高層建筑設(shè)計中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

簡國春

【摘要】本研究根據(jù)高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工和設(shè)計工作，在全面分析高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計靈魂的基礎(chǔ)上，展開了對高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中關(guān)鍵問題的思考，并對短支剪力墻設(shè)置、結(jié)構(gòu)體系選擇、結(jié)構(gòu)高度控制等問題進行了研討，提供了新時期高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中加強抗震功能、高強混凝土合理運用、提高耐久性、加強概念設(shè)計等環(huán)節(jié)的工作，希望達到高層建筑設(shè)計中對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、耐久性和安全性的保證。

【關(guān)鍵詞】高層建筑設(shè)計；鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計

引言

設(shè)計是形成高層建筑質(zhì)量，在初始時期控制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，要站在為社會和行業(yè)發(fā)展負責(zé)的高度看待和重視高層建筑設(shè)計中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的相關(guān)工作，形成對設(shè)計重點和細節(jié)的把握，提高高層建筑設(shè)計環(huán)節(jié)中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的工作水平。在具體的高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)該突出設(shè)計的內(nèi)涵，體現(xiàn)高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的靈魂，對高層建筑設(shè)計中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)方面的關(guān)鍵問題進行全面思考，從短支剪力墻、結(jié)構(gòu)體系、高度控制等關(guān)鍵環(huán)節(jié)展開對高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計控制和管理，進而為高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計目標的達成起到重點方面和體系方面的支撐作用。

一、高層建筑中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)涵

隨著鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用于高層建筑越來越廣泛，要想保證高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計達到規(guī)范規(guī)定的標準，就必須遵循一定的原則，加強高層的建筑結(jié)構(gòu)的使用維護、施工及設(shè)計。其原則需求主要表現(xiàn)在：第一，安全性。在設(shè)計的合理使用年限以內(nèi)的高層建筑結(jié)構(gòu)，應(yīng)該可以承擔(dān)各種可能發(fā)生的突發(fā)情況，而且在發(fā)生了偶然事件以后，建筑物的結(jié)構(gòu)必須要保持一定的穩(wěn)定特性。第二，耐久性。在設(shè)計的可以使用的年限以內(nèi)，高層建筑的結(jié)構(gòu)應(yīng)該具有一定的耐久性。第三，適用性。在設(shè)計的能夠合理使用的年限以內(nèi)，高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計應(yīng)該可以滿足使用的要求，具有較好的抗振、抗裂縫或者抗變形的性能。

二、結(jié)構(gòu)選型中常見的問題

2.1結(jié)構(gòu)規(guī)則性的問題

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，規(guī)范對于結(jié)構(gòu)規(guī)則性的內(nèi)容有很大的變化，在舊的規(guī)范中增加了很多新的規(guī)范條件，比如平面規(guī)則性信息、嵌固端上下層剛度比較的信息以及豎向規(guī)則性信息等，并且在新的規(guī)范中，采用了強制性的規(guī)定。所以在高層建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)該遵循規(guī)范的內(nèi)容，從而可以有效的避免施工中要求對設(shè)計進行改變。

2.2嵌固端的設(shè)計問題

目前很多的高層建筑物都有兩層或者兩層以上的人防地下室，所以嵌固端可能設(shè)置在人防的頂板位置處，也可能設(shè)置在地下室頂板的位置處。在設(shè)置嵌固端時，建筑師以及結(jié)構(gòu)設(shè)計師很容易忽略嵌固端的設(shè)置帶來的問題，如：嵌固端上下層的剛度、樓板的設(shè)計、上下層抗震等級的統(tǒng)一性和結(jié)構(gòu)整體計算時嵌固端的位置等一系列的問題，如果在設(shè)計中忽略任何一個問題都可能對高層建筑結(jié)構(gòu)造成安全隱患，所以這就要求建筑師和結(jié)構(gòu)設(shè)計師在鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計時，注意嵌固端設(shè)置的問題。

2.3短肢剪力墻設(shè)計的問題

在鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計的規(guī)范中，對短肢剪力墻在高層建筑中的應(yīng)用有很多限制，所以在高層建筑設(shè)計中，建筑師以及結(jié)構(gòu)設(shè)計師應(yīng)該盡量減少或者避免采用短肢剪力墻，從而可以有效的避免工程設(shè)計中不必要的麻煩。

