探討高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計與混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計

沈夕淵

江蘇興港建設(shè)集團有限公司 江蘇 張家港 215600

鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)是高層建筑中的結(jié)構(gòu)主體，對于建筑工程整體質(zhì)量與實際使用性能有著重要的影響。高層建筑因其高度較高，與傳統(tǒng)的建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的需求有著很大的不同，鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)在承重以及多個方面對于其綜合質(zhì)量有著更高的要求，因此在施工之前，設(shè)計單位要對鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)進行全面、科學的設(shè)計，才能夠確保高層建筑整體質(zhì)量，提高高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學性和合理性，需要設(shè)計單位加以更多的關(guān)注，使高層建筑整體結(jié)構(gòu)設(shè)計更加合理。

1 高層建筑鋼結(jié)構(gòu)特點分析

當前我國高層建筑中，有多種不同的結(jié)構(gòu)體系，根據(jù)其高度、使用需求等確定合理的結(jié)構(gòu)形式，才能夠確保高層建筑結(jié)構(gòu)達到實際使用性能。

1.1 剪力墻結(jié)構(gòu)

剪力墻結(jié)構(gòu)是高層建筑中應(yīng)用最為廣泛的結(jié)構(gòu)類型之一，通常應(yīng)用在混凝土結(jié)構(gòu)中，剪力墻結(jié)構(gòu)施工流程較為簡單，且施工成本較低，但是剪力墻之間的間距設(shè)置不能夠過大，對于平面的布置不夠靈活，且承重能力不能滿足許多現(xiàn)代高層建筑的需求，不可避免的存在著一些缺陷[1]。

1.2 框架結(jié)構(gòu)

框架結(jié)構(gòu)在高層建筑中的表現(xiàn)形式通常為鋼框結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，主要構(gòu)成是由承重梁、承重柱通過節(jié)點所組成，框架結(jié)構(gòu)具有應(yīng)用靈活、布置便利的特點，可以根據(jù)室內(nèi)空間的具體布置需求進行相應(yīng)的調(diào)整。但是框架結(jié)構(gòu)的梁、柱面積較小，從而導致框架結(jié)構(gòu)的抗震性能較差，在一些對于抗震要求較高的高層建筑中不能使用。

1.3 其他結(jié)構(gòu)

高層建筑中還有一些其他結(jié)構(gòu)類型，例如框架結(jié)構(gòu)與剪力墻結(jié)構(gòu)混合結(jié)構(gòu)、簡體結(jié)構(gòu)、巨型結(jié)構(gòu)等，一般按照高層建筑的實際設(shè)計方案采取多種不同結(jié)構(gòu)混合的模式，將不同結(jié)構(gòu)類型的優(yōu)點進行發(fā)揮，并通過融合的方式補足不同結(jié)構(gòu)類型的缺點，是我國當前高層建筑中主要采用的結(jié)構(gòu)類型，也就是混合結(jié)構(gòu)。

2 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計需求分析

混凝土結(jié)構(gòu)是高層建筑中的主體，是影響高層建筑質(zhì)量以及工程造價最主要的因素，混凝土結(jié)構(gòu)強度以及其其他參數(shù)必須滿足高層建筑整體設(shè)計需求，并設(shè)計多種結(jié)構(gòu)方案進行對比，確定最佳的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。

2.1 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的剛度需求

高層建筑因其高度較高，對于混凝土結(jié)構(gòu)的剛性要求較高，高層建筑的高度決定了其側(cè)向位移較大，而高剛度的混凝土結(jié)構(gòu)能夠降低側(cè)向位移，從而保證高層建筑的結(jié)構(gòu)承載力不會受到較大的影響，混凝土結(jié)構(gòu)的剛度設(shè)計需要滿足設(shè)計規(guī)范和標準需求，結(jié)合高層建筑實際設(shè)計要求，提高混凝土結(jié)構(gòu)的剛度。

