鋼筋混凝土高層建筑中若干問題的探討

【摘 要】 近年來我國的高層建筑如雨后春筍般聳立在各個大小型城市，越來越多的設(shè)計人員在設(shè)計中面臨高層建筑的設(shè)計。熟悉高層建筑中常見的問題及其應(yīng)對方法是當(dāng)務(wù)之急，筆者通過多年設(shè)計實踐，對高層建筑結(jié)構(gòu)中常出現(xiàn)的問題進行了探討與總結(jié)。

【關(guān)鍵詞】 高層建筑 結(jié)構(gòu)選型 體系

正文

1 結(jié)構(gòu)選型

結(jié)構(gòu)是一個建筑的骨架，也是主體，對于高層建筑，結(jié)構(gòu)的選型更是重中之重，結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)該注意下列幾個方面：

1.1 結(jié)構(gòu)的規(guī)則性問題。在新舊規(guī)范這方面的內(nèi)容有了很大的改動，新規(guī)范在強化了這方面的內(nèi)容，增加了許多新的限制條件。例如：嵌固端上下層的剛度比信息、平面規(guī)則性信息等，并且，新規(guī)范新增了一條強制性條文規(guī)定（建筑不采用嚴(yán)重不規(guī)則設(shè)計方案） 。所以，對于結(jié)構(gòu)工程師在設(shè)計高層建筑時必須嚴(yán)格遵守這些新的改動，避免后期工作的失誤。

1.2 結(jié)構(gòu)的超高問題。抗震規(guī)范中，對結(jié)構(gòu)的總高度都著相當(dāng)嚴(yán)格的限制，特別是在規(guī)范中更是強化了這一點，不僅將原來的限制高度定為A級高度建筑外，還增設(shè)了B級高度的建筑，現(xiàn)在的建筑商有時為了利益最大化，對高度的限定都是馬馬虎虎，有時結(jié)構(gòu)為B級高度建筑甚至超過，但是設(shè)計方法和處理措施沒有發(fā)生改變，導(dǎo)致施工出現(xiàn)嚴(yán)重的問題。因此，必須對結(jié)構(gòu)該項的控制因素嚴(yán)格注意。

1.3 短肢剪力墻設(shè)置問題。新規(guī)范中，將墻肢截面高厚比為5～8的墻體定義為短肢剪力墻，并對短肢剪力墻特別是在高層建筑中應(yīng)用增加很多的限制，所以設(shè)計人員在高層建筑中應(yīng)盡量避免采用短肢剪力墻，減少后期設(shè)計的麻煩。

1.4 嵌固端設(shè)置問題。現(xiàn)在的高層建筑一般都有一層或一層以上的地下室和人防通道，所以嵌固端有可能設(shè)置人防頂板等位置，也有可能設(shè)置在在地下室頂板，因此，設(shè)計工程師往往忽略了由嵌固端的設(shè)置帶來的一系列要考慮的問題，例如：嵌固端上下層剛度比限制、嵌固端樓板設(shè)計、結(jié)構(gòu)整體計算嵌固端設(shè)置、結(jié)構(gòu)抗震縫的設(shè)置和嵌固端位置協(xié)調(diào)、嵌固端上下層抗震等級一致性等等，任意忽略其中一個問題都有可能帶來不可估量的安全隱患，甚至導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)的返工。

2 結(jié)構(gòu)體系

2.1 結(jié)構(gòu)剛度。高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性與抗側(cè)剛度有很大的關(guān)系。設(shè)計的建筑物是偏剛性還是偏柔性，因人而異。這樣就導(dǎo)致各結(jié)構(gòu)物經(jīng)濟指標(biāo)有很大的區(qū)別，目前的建筑設(shè)計的都比較偏于剛性．高層建筑中，剪力墻較多，而且墻普遍較厚，計算出最大的相對側(cè)移值只有1／3000～1／5000，有的甚至更小。但是根據(jù)常年的經(jīng)驗，在那些土質(zhì)好，基巖埋置也比較淺的地區(qū)，且高層建筑采用樁基的時候，地基特征值較小，所以高層建筑的抗側(cè)剛度可以設(shè)計得柔些。把結(jié)構(gòu)的極限變形能力作為控制值。如果滿足變形的限值，結(jié)構(gòu)剛度盡可能設(shè)計的小些。這樣，不僅減低地震作用，也降低場地與建筑物發(fā)生共振的可能性，還有可以滿足經(jīng)濟要求。

