試析鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常見問(wèn)題及對(duì)策

吳抒聞

（福州精業(yè)建筑工程設(shè)計(jì)咨詢有限公司，福建 福州 350000）

1 概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)選型

1.1 高寬比的規(guī)定

在高層建筑結(jié)構(gòu)中高寬比合理控制至關(guān)重要，主要是對(duì)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性、剛度值、抗傾覆能力、承載性、經(jīng)濟(jì)性等從宏觀角度進(jìn)行控制的目標(biāo)，是各類高層項(xiàng)目建設(shè)發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)匯總。從當(dāng)前諸多A 級(jí)高度建筑發(fā)展來(lái)看，此項(xiàng)限制應(yīng)用實(shí)效性較高。在《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》、《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》、《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、側(cè)向位移、承載能力、抗傾覆能力規(guī)定中也集中展示了對(duì)結(jié)構(gòu)高寬比提出的各項(xiàng)要求。高寬比各項(xiàng)規(guī)定并不是一定要滿足的條件，也不是對(duì)高層建筑抗震性能進(jìn)行針對(duì)性審查的重要指標(biāo)。目前我國(guó)已有的項(xiàng)目中存在諸多超出高寬比限制的實(shí)例。比如深圳地王大廈81 層320m，為8.8,上海金茂大廈420m，為7.6。當(dāng)項(xiàng)目超出限制要求之后，要對(duì)結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)進(jìn)行精確化計(jì)算[1]。

1.2 合理布置抗側(cè)力構(gòu)件

在高層結(jié)構(gòu)中針對(duì)部分獨(dú)立性單元，要避開應(yīng)力過(guò)于集中的縮頸位置與凹角，不能在端部位置布設(shè)樓電梯間，要對(duì)地震等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生之后的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)進(jìn)行分析。針對(duì)豎向構(gòu)件嚴(yán)禁外挑，實(shí)際內(nèi)斂不能過(guò)多，承載力要根據(jù)建筑高度方向進(jìn)行控制，不能布設(shè)在結(jié)構(gòu)疲軟與脆性較大部位。有部分構(gòu)件發(fā)生損壞之后導(dǎo)致完整的結(jié)構(gòu)抗震以及承載能力降低。當(dāng)前要依照具體情況，在不同結(jié)構(gòu)單元組成中選取對(duì)應(yīng)的分離與緊固措施，針對(duì)當(dāng)前高層建筑結(jié)構(gòu)單元需采取加強(qiáng)連接控制措施[2]。

1.3 嵌固端設(shè)置問(wèn)題

目前對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析要整合結(jié)構(gòu)嵌固端實(shí)際位置，此類位置在選取過(guò)程中會(huì)受到多方面因素影響。如果未設(shè)置地下室或是項(xiàng)目基礎(chǔ)埋設(shè)較大，基礎(chǔ)形式差異性較大等。綜合各項(xiàng)因素確定嵌固端位置，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算中進(jìn)行提前預(yù)判，其中涉及到不同構(gòu)件內(nèi)力分布情況，對(duì)結(jié)構(gòu)側(cè)移也會(huì)有較大影響。針對(duì)此類問(wèn)題，相關(guān)設(shè)計(jì)人員要重視以下方面內(nèi)容。針對(duì)嵌固端樓板設(shè)計(jì)、上下部分抗震等級(jí)設(shè)定、剛度比控制等，要注重各個(gè)方面操作，避免后續(xù)設(shè)計(jì)階段要重復(fù)修改，也會(huì)產(chǎn)生較大的安全隱患[3]。

1.4 短肢剪力墻設(shè)置問(wèn)題

在《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》明確提出，如果墻體墻肢截面厚度比為5 至8 則此墻體屬于短肢剪力墻，結(jié)合相應(yīng)的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)以及數(shù)據(jù)規(guī)定要求。目前在高層建筑設(shè)計(jì)中全面選用短肢剪力墻具有諸多限制性條件，所以現(xiàn)階段在高層建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員要盡量降低或是不選用短肢剪力墻。

1.5 柱體軸壓比與短柱問(wèn)題

在鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，在優(yōu)化柱軸壓比中會(huì)導(dǎo)致柱體截面擴(kuò)大，其中柱體中縱向鋼筋是構(gòu)造配比。有部分技術(shù)人員會(huì)應(yīng)用強(qiáng)度較高的混凝土進(jìn)行補(bǔ)充，但是柱斷面尺寸不能最大程度降低。限制柱軸壓比是對(duì)柱體偏壓狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，避免混凝土壓碎未達(dá)到屈服強(qiáng)度的鋼筋。柱塑性變形能力較小，對(duì)結(jié)構(gòu)延性會(huì)產(chǎn)生影響。當(dāng)外部環(huán)境作用力增大，結(jié)構(gòu)能吸收消散的能量較少，會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生不同程度損壞。在結(jié)構(gòu)中要控制強(qiáng)柱弱梁設(shè)計(jì)，提升梁體延性，這樣能對(duì)柱子屈服進(jìn)行控制，適度降低軸壓比限定值。目前諸多高層建筑底層柱的長(zhǎng)細(xì)比要低于4，但是不能將其直接定義為短柱。在高層建筑抗震規(guī)范中要融入較高軸壓比，對(duì)軸壓比限定值進(jìn)行合理控制[4]。