2.2 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的抗側(cè)向力需求

在高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中，側(cè)向力是影響高層建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)力以及工程造價的最主要因素之一，高層建筑對于混凝土結(jié)構(gòu)鋼承受自重、活載等垂直荷載和風等水平力的要求較高，因此需要保證混凝土結(jié)構(gòu)側(cè)向力能夠滿足高層建筑的使用需求，才能夠保證高層建筑整體質(zhì)量。

2.3 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的延展性需求

高層建筑的混凝土結(jié)構(gòu)與多層建筑混凝土結(jié)構(gòu)需求有著很大的不同，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)對于延展性的需求更高，能夠更好的滿足高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計需求。提高高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)延展性需要確保混凝土結(jié)構(gòu)經(jīng)濟性，通過科學的設(shè)計和混凝土材料確定，才能夠保證混凝土的延展性。

3 高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化策略

3.1 加強鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點設(shè)計

在高層建筑的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中，節(jié)點設(shè)計是影響鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方案能否實現(xiàn)的主要因素。在一般的高層建筑中，需要從傳力特點的角度進行確定，鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點主要可以分為半剛接、鉸接以及剛接等不同類型，每一種連接類型都有著不同的使用場景，需要根據(jù)高層建筑的實際設(shè)計需求加以確定，確保鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點連接方式能夠滿足高層建筑的傳力需求。技術(shù)人員需要注重對焊接、栓接、梁腹板、連接板等不同內(nèi)容的設(shè)計，在焊接工作中，需要確定鋼板焊接的焊接縫形式和焊接面的尺寸，保證焊接連接的緊固程度。在栓接過程中，需要考慮高強螺栓直徑，連接板，摩擦面等因素；在梁腹板中，需要對栓孔位置的腹板抗剪凈截面進行計算，還需要計算高強度承壓型螺栓的承壓能力，保證其能夠達到質(zhì)量要求，不會出現(xiàn)質(zhì)量問題；在連接板中，需要根據(jù)梁腹板的計算增加連接板的厚度，從而提高鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點設(shè)計的科學性[2]。

3.2 加強質(zhì)量標準規(guī)范

高層建筑對于鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量要求較高，因此施工單位要根據(jù)高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案，制定嚴格鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量標準規(guī)范，且需要對每一處鋼結(jié)構(gòu)施工環(huán)節(jié)進行嚴格的質(zhì)量檢測，確保鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量能夠達到規(guī)范標準要求。高層建筑施工中所需要的鋼材類型多種多樣，每一種鋼材類型在承重能力、強度等方面有著很大的差異，，因此施工單位需要按照實際高層建筑設(shè)計需求，確保能夠達到國標標準要求，并加強鋼結(jié)構(gòu)施工的監(jiān)督，確保鋼結(jié)構(gòu)施工不會出現(xiàn)質(zhì)量問題。鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量能夠?qū)Ω邔咏ㄖw質(zhì)量造成直接的影響，因此在施工過程中必須對焊接質(zhì)量進行檢測，確保其能夠達到質(zhì)量要求。

3.3 高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的選型與布置

高層建筑鋼結(jié)構(gòu)體系需要從抗側(cè)力角度進行分類，設(shè)計單位需要考慮到多種不同鋼結(jié)構(gòu)選型對高層建筑整體質(zhì)量及經(jīng)濟性的影響因素，根據(jù)高層建筑結(jié)構(gòu)方案設(shè)計的負載能力要求、施工條件要求、制作安裝要求等多項不同的要求，選擇強度、抗震能力都能夠達到標準的鋼材選型，并對鋼結(jié)構(gòu)的施工位置進行科學的劃分，可以利用BIM技術(shù)，對施工方案進行模擬，建立鋼結(jié)構(gòu)三維施工立體模型，從而能夠有效提高鋼結(jié)構(gòu)的施工效率和施工質(zhì)量，避免出現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸、拆分位置不科學、不正確的問題，從而降低施工成本，提高高層建筑施工項目的經(jīng)濟效益[3]。

4 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化策略

混凝土結(jié)構(gòu)作為高層建筑中的主體結(jié)構(gòu)，對于高層建筑的整體質(zhì)量及經(jīng)濟性會造成較大的影響，因此需要對混凝土結(jié)構(gòu)進行全面、科學的設(shè)計，確保混凝土結(jié)構(gòu)的強度。

