試析鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計常見問題及對策

吳抒聞

（福州精業(yè)建筑工程設(shè)計咨詢有限公司，福建 福州 350000）

1 概念設(shè)計與結(jié)構(gòu)選型

1.1 高寬比的規(guī)定

在高層建筑結(jié)構(gòu)中高寬比合理控制至關(guān)重要，主要是對結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性、剛度值、抗傾覆能力、承載性、經(jīng)濟性等從宏觀角度進行控制的目標，是各類高層項目建設(shè)發(fā)展的經(jīng)驗匯總。從當前諸多A 級高度建筑發(fā)展來看，此項限制應(yīng)用實效性較高。在《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》、《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》、《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、側(cè)向位移、承載能力、抗傾覆能力規(guī)定中也集中展示了對結(jié)構(gòu)高寬比提出的各項要求。高寬比各項規(guī)定并不是一定要滿足的條件，也不是對高層建筑抗震性能進行針對性審查的重要指標。目前我國已有的項目中存在諸多超出高寬比限制的實例。比如深圳地王大廈81 層320m，為8.8,上海金茂大廈420m，為7.6。當項目超出限制要求之后，要對結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)進行精確化計算[1]。

1.2 合理布置抗側(cè)力構(gòu)件

在高層結(jié)構(gòu)中針對部分獨立性單元，要避開應(yīng)力過于集中的縮頸位置與凹角，不能在端部位置布設(shè)樓電梯間，要對地震等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生之后的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)進行分析。針對豎向構(gòu)件嚴禁外挑，實際內(nèi)斂不能過多，承載力要根據(jù)建筑高度方向進行控制，不能布設(shè)在結(jié)構(gòu)疲軟與脆性較大部位。有部分構(gòu)件發(fā)生損壞之后導致完整的結(jié)構(gòu)抗震以及承載能力降低。當前要依照具體情況，在不同結(jié)構(gòu)單元組成中選取對應(yīng)的分離與緊固措施，針對當前高層建筑結(jié)構(gòu)單元需采取加強連接控制措施[2]。

1.3 嵌固端設(shè)置問題

目前對高層建筑結(jié)構(gòu)進行分析要整合結(jié)構(gòu)嵌固端實際位置，此類位置在選取過程中會受到多方面因素影響。如果未設(shè)置地下室或是項目基礎(chǔ)埋設(shè)較大，基礎(chǔ)形式差異性較大等。綜合各項因素確定嵌固端位置，在結(jié)構(gòu)設(shè)計計算中進行提前預(yù)判，其中涉及到不同構(gòu)件內(nèi)力分布情況，對結(jié)構(gòu)側(cè)移也會有較大影響。針對此類問題，相關(guān)設(shè)計人員要重視以下方面內(nèi)容。針對嵌固端樓板設(shè)計、上下部分抗震等級設(shè)定、剛度比控制等，要注重各個方面操作，避免后續(xù)設(shè)計階段要重復修改，也會產(chǎn)生較大的安全隱患[3]。

1.4 短肢剪力墻設(shè)置問題

在《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》明確提出，如果墻體墻肢截面厚度比為5 至8 則此墻體屬于短肢剪力墻，結(jié)合相應(yīng)的設(shè)計實驗以及數(shù)據(jù)規(guī)定要求。目前在高層建筑設(shè)計中全面選用短肢剪力墻具有諸多限制性條件，所以現(xiàn)階段在高層建筑設(shè)計過程中，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員要盡量降低或是不選用短肢剪力墻。

1.5 柱體軸壓比與短柱問題

在鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計中，在優(yōu)化柱軸壓比中會導致柱體截面擴大，其中柱體中縱向鋼筋是構(gòu)造配比。有部分技術(shù)人員會應(yīng)用強度較高的混凝土進行補充，但是柱斷面尺寸不能最大程度降低。限制柱軸壓比是對柱體偏壓狀態(tài)進行調(diào)整，避免混凝土壓碎未達到屈服強度的鋼筋。柱塑性變形能力較小，對結(jié)構(gòu)延性會產(chǎn)生影響。當外部環(huán)境作用力增大，結(jié)構(gòu)能吸收消散的能量較少，會導致結(jié)構(gòu)發(fā)生不同程度損壞。在結(jié)構(gòu)中要控制強柱弱梁設(shè)計，提升梁體延性，這樣能對柱子屈服進行控制，適度降低軸壓比限定值。目前諸多高層建筑底層柱的長細比要低于4，但是不能將其直接定義為短柱。在高層建筑抗震規(guī)范中要融入較高軸壓比，對軸壓比限定值進行合理控制[4]。

