鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)技

楊少帆 羅旭

【摘 要】近年來(lái)，高層建筑不斷涌現(xiàn)，不僅規(guī)模逐漸擴(kuò)大，形式也日趨多樣，但與此同時(shí)也暴露出了一系列弊端，畢竟安全性是建筑工程設(shè)計(jì)的第一原則，這一點(diǎn)不容置疑，如此一來(lái)，其鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)便得到了廣泛關(guān)注和高度重視。對(duì)此，本文結(jié)合高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，就其設(shè)計(jì)優(yōu)化策略進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)

隨著城市化建設(shè)進(jìn)程的不斷加快，高層建筑如雨后春筍般大量出現(xiàn)，足以見(jiàn)得其發(fā)展空間廣闊，其中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)以其位移小、剛度大、整體性好等優(yōu)越性逐漸成為其主要的結(jié)構(gòu)形式，但在具體實(shí)踐中卻面臨著設(shè)計(jì)難題，畢竟高層建筑對(duì)剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性有著極高的要求?？梢?jiàn)探討高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)意義重大。

一、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

混凝土是由膠凝材料水泥、砂子、石子和水，及摻和材料、外加劑等按一定的比例拌和而成。凝固后堅(jiān)硬如石，受壓能力好，但受拉能力差，容易因受拉而斷裂。（為了解決這個(gè)矛盾，充分發(fā)揮混凝土的受壓能力，常在混凝土受拉區(qū)域內(nèi)或相應(yīng)部位加入一定數(shù)量的鋼筋，使兩種材料粘結(jié)成一個(gè)整體，共同承受外力。這種配有鋼筋的混凝土，稱為鋼筋混凝土。鋼筋混凝土粘結(jié)錨固能力可以由四種途徑得到：

①鋼筋與混凝土接觸面上化學(xué)吸附作用力，也稱膠結(jié)力。

②混凝土收縮，將鋼筋緊緊握固而產(chǎn)生摩擦力。

③鋼筋表面凹凸不平與混凝土之間產(chǎn)生的機(jī)械咬合作用，也稱咬合力。

④鋼筋端部加彎鉤、彎折或在錨固區(qū)焊短鋼筋、焊角鋼來(lái)提供錨固能力。

特性編輯混凝土的收縮和徐變（蠕變）對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有重要意義。

二、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.優(yōu)點(diǎn)

（1）就地取材。

（2）耐久性、耐火性好（與鋼結(jié)構(gòu)比較）。

（3）整體性好。

（4）可模性好。

（5）比鋼結(jié)構(gòu)節(jié)約鋼材。

2.缺點(diǎn)

（1）自重大。

（2）混凝土抗拉強(qiáng)度較低，易裂。

（3）費(fèi)工、費(fèi)模板周期長(zhǎng)。

（4）施工受季節(jié)影響。

（5）補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)困難。

鋼筋混凝土最主要當(dāng)然與其材料：也就是鋼筋和混凝土有關(guān)啦，其中鋼筋的抗拉強(qiáng)度和混凝土的抗壓強(qiáng)度最重要。另外，施工之中還和天氣的溫度濕度等有關(guān)，因?yàn)闀?huì)影響到混凝土的凝結(jié)速度。

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

對(duì)于高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)而言，安全性、適用性和耐久性是其設(shè)計(jì)原則，而設(shè)計(jì)要點(diǎn)則主要涉及下述幾點(diǎn)：結(jié)構(gòu)選型要合理，如盡量在設(shè)計(jì)中減少短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的應(yīng)用；若地基穩(wěn)固，且上部結(jié)構(gòu)與變形限值相吻合，可盡量降低結(jié)構(gòu)剛度；建筑高度設(shè)計(jì)必須在與之對(duì)應(yīng)的規(guī)定范圍內(nèi)，以減少不必要的麻煩和損失；同時(shí)注意從抗震等級(jí)、平面布置、樓蓋結(jié)構(gòu)、豎向布置等多方面、多角度加以分析和設(shè)計(jì)，如綜合考慮房屋類型、結(jié)構(gòu)、高度、烈度等因素優(yōu)化抗震設(shè)計(jì)[1]；盡量選用風(fēng)力效應(yīng)小、規(guī)則簡(jiǎn)單、受力分布均勻的平面形狀；優(yōu)先考慮現(xiàn)澆樓蓋結(jié)構(gòu)，以提高高層建筑的舒適性和堅(jiān)固性等。