2.2 側(cè)向位移的限值。高層建筑結(jié)構(gòu)的水平位移與建筑物的高度成正相關(guān)。為了防止位移過大，建筑規(guī)范對頂點位移和每一層的位移都有一定的限制。控制位移的主要目的是滿足人們的居住需要，并且使人在工作的時候有舒適感和滿足抗震需要。人的舒適感主要與結(jié)構(gòu)的頂點的加速度和自振周期有關(guān)。另外，控制位移是保證結(jié)構(gòu)遭遇強烈地震不發(fā)生倒塌的關(guān)鍵因素。控制層間位移的主要目的是防止裝飾物，填充墻等非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的開裂與損壞。彎曲產(chǎn)生的變形以及剪切產(chǎn)生的變形對構(gòu)件內(nèi)力的影響也是不相同的。

2.3 后澆帶。由于結(jié)構(gòu)水平位移過長，溫度變化，受力不均勻等原因，需要設(shè)置三縫（抗震縫，伸縮縫，沉降縫）。有些建筑結(jié)構(gòu)對縫的處理比較困難，而建筑規(guī)范對此要求有比較高。現(xiàn)在越來越多的設(shè)計人員都用后澆帶代替結(jié)構(gòu)縫。就是在施工時，先預(yù)留800～1000mm左右的縫，等過一段時間再后澆混凝土。用于代替沉降縫的后澆帶，一般后澆時間為主體結(jié)構(gòu)完工后開始施工。一般情況，如果基礎(chǔ)置于壓縮模量較大的土層或砂土上，則在后澆混凝土前建筑物沉降已基本趨于穩(wěn)定，這種情況利用后澆帶代替沉降縫基本是可取的。但是如果建筑基礎(chǔ)置于壓縮橫量較小的土層，建筑沉降需很長的時間，后期沉降量占有一定的比倒，后澆帶澆灌之后還會繼續(xù)沉降，后澆帶就不能代替沉降縫了。這就要在結(jié)構(gòu)上理由其它構(gòu)造措旋來解決。對于代替伸縮縫的后澆帶，一般后澆帶預(yù)留時間為幾個月。此時，采用后澆帶，混凝土澆灌時收縮變形一般不產(chǎn)生附加應(yīng)力，后澆帶能起到較好的作用。但在后澆帶澆灌后乃至建筑物整個正常使用階段，由于自然溫差引起的伸縮縫仍會產(chǎn)生一定附加應(yīng)力。此時的情況與不設(shè)后澆帶是一樣的，這種情況需要引起設(shè)計人員足夠的認(rèn)識。此外，后澆帶處鋼筋不可隨意切斷，不然很難滿足錨固長度，特別粱中鋼筋較粗，而后澆帶的寬一般只有800mm左右。難滿足規(guī)范的錨固要求，并且同一截面截斷所有鋼筋錨固也違反規(guī)范要求，如果鋼筋不截斷，則混凝土伸縮時就會產(chǎn)生附加應(yīng)力，如果此力與正常受力方向一致，就會降低承載力。因此，不同的情況要具體對待，有的結(jié)構(gòu)不能用后澆帶代替結(jié)構(gòu)縫的。

