鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的問題與應(yīng)對(duì)

王曉婷

大連典匠建筑設(shè)計(jì)有限公司 遼寧大連 116000

針對(duì)高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工中存在的問題，文章分析了設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)改進(jìn)策略的重要性及設(shè)計(jì)和實(shí)施的現(xiàn)狀，并提出了改進(jìn)設(shè)計(jì)的方法和手段，為建筑物建設(shè)者提供了一定的理論基礎(chǔ)。結(jié)果表明，為了提高鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性，有必要改善抗震結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)，使用高強(qiáng)度鋼和高強(qiáng)度混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及周期性還原劑的設(shè)計(jì)，以達(dá)到土木工程的耐久性目標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)建筑物更加安全穩(wěn)定的目標(biāo)。

1 鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的問題

1.1 平面設(shè)計(jì)不合理

高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則是保證高層建筑安全的同時(shí)有效降低建造的成本，所以在初步設(shè)計(jì)階段應(yīng)該對(duì)設(shè)計(jì)方案不斷地改進(jìn)，最終實(shí)現(xiàn)成本的最低化和鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理化。有些單體的建筑方案一味地追求造型新穎獨(dú)特有創(chuàng)新，平面有較多的凸出或內(nèi)凹，方案階段布置的不合理，就會(huì)導(dǎo)致我們結(jié)構(gòu)的墻柱、梁板布置不合理，結(jié)構(gòu)整體受力不合理，相應(yīng)的房屋的舒適度也會(huì)大大降低，工程造價(jià)也會(huì)增加很多，這其實(shí)是很不合理的。比如說(shuō)，在沿海地區(qū)，風(fēng)荷載是高層建筑的主要控制性荷載，有些平面形狀復(fù)雜的高層，如Y形、H形以及弧形，這些形狀的房屋風(fēng)壓太大，不利于抗風(fēng)設(shè)計(jì)，如果堅(jiān)持此方案布置，必然會(huì)導(dǎo)致鋼筋及混凝土用量的大大增加，此項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性將會(huì)較差。再比如，有些平面比較狹長(zhǎng)的建筑物，地震時(shí)會(huì)產(chǎn)生不規(guī)則振動(dòng)，在地震較大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生比較大的震害。細(xì)腰形建筑，在凹角部位會(huì)形成應(yīng)力集中，導(dǎo)致樓板開裂、破壞。所以我們?cè)诜桨赋跏茧A段，結(jié)構(gòu)人員應(yīng)該盡早的介入，對(duì)建筑的不合理的設(shè)計(jì)，我們應(yīng)該給出我們合理的建議，以避免結(jié)構(gòu)體系的不合理[1]。

1.2 豎向不規(guī)則

有些單體建筑追求立面的變化，左右單元不對(duì)稱，層數(shù)不同，并且會(huì)有較多的外挑和收進(jìn)，這其實(shí)對(duì)于結(jié)構(gòu)是很不利的。建筑的薄弱部位一般表現(xiàn)在不規(guī)則的部位，不規(guī)則會(huì)引起質(zhì)心和剛心的偏心，上下層之間結(jié)構(gòu)剛度的突變，會(huì)導(dǎo)致承載力的突變，繼而出現(xiàn)變形的過(guò)分集中，將會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重震害甚至倒塌。

1.3 扭轉(zhuǎn)問題

結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)是一個(gè)綜合因素造成的后果，但主要原因還是剛度的不均勻。結(jié)構(gòu)的剛度中心和質(zhì)量中心不能重合或者相隔較遠(yuǎn)時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。所以加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗扭剛度和抗扭能力，是設(shè)計(jì)中需要重要考慮的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。

1.4 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)不到位

鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)應(yīng)該充分考慮特殊自然災(zāi)害進(jìn)行設(shè)計(jì)，以防萬(wàn)一，充分考慮居民的人身安全。在進(jìn)行中等地震的時(shí)候，很可能造成結(jié)構(gòu)受力構(gòu)件進(jìn)入塑性狀態(tài)，引發(fā)二次傷害，很多的高層建設(shè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)沒有對(duì)節(jié)點(diǎn)部位引起重視，造成節(jié)點(diǎn)一旦發(fā)生破壞，整個(gè)結(jié)構(gòu)就很有可能發(fā)生垮塌，嚴(yán)重危害居民的生命安全。

2 鋼筋混凝高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題的應(yīng)對(duì)策略

2.1 做好剪力墻設(shè)計(jì)

