).