1.6 地基與基礎(chǔ)設(shè)計

地基與基礎(chǔ)設(shè)計在高層結(jié)構(gòu)設(shè)計中占有重要位置，從階段設(shè)計對項目后續(xù)設(shè)計會產(chǎn)生較大影響概，其次對項目整體造價也至關(guān)重要。此階段發(fā)生各項問題會產(chǎn)生較多無法預(yù)估的損失。在現(xiàn)階段高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計過程中，要對建筑項目施工所在區(qū)域地質(zhì)現(xiàn)況進行整合，分析項目建設(shè)應(yīng)用功能。掌握水位、上部結(jié)構(gòu)屬性、相鄰建筑影響等，這樣能避免建筑物產(chǎn)生較大傾斜與不均勻沉降。對相鄰建筑物標高與位置進行測量，確保高層建筑基礎(chǔ)施工中安全性有效提升。我國地域遼闊，各個地區(qū)地質(zhì)條件相對復雜，在地基基礎(chǔ)類型選取與設(shè)計方法應(yīng)用中要參考地方性“地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范”要求，整合各項經(jīng)驗，在地基設(shè)計中要深入分析地方規(guī)范，避免對后續(xù)結(jié)構(gòu)設(shè)計產(chǎn)生較大影響。

3 結(jié)構(gòu)計算與分析

3.1 結(jié)構(gòu)整體計算軟件應(yīng)用

近些年我國各項技術(shù)全面發(fā)展，在對高層建筑結(jié)構(gòu)分析中大多都是應(yīng)用計算機軟件，但是計算機軟件應(yīng)用并不能完善代表設(shè)計人員一直遵循的設(shè)計理念。計算機技術(shù)應(yīng)用前后，要對軟件基本計算原理與應(yīng)用范圍進行分析。在結(jié)構(gòu)精確化計算與分析中，要對工程內(nèi)力進行設(shè)計與處理，是提升項目設(shè)計質(zhì)量的重點。現(xiàn)階段在建筑行業(yè)中應(yīng)用較多的計算軟件有SAP、TAT、SATWE、TBSA 等。但是應(yīng)用軟件不同其計算模型也具有相應(yīng)差異，對計算成果也具有較大影響。所以當前在項目結(jié)構(gòu)計算中要對結(jié)構(gòu)類型與計算軟件模型特征進行分析，提升結(jié)構(gòu)計算效率，控制安全隱患[5]。

3.2 周期折減系數(shù)

高層結(jié)構(gòu)中大多要布設(shè)非結(jié)構(gòu)砌體填充墻，在結(jié)構(gòu)精確化計算過程中要分析其對主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的各項影響。周期折減中要分析門口洞口設(shè)置的各項影響。填充墻數(shù)量與結(jié)構(gòu)差異性對周期折減系數(shù)基本取值具有較大影響。

3.3 振型數(shù)目判定

振型數(shù)和結(jié)構(gòu)層數(shù)之間聯(lián)系緊密，在《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》、《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中對振型基本取值具有具體要求。在計算與分析過程中要依照規(guī)定要求分析計算結(jié)果，判定振型數(shù)目調(diào)整要求。

3.4 多塔之間地震周期干擾

目前多塔樓、大底盤高層建筑大量出現(xiàn)，對此類高層建筑進行分析計算，要將結(jié)構(gòu)作為完整整體通過多塔類型或是人為劃分計算是設(shè)計人員要探究的重點問題。當多塔間剛度值差距較大，這樣會出現(xiàn)塔樓地震力計算誤差問題，對結(jié)構(gòu)設(shè)計整體安全性具有較大負面影響[6]。

3.5 非結(jié)構(gòu)構(gòu)件計算和設(shè)計

高層建筑設(shè)計中由于外部美觀要求或是應(yīng)用功能要求，存在較多非結(jié)構(gòu)構(gòu)件。對于此部分內(nèi)容，在高層結(jié)構(gòu)屋頂中較為突出，對于此部分裝飾構(gòu)件優(yōu)化設(shè)計。由于高層建筑結(jié)構(gòu)與常見建筑相比在風荷載與地震作用要求較高，所以要通過規(guī)范中非結(jié)構(gòu)構(gòu)件結(jié)算之后進行設(shè)計。

4 結(jié)語

綜合上述，在現(xiàn)代化建筑行業(yè)發(fā)展中鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)是建筑行業(yè)發(fā)展基本形式，能全面提升建筑行業(yè)發(fā)展速率。在高層結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化過程中，要全面控制建筑應(yīng)用功能與外部表現(xiàn)成效，確定設(shè)計安全問題，提升設(shè)計穩(wěn)定性。本文分析了目前高層建筑混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計中的各項問題，從選型設(shè)計、地基設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計中落實各項操作，優(yōu)化結(jié)構(gòu)計算，保障鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計水平全面提升。