高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)最重要的是剪力墻，這是確保高層建筑可靠性的重要方法。設(shè)計(jì)剪力墻時(shí)，應(yīng)該考慮的是剪力墻末端的邊緣組件，使得高層和高層之間的距離足夠大。此時(shí)，增大柱的橫截面積，并且可以充分限制柱的性能。除了剪力墻柱的設(shè)計(jì)，還應(yīng)考慮可變剪力墻的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)剪力墻時(shí)，可以在剪力墻部分添加連接梁。為了讓多側(cè)壁形成單壁，必須加強(qiáng)連接梁的設(shè)計(jì)，如果將吊桿設(shè)置在很高的高度，那么墻壁會(huì)在地震中伸展和變形，從而對(duì)高層建筑造成安全隱患。基于此，在設(shè)計(jì)鋼筋混凝土的抗變形結(jié)構(gòu)時(shí)，有必要確定科學(xué)上允許的剪力墻最大部分，并降低連接梁的剛度，從而確保它們滿足最大要求，滿足民居生活中的日常使用[2]。

2.2 規(guī)范抗震設(shè)計(jì)

鋼筋混凝土是高層建筑最重要的抗震結(jié)構(gòu)之一。大量的研究表明，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中對(duì)結(jié)構(gòu)安全性和抗震性能的評(píng)估應(yīng)予改進(jìn)，特別是在建筑設(shè)計(jì)的重要領(lǐng)域中，應(yīng)改善鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的地震行為的預(yù)定處理方式，例如在高層建筑中，通過(guò)綜合評(píng)估層數(shù)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的剛度來(lái)評(píng)估數(shù)據(jù)的合理性。必須特別注意頂部塔的轉(zhuǎn)換和結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)對(duì)彈性樓板和建筑物剛度的整體分析，并保證組件的數(shù)量，以符合建筑物規(guī)范和高層建筑的使用要求。

2.3 強(qiáng)化鋼筋的耐久性

隨著人們生活水平的提高，對(duì)建筑物的建造提出了更高的要求。然而，人們的經(jīng)驗(yàn)會(huì)影響鋼筋混凝土的耐久性設(shè)計(jì)。在高層建筑的建造中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐用性常常忽略了地質(zhì)和其他環(huán)境因素，從而嚴(yán)重破壞了建筑物的結(jié)構(gòu)。基于此，在鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，有必要規(guī)范設(shè)計(jì)以充分控制建筑材料的性能。為了確保成本，還必須使用高質(zhì)量的建筑材料來(lái)維持建筑物的壽命。用戶體驗(yàn)受高層建筑壽命的影響，它們與人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全息息相關(guān)，有必要使鋼筋混凝土具有耐久性[3]。

2.4 科學(xué)選型與方案制定

在設(shè)計(jì)高層建筑的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)密切注意設(shè)計(jì)選擇，并確保合理選擇施工系統(tǒng)，以減少總體設(shè)計(jì)的不平衡并增加施工成本。設(shè)計(jì)應(yīng)考慮剪力墻布局，新的規(guī)格應(yīng)基于先前的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量數(shù)據(jù)信息。高層鋼結(jié)構(gòu)建筑的初始設(shè)計(jì)可能會(huì)有很多局限性，而隨后的設(shè)計(jì)工作應(yīng)加強(qiáng)對(duì)問題和設(shè)計(jì)缺陷的總結(jié)。在特定的設(shè)計(jì)實(shí)踐中，很難避免結(jié)構(gòu)系統(tǒng)完全超出標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)象，相關(guān)人員必須在初始過(guò)程中充分執(zhí)行相應(yīng)的要求。結(jié)合現(xiàn)有的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)確定存在許多相對(duì)有約束力的因素，并且新標(biāo)準(zhǔn)提議禁止使用不合理的軟件。基于此，在操作中，有必要使后處理設(shè)計(jì)中的變化最小化，以盡可能滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求。

3 結(jié)語(yǔ)

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，通常有必要結(jié)合具體的施工要求進(jìn)行有針對(duì)性的規(guī)劃。特別是在澄清短剪力墻的影響，建筑系統(tǒng)的建造和極高的結(jié)構(gòu)問題的情況下，必須找到方法和手段來(lái)改善控制，從而提高高層建筑的安全性和穩(wěn)定性。事實(shí)證明，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)合理性直接影響高層建筑的穩(wěn)定性，需要計(jì)劃者應(yīng)根據(jù)用戶需求，基本功能設(shè)計(jì)要求來(lái)加強(qiáng)高強(qiáng)度混凝土、高強(qiáng)度鋼的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，地震結(jié)構(gòu)的規(guī)劃及周期性的施工損耗規(guī)劃[4]。