1.6 地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)在高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中占有重要位置，從階段設(shè)計(jì)對(duì)項(xiàng)目后續(xù)設(shè)計(jì)會(huì)產(chǎn)生較大影響概，其次對(duì)項(xiàng)目整體造價(jià)也至關(guān)重要。此階段發(fā)生各項(xiàng)問(wèn)題會(huì)產(chǎn)生較多無(wú)法預(yù)估的損失。在現(xiàn)階段高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過(guò)程中，要對(duì)建筑項(xiàng)目施工所在區(qū)域地質(zhì)現(xiàn)況進(jìn)行整合，分析項(xiàng)目建設(shè)應(yīng)用功能。掌握水位、上部結(jié)構(gòu)屬性、相鄰建筑影響等，這樣能避免建筑物產(chǎn)生較大傾斜與不均勻沉降。對(duì)相鄰建筑物標(biāo)高與位置進(jìn)行測(cè)量，確保高層建筑基礎(chǔ)施工中安全性有效提升。我國(guó)地域遼闊，各個(gè)地區(qū)地質(zhì)條件相對(duì)復(fù)雜，在地基基礎(chǔ)類型選取與設(shè)計(jì)方法應(yīng)用中要參考地方性“地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范”要求，整合各項(xiàng)經(jīng)驗(yàn)，在地基設(shè)計(jì)中要深入分析地方規(guī)范，避免對(duì)后續(xù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)生較大影響。

3 結(jié)構(gòu)計(jì)算與分析

3.1 結(jié)構(gòu)整體計(jì)算軟件應(yīng)用

近些年我國(guó)各項(xiàng)技術(shù)全面發(fā)展，在對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)分析中大多都是應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件，但是計(jì)算機(jī)軟件應(yīng)用并不能完善代表設(shè)計(jì)人員一直遵循的設(shè)計(jì)理念。計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用前后，要對(duì)軟件基本計(jì)算原理與應(yīng)用范圍進(jìn)行分析。在結(jié)構(gòu)精確化計(jì)算與分析中，要對(duì)工程內(nèi)力進(jìn)行設(shè)計(jì)與處理，是提升項(xiàng)目設(shè)計(jì)質(zhì)量的重點(diǎn)?，F(xiàn)階段在建筑行業(yè)中應(yīng)用較多的計(jì)算軟件有SAP、TAT、SATWE、TBSA 等。但是應(yīng)用軟件不同其計(jì)算模型也具有相應(yīng)差異，對(duì)計(jì)算成果也具有較大影響。所以當(dāng)前在項(xiàng)目結(jié)構(gòu)計(jì)算中要對(duì)結(jié)構(gòu)類型與計(jì)算軟件模型特征進(jìn)行分析，提升結(jié)構(gòu)計(jì)算效率，控制安全隱患[5]。

3.2 周期折減系數(shù)

高層結(jié)構(gòu)中大多要布設(shè)非結(jié)構(gòu)砌體填充墻，在結(jié)構(gòu)精確化計(jì)算過(guò)程中要分析其對(duì)主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的各項(xiàng)影響。周期折減中要分析門口洞口設(shè)置的各項(xiàng)影響。填充墻數(shù)量與結(jié)構(gòu)差異性對(duì)周期折減系數(shù)基本取值具有較大影響。

3.3 振型數(shù)目判定

振型數(shù)和結(jié)構(gòu)層數(shù)之間聯(lián)系緊密，在《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》、《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中對(duì)振型基本取值具有具體要求。在計(jì)算與分析過(guò)程中要依照規(guī)定要求分析計(jì)算結(jié)果，判定振型數(shù)目調(diào)整要求。

3.4 多塔之間地震周期干擾

目前多塔樓、大底盤高層建筑大量出現(xiàn)，對(duì)此類高層建筑進(jìn)行分析計(jì)算，要將結(jié)構(gòu)作為完整整體通過(guò)多塔類型或是人為劃分計(jì)算是設(shè)計(jì)人員要探究的重點(diǎn)問(wèn)題。當(dāng)多塔間剛度值差距較大，這樣會(huì)出現(xiàn)塔樓地震力計(jì)算誤差問(wèn)題，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)整體安全性具有較大負(fù)面影響[6]。

3.5 非結(jié)構(gòu)構(gòu)件計(jì)算和設(shè)計(jì)

高層建筑設(shè)計(jì)中由于外部美觀要求或是應(yīng)用功能要求，存在較多非結(jié)構(gòu)構(gòu)件。對(duì)于此部分內(nèi)容，在高層結(jié)構(gòu)屋頂中較為突出，對(duì)于此部分裝飾構(gòu)件優(yōu)化設(shè)計(jì)。由于高層建筑結(jié)構(gòu)與常見建筑相比在風(fēng)荷載與地震作用要求較高，所以要通過(guò)規(guī)范中非結(jié)構(gòu)構(gòu)件結(jié)算之后進(jìn)行設(shè)計(jì)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜合上述，在現(xiàn)代化建筑行業(yè)發(fā)展中鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)是建筑行業(yè)發(fā)展基本形式，能全面提升建筑行業(yè)發(fā)展速率。在高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化過(guò)程中，要全面控制建筑應(yīng)用功能與外部表現(xiàn)成效，確定設(shè)計(jì)安全問(wèn)題，提升設(shè)計(jì)穩(wěn)定性。本文分析了目前高層建筑混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的各項(xiàng)問(wèn)題，從選型設(shè)計(jì)、地基設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中落實(shí)各項(xiàng)操作，優(yōu)化結(jié)構(gòu)計(jì)算，保障鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平全面提升。