小議鋼筋混凝土高層建筑中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

摘 要：現(xiàn)代化的建筑，其最突出的特點(diǎn)是高度，越是發(fā)達(dá)的城市其建筑的高度越高，并且越來(lái)越多的高層建筑在類(lèi)型與功能上的復(fù)雜程度越來(lái)越大，建筑結(jié)構(gòu)更加趨向于多元化。結(jié)構(gòu)工程師的工作也更加注重高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這成為了當(dāng)前結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的重難點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：高層建筑；鋼筋混凝土；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1 概念設(shè)計(jì)

概念設(shè)計(jì)是在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常用的設(shè)計(jì)方法，用于抗震性能的提高，通過(guò)概念設(shè)計(jì)能夠使得建筑具有良好的抗震性能。通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)方案以及有利的結(jié)構(gòu)布置，來(lái)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗震性能，通過(guò)抗扭剛度的加強(qiáng)以及扭轉(zhuǎn)的減少，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗震性能，通過(guò)對(duì)延性結(jié)構(gòu)的有效設(shè)計(jì)以及延性構(gòu)件的有效設(shè)計(jì)，對(duì)結(jié)構(gòu)薄弱層予以分析，采取相應(yīng)措施防止出現(xiàn)薄弱層過(guò)早破壞的問(wèn)題。避免設(shè)計(jì)上出現(xiàn)靜定結(jié)構(gòu)，采取二道防線(xiàn)措施等結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)貫穿在每個(gè)設(shè)計(jì)步驟中。因此概念設(shè)計(jì)對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言十分重要，這就要求在設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)師必須特別重視有關(guān)概念設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)范規(guī)程的規(guī)定，不能在設(shè)計(jì)過(guò)程中陷入只憑計(jì)算的誤區(qū)。

1.1 從結(jié)構(gòu)體系上重視平面布置以及立面結(jié)構(gòu)體系布置的規(guī)則性，結(jié)構(gòu)選型必須予以重視，在結(jié)構(gòu)體系的選擇上應(yīng)當(dāng)充分考慮經(jīng)濟(jì)合理性并保證建筑結(jié)構(gòu)具有良好的抗風(fēng)、抗震性能。建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)具有優(yōu)質(zhì)的地震力傳遞能力，并且應(yīng)當(dāng)保證計(jì)算簡(jiǎn)圖明確，在兩個(gè)主軸方向上，其結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性應(yīng)當(dāng)保證相互近似。

1.2 工程在彈性設(shè)計(jì)中一般進(jìn)行小震設(shè)計(jì)，應(yīng)用了構(gòu)造措施以及概念設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)可以保證抗震性能更優(yōu)質(zhì)，但是由于無(wú)法進(jìn)行驗(yàn)證，所以建筑結(jié)構(gòu)能否達(dá)到設(shè)計(jì)中所預(yù)期的抗震性能，無(wú)從考證。針對(duì)一些抗震要求較高的建筑，例如超限建筑和重要建筑，需要提出相應(yīng)的審查設(shè)計(jì)指標(biāo)：首先為不屈服的設(shè)計(jì)；其次，為彈性設(shè)計(jì)；最后則是必須確保設(shè)計(jì)單位能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)。

1.3 建筑物應(yīng)當(dāng)具有自己本身的個(gè)性，不能一概而論。這由于建筑物所處的環(huán)境具有差異性所致?？拐鹪O(shè)計(jì)理念，需要從宏觀上對(duì)抗震設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行量化，通過(guò)多位目標(biāo)的具化過(guò)渡，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以根據(jù)業(yè)主的不同選擇進(jìn)行抗震性能的層次確定。例如若是業(yè)主對(duì)建筑具有較高的防震要求，那么需要按照更高要求的不屈服設(shè)計(jì)以及彈性設(shè)計(jì)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證建筑在地震力的作用下不會(huì)受到影響，即正常使用功能不會(huì)受到影響，而并非不倒就行。