4.1 高層建筑混凝土配比優(yōu)化

混凝土配比是決定混凝土強度的主要因素，因此在高層建筑施工前，需要按照高層建筑的質(zhì)量要求對混凝土進行科學的配比，從而滿足多種不同混凝土結(jié)構(gòu)的強度需求。混凝土配比需要使用多種添加劑進行配比，根據(jù)建筑施工的具體要求，進行不同比例的混凝土配比，可以選擇的有混凝土添加劑、砂石等，配比之后要檢查混凝土堿料的反映情況，之后及時做出調(diào)整，確保混凝土的配比能夠滿足高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)施工的要求。混凝土的配置還需要進行攪拌，使配比中多種材料達到充分的結(jié)合，在混凝土供應(yīng)商攪拌工作完成后，如果現(xiàn)場出現(xiàn)了混凝土塌落度損失不能滿足需求時，需要施工單位在施工現(xiàn)場對混凝土進行二次攪拌，在攪拌過程中要注意所添加的材料要與商混基地的標準相同，否則會因標準不同在后期出現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量問題，攪拌流程需要按照攪拌技術(shù)規(guī)范嚴格開展，從而能夠有效提高混凝土質(zhì)量，更好的滿足高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的使用需求。

4.2 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)剪力墻設(shè)計

高層建筑的混凝土結(jié)構(gòu)需要具有一定的變形能力，才能夠保證混凝土結(jié)構(gòu)的綜合質(zhì)量。例如在截面較長的混凝土結(jié)構(gòu)剪力墻設(shè)計中，需要在剪力墻的連接處設(shè)置相應(yīng)的連接梁，從而滿足剪力墻之間水平力傳遞的需求，并滿足高層建筑的抗震需求，在嚴格遵守混凝土剪力墻設(shè)計標準的情況下施工，能夠減少出現(xiàn)墻面變形等問題，從而降低對高層建筑整體質(zhì)量的影響。剪力墻連接梁的設(shè)計可以根據(jù)抗側(cè)力的需求，設(shè)計成截面較小的二力桿件，或者截面較大的強連系梁，從而能夠提高剪力墻的抗震性能和變形能力，能夠使剪力墻的整體強度得到很大的提升。

4.3 超長混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計優(yōu)化

超長混凝土結(jié)構(gòu)在高層建筑中是較為常見的結(jié)構(gòu)類型，且是混凝土質(zhì)量問題經(jīng)常出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)部分，超長混凝土結(jié)構(gòu)容易受到外部因素的影響，例如空氣溫度、空氣濕度等，會導致超長混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不同程度的收縮、開裂問題，從而導致超長混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量下降，超長混凝土結(jié)構(gòu)的長度越長，受到外界因素的影響越大，因此對于超長混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計需要更多的考慮到外界環(huán)境因素的變化，降低超長混凝土結(jié)構(gòu)受到環(huán)境溫度、大氣濕度的影響程度，采用設(shè)置伸縮縫、提高配筋率、設(shè)置保溫措施等方式，能夠夠提高混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命[4]。

4.4 加強高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量管理

混凝土強度檢測工作是混凝土結(jié)構(gòu)施工過程中一項重要的工作，但是許多施工單位因為最大程度追求經(jīng)濟效益，對混凝土強度的檢測工作有所忽視，或根本不開展混凝土強度檢測工作，從而造成了許多的安全隱患和安全事故。因此施工單位需要加強對混凝土結(jié)構(gòu)強度、質(zhì)量的檢測，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量和強度問題要立即進行整頓，采用科學的混凝土結(jié)構(gòu)養(yǎng)護措施，解決混凝土結(jié)構(gòu)存在的缺陷，利用現(xiàn)代檢測技術(shù)對混凝土結(jié)構(gòu)整體質(zhì)量開展全面的檢測。

結(jié)束語

綜上所述，本文對高層建筑鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計要點、設(shè)計需求進行了詳細的闡述。