高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計問題探究

林建文

廣東宏圖建筑設(shè)計有限公司（514000）

0 前言

我國高層建筑施工過程中對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)非常重視，依照使用需求形成了系統(tǒng)化、全面化結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容，使我國建筑質(zhì)量邁上了一個新的臺階。尤其是在穩(wěn)定性設(shè)計、耐久性設(shè)計中，從實際性能參數(shù)出發(fā)對結(jié)構(gòu)體系、橫縱布置、短剪力墻進行調(diào)整，消除了高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的隱蔽風(fēng)險，使其建筑質(zhì)量得到了質(zhì)的飛躍。

1 高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計問題

建筑施工過程中通過鋼筋、混凝土等形成主體結(jié)構(gòu)，借助大模板澆筑、滑膜等技術(shù)形成承重性能高、剛度大、耐久性好的框架，這種框架結(jié)構(gòu)已廣泛應(yīng)用于我國高層建筑中。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)對安全系數(shù)、耐久系數(shù)、適用效果等要求非常嚴格，需結(jié)合實際情況作好有效設(shè)計和分析。

1.1 結(jié)構(gòu)體系

我國高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容非常復(fù)雜，需綜合考慮各項參數(shù)，否則很容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)體系不穩(wěn)定問題，如地基基礎(chǔ)不穩(wěn)定區(qū)域選擇較小剛度的上部結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換層為減少轉(zhuǎn)角施工難度降低剛性值，頂點位移和層間位移不滿足規(guī)范值等。這些均會造成結(jié)構(gòu)性能不達標，導(dǎo)致鋼筋混凝土耐久性效果欠佳[1]。

1.2 結(jié)構(gòu)超高

超高問題是影響高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計效果的關(guān)鍵。依照設(shè)計要求，高層建筑限制高度必須滿足標高，不可超過對應(yīng)A級或B級應(yīng)屬范圍。但我國高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中對A級、B級規(guī)范指標并不重視，設(shè)計超出應(yīng)屬限制高度的問題屢見不鮮，導(dǎo)致高層建筑結(jié)構(gòu)根本無法滿足性能需求，嚴重影響了高層建筑的安全性、可靠性。

1.3 剪力墻

高層建筑剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時大多以短剪力墻為主，短剪力墻穩(wěn)定性較差，很容易出現(xiàn)后期施工問題，如短剪力墻截面厚度較小，處理難度較大；短剪力墻使用數(shù)量較多，工程量增加，使鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)性能大打折扣。為此，設(shè)計時可結(jié)合高層建筑要求進行針對性選取，形成對應(yīng)的T型、L型、Z型結(jié)構(gòu)，以降低后續(xù)施工難度[2]。

2 高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化

2.1 優(yōu)化結(jié)構(gòu)體系，作好設(shè)計規(guī)劃

高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)依照規(guī)則性設(shè)計，保證框架體系合理。可依照穩(wěn)定程度調(diào)整結(jié)構(gòu)剛性、形變、位移等，計算框架梁柱軸壓、鋼筋承載及混凝土強度，保證體系耐久性和穩(wěn)定性達到設(shè)計標準。尤其是在轉(zhuǎn)角設(shè)計時應(yīng)嚴格把控轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)，使側(cè)向剛度和外柱剪力呈正相關(guān)，轉(zhuǎn)角比值在1左右。

與此同時，應(yīng)合理使用高強混凝土和鋼筋夯，降低高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)成本造價。當?shù)鼗A(chǔ)穩(wěn)定性較差時盡量選擇高強鋼筋和高強混凝土，控制折減系數(shù)在0.6~0.7，降低鋼筋混凝土截面承受力，提升建筑穩(wěn)定性。當?shù)鼗A(chǔ)較為穩(wěn)定時混凝土等級可結(jié)合位置狀況和使用年限適當選取（見表1）。

表2 高層建筑鋼筋混凝土抗震等級

表1 混凝土強度等級及使用年限

框支梁、框支柱及抗震等級為一級的框架梁、柱、節(jié)點核心區(qū)混凝土強度等級應(yīng)高于C30。不影響主體結(jié)構(gòu)安全使用的次要構(gòu)件混凝土強度等級可適當降低，但盡量低于C25等。

2.2 依照建筑等級，規(guī)劃橫豎布置

高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)需滿足限高等級，限高等級不能超過設(shè)計要求。設(shè)計時要嚴格區(qū)分A級和B級建筑，規(guī)范其位移量、剛度系數(shù)、限高參數(shù)等，針對不同等級選取不同設(shè)計方案及處理手段，提升設(shè)計方案過審的概率。一般，A級建筑位移量與樓層數(shù)的比在1.2~1.5，B級建筑位移量與樓層數(shù)的比低于1.2。

滿足限高等級后應(yīng)完善橫向設(shè)計，確保平面形狀、功能位置與實際需求一致。平面結(jié)構(gòu)復(fù)雜時可依照單元結(jié)構(gòu)設(shè)計伸縮縫，提升框架平面防震效果。豎向分布設(shè)置時應(yīng)保證高層建筑的均勻性和穩(wěn)定性，盡量避免內(nèi)收、外挑等不規(guī)則設(shè)計。如必須內(nèi)收時要控制臨近內(nèi)收樓體側(cè)向剛度超過兩側(cè)樓體側(cè)向剛度的70%，內(nèi)收高度值要低于整體樓層高度值的0.2，且不可出現(xiàn)連續(xù)內(nèi)收[3]。

2.3 調(diào)整短剪力墻，作好質(zhì)量控制

剪力墻設(shè)計時應(yīng)調(diào)整短剪力墻的數(shù)量，在結(jié)構(gòu)性能需求基礎(chǔ)上形成完整的工藝流程，保證剪力墻工藝參數(shù)滿足各項使用需求。

在高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中可增加大模板支撐剛性結(jié)構(gòu)，減少短剪力墻數(shù)量。確定短剪力墻位置后應(yīng)在圖紙上標注，包括高度參數(shù)、厚度參數(shù)、截面系數(shù)等。上述參數(shù)需結(jié)合高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要求適當調(diào)整，控制其截面厚度小于等于300 mm，高度和厚度比在4~8。注明鋼筋混凝土配比，對剪力墻性能參數(shù)進行調(diào)整，以保證其滿足耐久性、安全性使用需求。

2.4 結(jié)合臨界荷重，增強穩(wěn)定效果

臨界荷重可通過數(shù)學(xué)算法計算，與鋼筋混凝土強度、配筋率等相關(guān)。高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)依照不同區(qū)域的永久荷載值、臨界荷載值、可變荷載值調(diào)整，減少多層大剛度轉(zhuǎn)接、豎向剛度突變等，避免出現(xiàn)荷載薄弱區(qū)域。

此外，還需要適當調(diào)整高層建筑不同結(jié)構(gòu)的抗震等級，在該指標基礎(chǔ)上設(shè)計振型數(shù)，合理選用構(gòu)件等，見表2。

3 結(jié)語

高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)綜合考慮結(jié)構(gòu)體系、限高等級、剪力墻、結(jié)構(gòu)荷重，結(jié)合標準規(guī)范作好結(jié)構(gòu)設(shè)置，提升高層建筑的安全性。與此同時，還要依照剛度需求、平面布置、抗震性能及耐久性能調(diào)整和優(yōu)化設(shè)計方案，保證設(shè)計參數(shù)與預(yù)期效果一致，從根本上改善高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計效果。