試論鋼筋混凝土高層結構設計的常見問題

楊柳

（長春建筑學院，吉林 長春 130000）

隨著改革開放以來我國國民經濟整體的迅速發展，國內各個行業都得到了巨大的發展，整體的行業水平穩步提高，其中，建筑行業的提升水平是比較快的，建筑行業的發展帶來了建筑形式，建筑技術，建筑材料等的多元化變革，其中鋼筋混凝土因為安全系數高，抗震性能好等諸多優點而使用廣泛，其中高層建筑發展更為迅速，設計思想也在不斷更新，結構體系日趨多樣化，建筑平面布置與豎向體型也越來越復雜，這就給高層建筑結構分析和設計提出了更高的要求。如何高效、準確地對高層結構體系進行內力分析，是結構工程師設計高層建筑結構時需要解決的重要課題。本文通過對高層建筑結構設計過程中經常遇到的問題進行分析，為高層建筑結構設計提供計算方法及理論依據。

1 建筑設計

建筑不同于普通商品，尤其是高層建筑，很多因為是地理標志性建筑。什么是高層建筑呢？10層及10層以上或房屋高度大于28m的住宅建筑和房屋高度大于24m的其他高層民用建筑。在建筑外觀上，我們應該多選擇一些新穎的建筑樣式，同時又要注意其抗震設計、抗風設計等基礎要素。但是建筑也不能盲目的標新立異，結構上應該選擇規則性強一些的，不論是平面或者立體都應該盡量遵循這個原則。而且建筑在彈性設計上，盡量要滿足延展性的需求。這種概念設計的強調是對建筑師的必須要求，建筑設計師一定要重視各種規范規定，千萬不要陷入只管設計不管計算的誤區。

2 結構設計

2.1 剪力墻底部加強部位墻厚的確定

抗震設計時，剪力墻的底部加強部位包括底部塑性鉸范圍及其上部的一定范圍，其目的是在此范圍內采取增加邊緣構件箍筋和墻體橫向鋼筋等必要的抗震加強措施避免脆性的剪切破壞，改善整個結構的抗震性能。《高建筑混凝土結構技術規程》JGJ3-2010（下簡稱《高規》)7.1.4條規定，抗震設計時,一般剪力墻結構底部加強部位的高度可取墻肢總高度的1/10和底部兩層二者的較大值。部分框支剪力墻結構底部加強部位的高度應符合《高規》10.2.2條的規定，底部加強部位的高度應從地下室頂板算起，當結構計算嵌固端位于地下一層底板或以下時，底部加強部位宜延伸到計算嵌固端。《建筑抗震規范》GB50011(以下簡稱<抗規》)及《高規》規定了剪力墻底部加強部位墻厚的取值。其中，考慮到高層建筑結構的重要性，《高規》對墻厚的取值規定得更為嚴格。一般情況下，高層建筑結構底部加強部位的剪力墻截面厚度k取法如下：一、二級抗震等級時取層高或剪力墻無支長度的1/16，并且滿足bw≥200mm；三、四級抗震等級時，k取層高或剪力墻無支長度的1/20，并且滿足k≥160mm。但對于墻底軸力較小且結構層高相對較高的剪力墻而言。其截面厚度按上述方法取值則顯得不是很經濟合理。因此具體工程設計時，剪力墻截面厚度bw可適當減小但必須按下式計算墻體的穩定性。

公式中：q為作用于墻頂組合的等效豎向均布荷載設計值；Ec為剪力墻混凝土彈性模量；t為剪力墻墻肢截面厚度；lo墻肢計算長度。

2.2 結構的超高問題

在抗震規范與高規中，建筑物的高度控制是非常嚴格的，而在新規范中這一點重新進行了界定，除了將原來的限制高度設定為A級高度的建筑外，增加了B級高度的建筑。因此，所以在進行設計的時候一定不可以超越其應屬范圍，B級建筑物就應該控制在B級規定范圍之內，一旦超過了，那么無論是設計還是施工都要全部進行重新設定。在現實情況中這類問題曾經出現過，結果導致審查時難以通過。

2.3 短肢剪力墻的設置問題

短肢剪力墻使用雖然具有一定的的作用，但是在使用數量上一定要嚴格參照規范，《高規》7.1.8規定抗震設計時，高層建筑結構不應全部采用短肢剪力墻，B級高度高層建筑以及抗震設防度為9度的A級高度層建筑，不宜布置短肢剪力墻，不應采用具有較多短肢剪力墻的剪力墻結構。當采用具有較多短肢剪力墻的剪力墻結構時，應符合下列規定：（1）在規定的水平地震作用下，短肢剪力墻承擔的底部傾覆力矩不宜大于結構底部總地震傾覆力矩的50%；（2）房屋適用高度應比本規程表3.3.1-1規定的剪力墻結構的最大適用高度適當降低，7度、8度（0.2g）和 8度（0.3g）時分別不應大于 100m，80m和60m。短肢剪力墻是指截面厚度不大于300mm、各肢截面高度與厚度之比的最大值大于4但不大于8的剪力墻。

2.4 基礎設計

在地基基礎設計中要注意地方性規范的重要性問題。由于我國占地面積較廣，地質條件相當復雜，作為國家標準，僅僅一本《地基基礎設計規范》無法對全國各地的地基基礎都進行詳細的描述和規定。因此，作為建立在國家標準之下的地方標準，地方性的“地基基礎設計規范”能夠將各地方的地基基礎類型和設計處理方法等一些成熟的經驗描述和規定得更為詳細和準確。所以，在進行地基基礎設計時，一定要對地方規范進行深入地學習，以避免對整個結構設計或后期設計工作造成較大的影響。

3 計算與分析

3.1 計算模型的選取

對于常規結構，可采用樓板整體平面內無限剛假定模型；對于多塔或錯層結構，可采用樓板分塊平面內無限剛模型；對于樓板局部開大洞、塔與塔之間上部相連的多塔結構等可采用樓板分塊平面內無限剛，并帶彈性連接板帶模型；而對于樓板開大洞有中庭等共享空間的特殊樓板結構或要求分析精度高的高層結構則可采用彈性樓板模型。

3.2 抗震等級的確定

對常規高層建筑，與主樓連為整體的裙樓的抗震等級不應低于主樓的抗震等級；對于地下室部分，當地下室頂板作為上部結構的嵌固部位時，地下一層的抗震等級應與上部結構相同，地下一層以下的抗震等級可逐層降低一級，但不低于四級，地下室中超出上部主樓相關范圍且無上部結構的部分，其抗震等級可根據具體情況采用三級或四級。

結語

鋼筋混凝土高層結構作為現代化城市發展的一種客觀成果，引領著我國建筑行業整體的發展水平。在設計方面，鋼筋混凝土高層結構一定要充分考慮到各種潛在的因素，既要讓建筑漂亮美觀大方，也要注意建筑的安全性能，畢竟后者是所有建筑的立足之本。在做好相關工作的基礎上，希望我國的建筑水平能迎來更好的發展。

[1]JGJ3-2010，高層建筑混凝土結構技術規程[S].

[2]GB-50011，建筑抗震設計規范[S].

[3]唐興榮.高層建筑轉換層結構設計與施工[M].中國建筑工業出版社.2002.