高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計常見的問題分析

【摘 要】目前，我國建筑行業(yè)不斷地發(fā)展，取得了優(yōu)越的成果。在這個時期內(nèi)，我國建造了無數(shù)的龐大的建筑物，而且規(guī)模不斷增大，復(fù)雜性不斷的增高，這是眾所周知的。但我們不要滿足于現(xiàn)狀而停滯不前，要為以后建設(shè)出更高的水平，還要努力，精益求精。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》

1 剪力墻框支梁支放在剪力墻上的設(shè)計問題

《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（以下簡稱《高規(guī)》）和《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》對框支梁和框支柱的截面及配筋都有詳盡規(guī)定，但對框支梁支放在混凝土剪力墻上時卻未作任何規(guī)定或建議。事實(shí)上，當(dāng)框支梁支放在混凝土剪力墻上時，相當(dāng)于施加給剪力墻一個大的集中荷載，這個集中荷載包括豎向和水平向、集中壓力和推拉力以及集中彎矩和扭矩。盡管剪力墻沿墻長度方向具有較強(qiáng)的承載能力，但垂直于剪力墻支放的框支大梁所傳荷載的作用方向正是剪力墻的弱軸方向。因此，當(dāng)框支梁直接支放在混凝土剪力墻上時，建議按以下方面考慮剪力墻的設(shè)計：

（1）按底部加強(qiáng)部位無翼墻的要求（即層高的1/12），參照高規(guī)有關(guān)對框支柱截面高度的限制，以及框支粱鋼筋水平段的錨固要求等初步確定剪力墻的厚度；

（2）在不小于框支梁寬度范圍內(nèi)的剪力墻中按框支柱要求設(shè)置暗柱，進(jìn)行構(gòu)造計算和配筋；

（3）針對框支梁所傳集中荷載進(jìn)行局部抗力驗(yàn)算。

2 試樁階段抗拔錨樁的裂縫控制問題

在確定抗壓工程樁的單樁極限承載能力時，如采用錨樁作加載反力裝置，并利用抗壓工程樁作為試樁階段的錨樁，則臨時作為錨樁用的工程樁將在試樁階段承受拉力。對此時的錨樁抗裂及裂縫寬度將如何要求尚無明確規(guī)定。按照文獻(xiàn)第8.5.8條，當(dāng)樁基承受拔力時，應(yīng)對樁基進(jìn)行抗拔驗(yàn)算及樁身抗裂驗(yàn)算。但從設(shè)計狀況來看，承受拉力的時間與設(shè)計使用年限相比是很短的狀況，且一般來講，除試樁階段外不再承受拉力。因此，其狀況或?qū)儆凇岸虝籂顩r”或?qū)儆凇芭既粻顩r”。根據(jù)需要進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計；當(dāng)為偶然狀況時。按偶然組合進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)設(shè)計或采取保護(hù)措施不致喪失承載能力。顯然，當(dāng)按偶然狀況時，只要確保構(gòu)件的承載能力不喪失，即為滿足要求：當(dāng)按短暫狀況時，也只是“可根據(jù)需要進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計”，在這種情況下，也至多采用“頻遇組合”的效應(yīng)進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)的設(shè)計，包括抗裂設(shè)計；至于最大裂縫控制，雖然短暫的裂縫對構(gòu)件的耐久性稍有影響，但畢竟試樁結(jié)束后，作為工程樁將長期處于受壓狀態(tài)，即使試樁階段出現(xiàn)有裂縫現(xiàn)象也會在壓力作用下重新閉合。據(jù)此，在不影響試樁構(gòu)件承載力的前提—卜，可以不計較構(gòu)件的裂縫寬度問題。作為地下建筑箱體及基礎(chǔ)底板的抗浮計算。一般應(yīng)包括箱體基礎(chǔ)面積的確定、箱體穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)抗力及構(gòu)件抗裂等內(nèi)容。那么，如何考慮地下水浮力的作用以及基礎(chǔ)底板的各作用荷載問題以及各階段作用在箱體上的荷載及分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)如何取用，以筆者對規(guī)范的理解略作闡述。

（1）首先應(yīng)明確結(jié)構(gòu)抗力及穩(wěn)定均屬于“承載能力極限狀態(tài)”的范疇，而基底面積與構(gòu)件開裂圾變形則屬于“正常使用極限狀態(tài)”的范疇。

（2）依據(jù)文獻(xiàn)，進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時，應(yīng)考慮作用效應(yīng)的“基本組合”；進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)不同目的分別選用“標(biāo)準(zhǔn)組合、頻遇組合及準(zhǔn)永久組合”。針對不同組合，依據(jù)規(guī)范采用相應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)則是很清楚的了。但需要指出的是，水浮力屬于可變荷載，至于水浮力是否起控制作田，應(yīng)當(dāng)與永久荷載及其他可變荷載的作用效應(yīng)進(jìn)行比較后確定。