四、高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

1.重點(diǎn)優(yōu)化豎向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的豎向設(shè)計(jì)質(zhì)量對(duì)整個(gè)建筑來(lái)說(shuō)尤為關(guān)鍵，故為防止出現(xiàn)較大的內(nèi)收和外挑，建議盡量使其保持均勻和規(guī)則，就是從穩(wěn)定和重心角度出發(fā)，將其設(shè)計(jì)為側(cè)向變化均勻且上小下大的結(jié)構(gòu)形式。但若高層建筑豎向結(jié)構(gòu)既不垂直，也非正常的上小下大型，則要采取針對(duì)性設(shè)計(jì)措施以平衡、穩(wěn)定整體。如針對(duì)內(nèi)收豎向結(jié)構(gòu)的高層建筑，其樓層的側(cè)向剛度既要大于上一樓層剛度的70%，也要大于上三個(gè)相鄰樓層平均剛度的80%；若樓層質(zhì)量是隨著高度變化而均勻分布的，則樓層質(zhì)量應(yīng)小于下方相鄰樓層質(zhì)量的1.5倍等。此外樓層間的受剪承載力應(yīng)根據(jù)高層建筑級(jí)別加以合理設(shè)計(jì)。

2.合理設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)平面

若對(duì)高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)無(wú)特殊要求，則要盡量選用形狀規(guī)則而簡(jiǎn)單的平面布置結(jié)構(gòu)，以此合理分布承載力和剛度，并弱化風(fēng)力影響。如對(duì)于A級(jí)高層建筑而言，不適宜將其設(shè)計(jì)為細(xì)腰形或角部重疊式的平面圖形，而且出于對(duì)扭轉(zhuǎn)的考慮，必須將豎向構(gòu)件水平和層間最大位移控制在該樓層平均位移值的1.2倍和1.5倍之內(nèi)[2]；對(duì)于必須設(shè)計(jì)的框架結(jié)構(gòu)防震縫，其縫寬、高度通常分別大于100mm和小于15m；若防震縫兩側(cè)具有不同的房屋高度，則要根據(jù)低高度房屋確定縫寬；雖然不提倡采用短肢剪力墻，但若不得不采用，則必須使其截面厚度低于30cm，且每個(gè)肢截面的高厚最大比值必須處于4-8之間。

3.規(guī)范建筑抗震性能設(shè)計(jì)

抗震設(shè)計(jì)是高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，為切實(shí)提高建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和抗震能力，就必須對(duì)房屋結(jié)構(gòu)、高度、烈度等要素加以認(rèn)真分析，并結(jié)合建筑抗震規(guī)范要求設(shè)計(jì)抗震功能。一般情況下，若建筑結(jié)構(gòu)具有較大的剛度突變系數(shù)或?qū)訑?shù)較多，應(yīng)盡量多取振型數(shù)，如針對(duì)含有轉(zhuǎn)換層、小塔樓、多塔結(jié)構(gòu)的高層建筑，其振型數(shù)一般要大于12，小于建筑層數(shù)總數(shù)的3倍，而且只有在分析總剛性時(shí)方可取值更大；同時(shí)為提高建筑抗震能力，要求在石灰和水泥中添加合適的添加劑，結(jié)合濕度養(yǎng)護(hù)，以增強(qiáng)混凝土的實(shí)際配筋率，并減少部件變形；如果要求高層建筑抗震水平為特一級(jí)，則宜采用鋼管或型鋼類混凝土柱，并將其上層彎矩和底部強(qiáng)化位置的設(shè)計(jì)值設(shè)計(jì)為墻底截面彎矩值的1.1倍。

五、結(jié)束語(yǔ)

總之，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)既是高層建筑設(shè)計(jì)工作的重點(diǎn)，也是難點(diǎn)，一旦某個(gè)環(huán)節(jié)有誤，都可能對(duì)整個(gè)高層建筑功能性能埋下隱患，這就要求我們認(rèn)真遵循設(shè)計(jì)原則和規(guī)范，加強(qiáng)對(duì)以往設(shè)計(jì)不足和缺陷的分析，并予以有效克服和避免，以此提高高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量和水平，使其更安全、更適用、更耐用。

【參考文獻(xiàn)】

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[2]崔立成；鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問(wèn)題[J]；中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品；2010年01期；

[3]張嵐.對(duì)高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)踐的分析[J].廣東科技， 2012（22）；

[4]董良鳳.淺談高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].福建建筑，2011（01）。