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

袁野

摘? ? 要：當(dāng)前，我國建筑事業(yè)高速發(fā)展，工程結(jié)構(gòu)愈加復(fù)雜，功能也更加齊全。高層建筑在城市建設(shè)中非常普遍。在此背景下，建筑的設(shè)計(jì)質(zhì)量一方面影響人們的生活品質(zhì)，另一方面也對(duì)建筑工程歷史文化起到傳承作用。因此應(yīng)加強(qiáng)對(duì)高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，本文從其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、設(shè)計(jì)要點(diǎn)方面進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析和說明。

關(guān)鍵詞：高層建筑;鋼筋混凝土;設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1? 引言

在鋼筋混凝土高層建筑整個(gè)建造過程中，設(shè)計(jì)是工程的第一步，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的水平很大的影響了建筑的安全性、經(jīng)濟(jì)性、功能性。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是通過不斷的探索去找到最優(yōu)解。高層建筑中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尤其不能簡(jiǎn)單的規(guī)范加建模計(jì)算，而是要在理解規(guī)范的基礎(chǔ)上，去構(gòu)思結(jié)構(gòu)體系的受力特征，以概念設(shè)計(jì)去實(shí)現(xiàn)建筑師及業(yè)主的目標(biāo)。

2? 高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

2.1? 可靠性原則

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)合建筑的設(shè)計(jì)年限來進(jìn)行，在預(yù)設(shè)過程中針對(duì)安全性、可靠性和耐用性等情況，應(yīng)用的材料和技術(shù)等方面必須具備可靠性和耐用性。當(dāng)前可能存在豆腐渣工程的現(xiàn)象，多是和材料質(zhì)量存在關(guān)聯(lián)，材料質(zhì)量有時(shí)候不能達(dá)到理想的設(shè)計(jì)預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)，因此在后續(xù)設(shè)計(jì)中，需要秉承安全性的原則，在設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行耐用性分析，提升自身優(yōu)勢(shì)。

2.2? 適用性原則

高層建筑建成投運(yùn)后，人始終是其使用者，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間，一定要全面考慮各種因素和建筑使用功能之間的相關(guān)性。例如，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)踐中，應(yīng)對(duì)室內(nèi)布局的進(jìn)行合理規(guī)劃，結(jié)合空間特征有針對(duì)性地選擇合理的結(jié)構(gòu)體系，在布置梁柱時(shí)，應(yīng)全面分析其是否影響室內(nèi)使用面積及結(jié)構(gòu)功能的發(fā)揮。只有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具備良好的適用性和使用性，才能促進(jìn)高層建筑自身效能的有效發(fā)揮，協(xié)助施工單位獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2.3? 安全性準(zhǔn)則

在高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量設(shè)計(jì)中，必須引起重視，進(jìn)行安全性分析。預(yù)設(shè)前期，落實(shí)以人為本的原則，只有確保安全性能，才能保證建筑本身有價(jià)值和意義。在實(shí)際設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)師需要確保安全設(shè)計(jì)，符合規(guī)范需求，在行業(yè)安全以及標(biāo)準(zhǔn)化掌握的過程中，只有保證目標(biāo)符合要求，才能實(shí)現(xiàn)合理設(shè)計(jì)。

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

3.1? 概念設(shè)計(jì)

（1）高寬比。高層建筑結(jié)構(gòu)高寬比的規(guī)定是對(duì)結(jié)構(gòu)整體剛度、抗傾覆能力、整體穩(wěn)定、承載能力以及經(jīng)濟(jì)合理性的宏觀控制指標(biāo)，是長期工程經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，從目前大多數(shù)A級(jí)高度高層建筑來看，這一限值是比較實(shí)用、比較經(jīng)濟(jì)合理的。實(shí)際上對(duì)側(cè)向位移、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、抗傾覆能力、承載能力等性能的規(guī)定也體現(xiàn)了對(duì)結(jié)構(gòu)高寬比的要求。

（2）合理地布置抗側(cè)力構(gòu)件。在一個(gè)獨(dú)立的結(jié)構(gòu)單元內(nèi)，應(yīng)避免應(yīng)力集中的凹角和狹長的縮頸部位;避免在凹角和端部設(shè)置樓、電梯間;減少地震作用下的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。豎向體型盡量避免外挑，內(nèi)收也不宜過多、過急，結(jié)構(gòu)剛度、承載力沿房屋高度方向宜均勻、連續(xù)分布、避免造成結(jié)構(gòu)的軟弱或薄弱的部位。應(yīng)避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞而導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)喪失抗震能力或?qū)χ亓奢d的承載力。

（3）嵌固端設(shè)置。高層建筑在進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析計(jì)算之前必須首先確定結(jié)構(gòu)嵌固端的所在位置，而嵌固端的選取卻面臨著各種不同情況，一般有地下室的高層結(jié)構(gòu)會(huì)把一層頂板設(shè)置為嵌固端。在這個(gè)問題上，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師需要注意如下幾個(gè)方面：嵌固端樓板的設(shè)計(jì)、嵌固端上下層剛度比的限制、嵌固端上下層抗震等級(jí)的一致性、在結(jié)構(gòu)整體計(jì)算時(shí)嵌固端的設(shè)置、結(jié)構(gòu)抗震縫設(shè)置與嵌固端位置的協(xié)調(diào)等問題，而忽略其中任何一個(gè)方面都有可能導(dǎo)致后期設(shè)計(jì)工作的大量修改或埋下安全隱患。