3 圈梁的設(shè)置

現(xiàn)在高層建筑基本上都是框架剪力墻結(jié)構(gòu)，在剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中，為了加強樓層整體性，增強樓層剛度，往往在樓層設(shè)置圈梁，特別塔樓更是設(shè)置多道圈梁，對于預(yù)制大樓板結(jié)構(gòu)及內(nèi)澆外掛類型結(jié)構(gòu)，設(shè)置樓層圈梁是有必要的，而對于現(xiàn)在全澆鋼筋混凝土剪力墻來說，作用不是特別大。在樓層處，由于樓板的鋼筋和墻體的鋼筋縱橫交錯，已無形成了一個圈梁．此時再設(shè)置圈梁就會產(chǎn)生鋼筋過密的現(xiàn)象，給施工造成很大的困擾。

4 地基和基礎(chǔ)

地基與基礎(chǔ)設(shè)計是整個結(jié)構(gòu)最基礎(chǔ)的部分，也是設(shè)計人員最為重視的部分。由于該階段設(shè)計過程的好壞不僅僅將直接影響設(shè)計人員后期工作的進行，同時，地基基礎(chǔ)也是整個工程造價所占比例最大的部分，因此，在這一階段，如果出現(xiàn)問題就有可能產(chǎn)生嚴(yán)重甚至造成無法估量的損失。

中國各個地區(qū)的地貌都有很大的區(qū)別，所以在地基基礎(chǔ)設(shè)計中設(shè)計人員要特別注意地方性規(guī)范。由于我國的形態(tài)百異的地貌，作為國家標(biāo)準(zhǔn)，僅僅一本《地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》是無法對全國各地的地基基礎(chǔ)都進行全面詳細(xì)的描述與規(guī)定，因此，建立在國家大標(biāo)準(zhǔn)下的地方標(biāo)準(zhǔn)、地方性的地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范更具有現(xiàn)實意義，它能夠?qū)⒏鞯胤降牡鼗A(chǔ)類型與設(shè)計處理方法等成熟的經(jīng)驗描述與規(guī)定描述得更為詳細(xì)和準(zhǔn)確，所以，在進行地基基礎(chǔ)設(shè)計時，一定要重視地方性地基基礎(chǔ)，要地方規(guī)范進行深入細(xì)致地學(xué)習(xí)，避免對整個后期結(jié)構(gòu)設(shè)計工作造成重大的影響。

5 梁柱節(jié)點箍筋

現(xiàn)在高層梁節(jié)點箍筋施工的問題有：節(jié)點構(gòu)造復(fù)雜，施工難度大，鋼筋分布密集，特別中間柱子的鋼筋縱橫交錯，箍筋綁扎不方便，當(dāng)采用整體沉梁時節(jié)點區(qū)下部的箍筋不好綁扎，會使梁柱節(jié)點部位不放或少放柱子箍筋，就會留下嚴(yán)重后患。通過多年的實驗，筆者認(rèn)為可以有下述的改進方法：在柱子節(jié)點區(qū)箍筋現(xiàn)場焊接，以便在縱向短筋上形成整體骨架，再將整體骨架套入柱縱筋，再擱置于樓板模板面上，穿梁鋼筋并綁扎。防止附加短筋位置和柱縱筋沖突而造成套箍困難的問題，附加縱向短筋需偏離箍筋角部約5cm。

結(jié)語：總之，鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計相當(dāng)麻煩并且需要多方面考慮的工程，任何的失誤或者認(rèn)識不到位都會對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生或大或小的問題。上述的只是筆者通過多年的經(jīng)驗總結(jié)。高層建筑中還有許多問題需要進一步探討。

參考文獻

[1] 郭崗 對高層建筑結(jié)構(gòu)選型的分析[期刊論文]-四川建材 2009（2）

[2] 趙玉祥 深圳市商業(yè)中心大廈結(jié)構(gòu)計算、試驗及分析，建筑科學(xué)，1993年第4期

[3] 葉浩波 高層建筑結(jié)構(gòu)選型影響因素分析[期刊論文]-中國高新技術(shù)企業(yè) 2007（13）