（3）一般情況下作用在基礎(chǔ)板上的荷載有以下幾方面內(nèi)容：a.基礎(chǔ)板自重；b.基礎(chǔ)板面上的永久荷載和可變荷載；c.墻柱所傳豎向荷載（此處按面荷載計）；d.包括上部荷載作用下的地基反力；e.水浮力。當(dāng)進(jìn)行基礎(chǔ)底板承載能力極限狀態(tài)計算時，根據(jù)“基本組合”計算上述各荷載的作用效應(yīng)。

（4）基礎(chǔ)板下有樁基時的受荷關(guān)系。當(dāng)基礎(chǔ)底板下設(shè)置樁基礎(chǔ)時，由于上部豎向荷載被樁平衡，此時的基礎(chǔ)底板所受荷載除板頂面永久荷載和可變荷載以及板自重外，應(yīng)當(dāng)就是可變的地基反力與水浮力之和。當(dāng)水浮力大于板自重與板頂面永久荷載和可變荷載之和的情況下，地基反力為零，基礎(chǔ)底板所受凈反力等于水浮力與基礎(chǔ)底板所受頂面永久荷載和可變荷載以及板自重總和之差；當(dāng)水浮力小于板自重與板頂面永久荷載和可變荷載之和時，地基反力不再為零，而是等于水浮力與基礎(chǔ)底板所受頂面永久荷載和可變荷載以及板自重總和之差，但此時基礎(chǔ)底板所受凈反力則應(yīng)為零，即處于平衡狀態(tài)。

（5）考慮樁基沉降的基礎(chǔ)板受荷關(guān)系。一些設(shè)計者認(rèn)為，由于樁基沉降，基礎(chǔ)板下的天然地基必然承受一定量的上部所傳豎向荷載，例如，5%-20%的上部豎向荷載，以此部分豎向荷載與水浮力相加作為基礎(chǔ)板的反力。的確，由于樁、土變形，必然有部分上部荷載卸載到基礎(chǔ)板下的天然地基中，但這部分豎向荷載與板自重方向一致，應(yīng)該與基礎(chǔ)板自重及與自重方向一致的基礎(chǔ)板面永久荷載和可變荷載相加，并與水浮力相減，而不是與水浮力相加的關(guān)系。

3 平面凹凸的寬度計算問題

《高規(guī)》有有關(guān)于平面及立面凹凸寬度的限制規(guī)定，之所以有這些規(guī)定，主要是考慮不規(guī)則平面或凹凸過大容易產(chǎn)生扭動及凹口應(yīng)力破壞。針對較復(fù)雜平面的計算寬度往往出現(xiàn)爭議。兩個建筑的平面，凹M深度分別為n，b，c，兩單元連接處寬度為3，總長度為L。《高規(guī)》分別規(guī)定了n，b，c，B與B的比值限定。B應(yīng)理解為建筑平面的最大投影寬度，但當(dāng)沿平面寬度方向最外端有局部突出的平面體量很小（例如僅為樓梯間外凸）時，甚至小至（b）的尖角，是否也要作為建筑物平面寬度的一部分計入在內(nèi)呢？將B用建筑平面的折算寬度BT來表達(dá)較為準(zhǔn)確，而折算寬度B按照等寬矩形平面的相等回轉(zhuǎn)半徑進(jìn)行計算確定，見下式：BT=（12I/A）1/2式中，I，A分別為實(shí)際建筑平面的慣性矩和平面面積。

4 因厚度變化而改變剪力墻的界定與相應(yīng)的設(shè)計問題

《高規(guī)》界定h/b=5～8為短肢剪力墻。因?yàn)橹⒍讨袅鸵话慵袅Φ某休d特性不同，對其構(gòu)造要求也有較大差別。而實(shí)際工程中又經(jīng)常有因剪力墻厚度發(fā)生變化而改變構(gòu)件的定義。例如原設(shè)計的一般剪力墻因?qū)痈摺⑺谖恢玫牟煌凑障鄳?yīng)的構(gòu)造要求改變了剪力墻的厚度，從而變?yōu)槎讨袅Γ蛟瓰槎讨袅Χ淖優(yōu)橹＿@種情況下是否需要按改變后的構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計？

（1）首先因構(gòu)造要求的提高導(dǎo)致截面厚度的增大而改變構(gòu)件的定義，這種情況下的構(gòu)件截面增大是整體性的，增大的幅度也是有限的，因此其受力特性不會有太大的變化，也不會對局部構(gòu)件造成新的危害，原則上不必要提高原確定的結(jié)構(gòu)抗震等級；

（2）從單根構(gòu)件的比較來講，增大截面后的墻肢應(yīng)較原構(gòu)件的承載能力更高，不可能因人為的定義改變就改變了其實(shí)際的承載特性；

（3）當(dāng)因建筑功能需要而改變局部墻肢的截面尺寸，使其受力性能發(fā)生變化時，應(yīng)予以加強(qiáng)；

（4）需要注意，由于程序模型的設(shè)置問題，相同截面的墻與柱，其剛度相差很大，導(dǎo)致的外荷載作用效應(yīng)等也相差很大。這種情況下，即便構(gòu)件定義發(fā)生變化，在程序應(yīng)用中不宜改變。

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[責(zé)任編輯：湯靜]