（4）短肢剪力墻設(shè)置。對(duì)大部分墻肢截面高厚比為4～8的墻定義為短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，且根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對(duì)短肢剪力墻結(jié)構(gòu)在高層建筑中的應(yīng)用增加了相當(dāng)多的限制，因此，在高層建筑設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)盡可能少采用或不用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，尤其是設(shè)防烈度為8[°]且房屋層數(shù)較多時(shí)，要慎重使用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)。

（5）立面設(shè)計(jì)。立面是高層建筑中的非常重要的一部分，其設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接關(guān)系到了建筑的安全性與穩(wěn)定性，最終決定著建筑的品質(zhì)。在設(shè)計(jì)立面時(shí)，需要讓建筑整體最好呈下部大上部小逐漸變化的模式，這樣可以讓建筑更好的保證重心穩(wěn)定，且豎向需要較為規(guī)整、均勻，不易出現(xiàn)較大的內(nèi)收與外挑。為保證建筑整體的穩(wěn)定性和抗震能力，當(dāng)豎向結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)內(nèi)收時(shí)，該層的側(cè)向剛度不應(yīng)小于相鄰上一層的70%，同時(shí)不應(yīng)小于其上相鄰三個(gè)樓層側(cè)向剛度平均值的80%。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，樓層質(zhì)量需要沿著高度進(jìn)行均勻布置，樓層質(zhì)量不宜大于相鄰下部樓層質(zhì)量的1.5倍，A級(jí)與B級(jí)高度的高層建筑的樓層抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間受剪承載力與其相鄰上一層受剪承載力之間的關(guān)系不相同，前者為不宜小于其相鄰上一層樓層受剪承載力的80%，不應(yīng)小于其相鄰上一層樓層受剪承載力的65%，后者為不應(yīng)小于75%。

3.2? 結(jié)構(gòu)體系選擇

根據(jù)抗側(cè)力構(gòu)件的不同，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系主要有框架、剪力墻、框架-剪力墻、框架-核心筒、筒中筒結(jié)構(gòu)等，結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)根據(jù)工程的實(shí)際情況來選擇合適的結(jié)構(gòu)體系。

（1）框架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是建筑平面布置靈活，可做成較大空間的會(huì)議室、餐廳、辦公室及實(shí)驗(yàn)室等，加隔墻后，也可以做成小房間。如果采用輕質(zhì)隔墻，則可以減輕建筑物重量。高層住宅中較少使用框架結(jié)構(gòu)，主要原因是柱截面較大，以致柱腳突出墻面，影響家具放置。并且框架結(jié)構(gòu)沒有多道防線，抗震能力低，所以高層建筑盡量避免采用純框架結(jié)構(gòu)。

（2）剪力墻結(jié)構(gòu)是利用建筑物的分隔墻，作為豎向承重和抵抗側(cè)力的結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)整體性好，可以使用大模板等先進(jìn)施工方法，縮短工期，節(jié)省人力。剪力墻具有多道防線，在遭遇地震時(shí)，連梁是第一道防線，在中震情況下，它首先出現(xiàn)彎曲屈服，消耗一部分地震能量，在大震作用下，連梁會(huì)產(chǎn)生剪切破壞。因此連梁的延性大小對(duì)結(jié)構(gòu)的安全至關(guān)重要，連梁配筋應(yīng)符合最大配筋率要求，才能既經(jīng)濟(jì)又保證結(jié)構(gòu)整體的安全。

（3）框架-剪力墻結(jié)構(gòu)是把框架和剪力墻結(jié)合在一起，共同抵抗豎向和水平荷載的一種體系，它通過平面內(nèi)剛度很大的樓蓋的連接來完成框架與剪力墻協(xié)同工作，在底部樓層，剪力墻限制框架的側(cè)移，在上部樓層，框架限制剪力墻的側(cè)移。并且框剪結(jié)構(gòu)具有多道抗震防線，經(jīng)驗(yàn)顯示這是一種抗震性能很好的結(jié)構(gòu)體系。并且由于它只在部分位置上有剪力墻，又保持了框架結(jié)構(gòu)具有較大的靈活空間的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了剪力墻結(jié)構(gòu)開間過小的缺點(diǎn)，既可使建筑物平面布置靈活，又能對(duì)結(jié)構(gòu)提供足夠的抗側(cè)剛度。

3.3? 耐久性設(shè)計(jì)

耐久性設(shè)計(jì)是直接影響高層建筑建設(shè)質(zhì)量與使用壽命的主要因素之一，在實(shí)踐期間，在環(huán)境溫度、技術(shù)等多種因素的作用下可能會(huì)降低建筑的可靠性，影響高層建筑使用壽命，甚至?xí)T發(fā)安全隱患問題。因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)全面分析樓房結(jié)構(gòu)功能預(yù)設(shè)，提前設(shè)定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)對(duì)成本的控制，提升對(duì)材料的有效利用率，加強(qiáng)對(duì)耐久性的預(yù)設(shè)計(jì)。

4? 結(jié)語

綜上可知，在高層建筑鋼筋混凝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，其結(jié)構(gòu)的功能特性是較為復(fù)雜。因此，在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)嚴(yán)格遵循相關(guān)規(guī)范、規(guī)定，合理地控制建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)強(qiáng)度及相關(guān)構(gòu)件布設(shè)數(shù)量。從而在保證高層建筑抗震目標(biāo)達(dá)成的基礎(chǔ)上，最大可能性地降低建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)因素，從而確保后期高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建設(shè)工作得以順利開展。

參考文獻(xiàn)：

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