2.4結(jié)構(gòu)超高問題

在鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計中，對于高層建筑的總高度在抗震規(guī)范中具有嚴格的要求，特別是新規(guī)范中，除了將原來限制的高度設(shè)置為A級高度，還增加了B級建筑物的高度，所以在高層結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)該嚴格控制建筑物的高度，從而可以減少重新設(shè)計以及不符合要求等問題，減少高層結(jié)構(gòu)設(shè)計對施工工期的影響。

三、地基與基礎(chǔ)設(shè)計問題

地基與基礎(chǔ)設(shè)計一直是結(jié)構(gòu)工程師比較重視的方面，不僅僅由于該階段設(shè)計的好與壞將直接影響后期設(shè)計工作的進行，同時，也是因為地基基礎(chǔ)在整個工程造價中起決定性因素，因此，在這一階段出現(xiàn)問題后果可能更加嚴重甚至造成無法估量的損失。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)條件相當復(fù)雜。作為國家標準，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)都進行詳細的描述和規(guī)定，因此建立在國家標準之下的地方標準、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)定更為詳細和準確。

四、結(jié)構(gòu)計算與分析

隨著房屋建筑結(jié)構(gòu)方面新規(guī)范的陸續(xù)頒布實施，各種計算軟件也都更新版本，但在計算時經(jīng)常會出現(xiàn)各種各樣的問題。這其中既有軟件自身不完善的因素，也有使用人對規(guī)范理解不正確的原因。因此，如何準確、高效地對工程進行內(nèi)力分析并按照規(guī)范要求進行設(shè)計和處理，是決定工程設(shè)計質(zhì)量好壞的關(guān)鍵。

4.1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。

4.2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?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根據(jù)具體情況采用三級或更低等級。

4.3振型數(shù)目是否足夠

振型數(shù)的多少與結(jié)構(gòu)的層數(shù)有關(guān)，文獻中對振型的取值都有較為明確的規(guī)定。因此，在計算分析階段根據(jù)規(guī)范要求對計算結(jié)果進行判斷，并決定是否要調(diào)整振型數(shù)目的取值。

4.4非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計算與設(shè)計

在高層建筑中，往往存在一些由于建筑美觀或功能要求且非主體承重骨架體系以內(nèi)的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件。對這部分內(nèi)容尤其是高層建筑屋頂處的裝飾構(gòu)件進行設(shè)計時，由于高層建筑地震作用和風(fēng)荷載較大，必須嚴格按照新規(guī)范中增加的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的處理措施進行設(shè)計。

五、提高高層建筑耐久功能

在高層建筑鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，若以優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計為主要目的，則要根據(jù)設(shè)計規(guī)范來處理主要問題，認清主次，通過多種目標與單一目標的優(yōu)化使設(shè)計的效果令人滿意。因此，必須加強房屋耐久性設(shè)計，在原來的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計方案中，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的耐久性往往沒有得到設(shè)計人員的充分考慮，其實就是在規(guī)定的使用年限內(nèi)對于用戶的各種正常使用要求均能夠滿足。在實際情況中，許多方案設(shè)計都沒有達到這些要求。出現(xiàn)這種情況的主要原因是設(shè)計時沒有完全考慮建筑物在實際運作中由于環(huán)境、條件的影響，而導(dǎo)致的建筑的可靠指數(shù)明顯降低。因此，在對一般的高層建筑混凝土進行設(shè)計時，主要都集中在造價、材料上，所以只有造價小、材料少的結(jié)構(gòu)設(shè)計才是滿意的設(shè)計。如今人們的生活水平不斷地提高，對工程的質(zhì)量要求也相應(yīng)地得到提高，所以當建筑物的特殊使用要求或者技術(shù)要求與經(jīng)濟成為主要矛盾時，就要果斷地放棄經(jīng)濟這個指標。

六、結(jié)束語

簡而言之，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是高層建筑出現(xiàn)的基礎(chǔ)，如何科學(xué)地進行高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計已經(jīng)成為行業(yè)的重點，應(yīng)該突出鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的特性，結(jié)合高層建筑的特點，把握高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和難點，充分發(fā)揮鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在整體性和機械性能上的優(yōu)勢，設(shè)計出高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的精品，在實現(xiàn)高層建筑穩(wěn)定和安全的同時，實現(xiàn)高層建筑舒適度和功能性的保證。

參考文獻：

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