試論鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計的常見問題

楊柳

（長春建筑學(xué)院，吉林 長春 130000）

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

1 建筑設(shè)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(biāo)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(yīng)該多選擇一些新穎的建筑樣式，同時又要注意其抗震設(shè)計、抗風(fēng)設(shè)計等基礎(chǔ)要素。但是建筑也不能盲目的標(biāo)新立異，結(jié)構(gòu)上應(yīng)該選擇規(guī)則性強一些的，不論是平面或者立體都應(yīng)該盡量遵循這個原則。而且建筑在彈性設(shè)計上，盡量要滿足延展性的需求。這種概念設(shè)計的強調(diào)是對建筑師的必須要求，建筑設(shè)計師一定要重視各種規(guī)范規(guī)定，千萬不要陷入只管設(shè)計不管計算的誤區(qū)。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 剪力墻底部加強部位墻厚的確定

抗震設(shè)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(nèi)采取增加邊緣構(gòu)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(jié)構(gòu)的抗震性能。《高建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2010（下簡稱《高規(guī)》)7.1.4條規(guī)定，抗震設(shè)計時,一般剪力墻結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)底部加強部位的高度應(yīng)符合《高規(guī)》10.2.2條的規(guī)定，底部加強部位的高度應(yīng)從地下室頂板算起，當(dāng)結(jié)構(gòu)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(guī)范》GB50011(以下簡稱<抗規(guī)》)及《高規(guī)》規(guī)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(jié)構(gòu)的重要性，《高規(guī)》對墻厚的取值規(guī)定得更為嚴(yán)格。一般情況下，高層建筑結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jīng)濟(jì)合理。因此具體工程設(shè)計時，剪力墻截面厚度bw可適當(dāng)減小但必須按下式計算墻體的穩(wěn)定性。

公式中：q為作用于墻頂組合的等效豎向均布荷載設(shè)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(jié)構(gòu)的超高問題

在抗震規(guī)范與高規(guī)中，建筑物的高度控制是非常嚴(yán)格的，而在新規(guī)范中這一點重新進(jìn)行了界定，除了將原來的限制高度設(shè)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(jìn)行設(shè)計的時候一定不可以超越其應(yīng)屬范圍，B級建筑物就應(yīng)該控制在B級規(guī)定范圍之內(nèi)，一旦超過了，那么無論是設(shè)計還是施工都要全部進(jìn)行重新設(shè)定。在現(xiàn)實情況中這類問題曾經(jīng)出現(xiàn)過，結(jié)果導(dǎo)致審查時難以通過。

2.3 短肢剪力墻的設(shè)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(shù)量上一定要嚴(yán)格參照規(guī)范，《高規(guī)》7.1.8規(guī)定抗震設(shè)計時，高層建筑結(jié)構(gòu)不應(yīng)全部采用短肢剪力墻，B級高度高層建筑以及抗震設(shè)防度為9度的A級高度層建筑，不宜布置短肢剪力墻，不應(yīng)采用具有較多短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)。當(dāng)采用具有較多短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)時，應(yīng)符合下列規(guī)定：（1）在規(guī)定的水平地震作用下，短肢剪力墻承擔(dān)的底部傾覆力矩不宜大于結(jié)構(gòu)底部總地震傾覆力矩的50%；（2）房屋適用高度應(yīng)比本規(guī)程表3.3.1-1規(guī)定的剪力墻結(jié)構(gòu)的最大適用高度適當(dāng)降低，7度、8度（0.2g）和 8度（0.3g）時分別不應(yīng)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(chǔ)設(shè)計

在地基基礎(chǔ)設(shè)計中要注意地方性規(guī)范的重要性問題。由于我國占地面積較廣，地質(zhì)條件相當(dāng)復(fù)雜，作為國家標(biāo)準(zhǔn)，僅僅一本《地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》無法對全國各地的地基基礎(chǔ)都進(jìn)行詳細(xì)的描述和規(guī)定。因此，作為建立在國家標(biāo)準(zhǔn)之下的地方標(biāo)準(zhǔn)，地方性的“地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范”能夠?qū)⒏鞯胤降牡鼗A(chǔ)類型和設(shè)計處理方法等一些成熟的經(jīng)驗描述和規(guī)定得更為詳細(xì)和準(zhǔn)確。所以，在進(jìn)行地基基礎(chǔ)設(shè)計時，一定要對地方規(guī)范進(jìn)行深入地學(xué)習(xí)，以避免對整個結(jié)構(gòu)設(shè)計或后期設(shè)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(guī)結(jié)構(gòu)，可采用樓板整體平面內(nèi)無限剛假定模型；對于多塔或錯層結(jié)構(gòu)，可采用樓板分塊平面內(nèi)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(jié)構(gòu)等可采用樓板分塊平面內(nèi)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(jié)構(gòu)或要求分析精度高的高層結(jié)構(gòu)則可采用彈性樓板模型。

3.2 抗震等級的確定

對常規(guī)高層建筑，與主樓連為整體的裙樓的抗震等級不應(yīng)低于主樓的抗震等級；對于地下室部分，當(dāng)?shù)叵率翼敯遄鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)的嵌固部位時，地下一層的抗震等級應(yīng)與上部結(jié)構(gòu)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(guān)范圍且無上部結(jié)構(gòu)的部分，其抗震等級可根據(jù)具體情況采用三級或四級。

結(jié)語

鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)作為現(xiàn)代化城市發(fā)展的一種客觀成果，引領(lǐng)著我國建筑行業(yè)整體的發(fā)展水平。在設(shè)計方面，鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)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(guān)工作的基礎(chǔ)上，希望我國的建筑水平能迎來更好的發(fā)展。

[1]JGJ3-2010，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[2]GB-50011，建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].

[3]唐興榮.高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工[M].中國建筑工業(yè)出版社.2002.