1.4 由于地震作用在水平上會(huì)出現(xiàn)雙向性，所以建筑結(jié)構(gòu)必須對(duì)任意方向發(fā)生的作用力具有抵抗作用，應(yīng)當(dāng)保證在平面主軸的兩個(gè)方向在抗震性能以及剛度上能夠滿(mǎn)足抗震的要求；在選擇結(jié)構(gòu)時(shí)，需要決定適宜的剛度，雖然能夠?qū)?chǎng)地特征進(jìn)行考慮，通過(guò)剛度的確定用以對(duì)地震作用予以降低，但是必須要注意的是，結(jié)構(gòu)變形問(wèn)題，若是結(jié)構(gòu)變形過(guò)大則會(huì)造成結(jié)構(gòu)出現(xiàn)破壞；結(jié)構(gòu)除需要滿(mǎn)足水平方向剛度和抗震能力外，還應(yīng)具有足夠的抗扭剛度和抵抗扭轉(zhuǎn)震動(dòng)的能力。

2 結(jié)構(gòu)選型

2.1 規(guī)則性問(wèn)題

在規(guī)則性問(wèn)題上新規(guī)范與舊規(guī)范之間的差異較大，新規(guī)范在規(guī)則性問(wèn)題上添加了較多的條件限制，例如，嵌固端在上下層的剛度比、平面規(guī)則性問(wèn)題等。另外新規(guī)范中對(duì)此類(lèi)問(wèn)題通過(guò)強(qiáng)制性規(guī)定進(jìn)行了明確“不規(guī)則的設(shè)計(jì)方案不能夠應(yīng)用到建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中?！彼?，工程師在進(jìn)行主結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中需要對(duì)新規(guī)范中所限定的條件進(jìn)行嚴(yán)格把控，避免由于設(shè)計(jì)初期的問(wèn)題影響后期施工圖。

2.2 結(jié)構(gòu)超高

在相關(guān)建筑規(guī)范中，針對(duì)結(jié)構(gòu)的高度都會(huì)進(jìn)行嚴(yán)格的控制，這種限制在抗震規(guī)范與高規(guī)中，對(duì)結(jié)構(gòu)的總高度都有嚴(yán)格的限制，在新規(guī)范中要求較為明確。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，會(huì)多少忽略某些問(wèn)題，這種由于結(jié)構(gòu)類(lèi)型變更而產(chǎn)生的問(wèn)題會(huì)使得結(jié)構(gòu)類(lèi)型出現(xiàn)變更，從而施工圖不能夠通過(guò)審查，因而造成了需要重新設(shè)計(jì)以及專(zhuān)家論證等問(wèn)題，這會(huì)極大的影響工程的進(jìn)度以及工程造價(jià)，同時(shí)會(huì)對(duì)工程造成整體影響。

2.3 設(shè)置嵌固端

高層建筑由于其建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，一般都會(huì)在地下有兩層或者兩層以上的人防結(jié)構(gòu)或者地下室，而地下結(jié)構(gòu)的頂板則可以使用嵌固端，同時(shí)在人防頂板處也可以設(shè)置嵌固端，所以在嵌固端的設(shè)置上，工程師往往會(huì)在設(shè)計(jì)中忽視其設(shè)置不當(dāng)所帶來(lái)的問(wèn)題。

2.4 設(shè)置短肢剪力墻

短肢剪力墻截面高厚壁在新規(guī)范中在新規(guī)范中的規(guī)定為5至8，并且根據(jù)需要在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中針對(duì)短肢剪力墻添加了限制，并且需要根據(jù)實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)、數(shù)據(jù)。所以高層建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，工程師需要減少該結(jié)構(gòu)的使用，以此減少不必要的設(shè)計(jì)問(wèn)題。

3 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)所產(chǎn)生的問(wèn)題

建筑質(zhì)量保證的基礎(chǔ)便是建筑的地基以及建筑基礎(chǔ)，因此結(jié)構(gòu)工程師往往會(huì)更加重視建筑的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，主要原因不僅僅是基礎(chǔ)設(shè)計(jì)會(huì)對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)造成影響。一個(gè)建筑的基礎(chǔ)質(zhì)量好壞會(huì)直接決定工程的整體質(zhì)量，并且會(huì)直接決定工程的造價(jià)。所以在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)階段，任何錯(cuò)誤的出現(xiàn)都會(huì)引發(fā)不可預(yù)估的損失。地方性規(guī)范是地基設(shè)計(jì)中需要注意的重點(diǎn)之一。

4 結(jié)構(gòu)計(jì)算與分析問(wèn)題

在結(jié)構(gòu)計(jì)算與分析階段，如何準(zhǔn)確，高效地對(duì)工程進(jìn)行內(nèi)力分析并按照規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和處理，是決定工程設(shè)計(jì)質(zhì)量好壞的關(guān)鍵。由于新規(guī)范的推出對(duì)結(jié)構(gòu)整體計(jì)算和分析部分相當(dāng)多的內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整和改進(jìn)，因此，結(jié)構(gòu)工程師也應(yīng)該相當(dāng)?shù)貙?duì)這一階段比較常見(jiàn)的問(wèn)題有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)。

4.1 結(jié)構(gòu)整體計(jì)算的軟件選擇。目前比較通用的計(jì)算軟件有多種，但是，由于各軟件在采用的計(jì)算模型上存在著一定的差異，因此導(dǎo)致了各軟件的計(jì)算結(jié)果有或大或小的不同。所以，在進(jìn)行工程整體結(jié)構(gòu)計(jì)算和分析時(shí)必須依據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型和計(jì)算軟件模型的特點(diǎn)選擇合理的計(jì)算軟件，并從不同軟件相差較大的計(jì)算結(jié)果中，判斷哪個(gè)合理、哪個(gè)可以作為參考，哪個(gè)意義不大，這將是結(jié)構(gòu)工程師在設(shè)計(jì)工作中首要的工作。否則，如果選擇了不合適的計(jì)算軟件，不但會(huì)浪費(fèi)大量的時(shí)間和精力，而且有可能使結(jié)構(gòu)有不安全的隱患存在。

4.2 是否需要地震力放大，考慮建筑隔墻等對(duì)自振周期的影響，振型數(shù)目是否足夠，在新規(guī)范中增加一個(gè)振型參與系數(shù)的概念，并明確提出了該參數(shù)的限值。由于在舊規(guī)范設(shè)計(jì)中，并未提出振型參與系數(shù)的概念，或即使有該概念，該參數(shù)的限值也未必一定符合新規(guī)范的要求，因此，在計(jì)算分析階段必須對(duì)計(jì)算結(jié)果中該參數(shù)的結(jié)果進(jìn)行判斷，并決定是否要調(diào)整振型數(shù)目的取值。多塔之間各地震周期的互相干擾，是否需要分開(kāi)計(jì)算。

4.3 非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計(jì)算與設(shè)計(jì)。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?xún)?nèi)的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件。對(duì)這部分內(nèi)容，尤其是高層建筑屋頂處的裝飾構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，由于高層建筑的地震作用和風(fēng)荷載均較大，因此，必須嚴(yán)格按照新規(guī)范中增加的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計(jì)算處理措施進(jìn)行設(shè)計(jì)。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，作為一個(gè)多元化、復(fù)雜多變且周期較長(zhǎng)的過(guò)程，鋼筋混凝土設(shè)計(jì)中高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須保證其結(jié)果的可靠性，避免設(shè)計(jì)中出現(xiàn)錯(cuò)誤以及遺漏，任何問(wèn)題都會(huì)使得設(shè)計(jì)出現(xiàn)不穩(wěn)定因素，且加大了設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。希望通過(guò)以上觀點(diǎn)同廣大同仁進(jìn)行交流，促進(jìn)我國(guó)建筑事業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]丁曉玲.鋼筋混凝土異形柱框架結(jié)構(gòu)的抗震分析[J].工業(yè)建筑，2010.

[2]王春清.鋼筋混凝土冬季施工常見(jiàn)問(wèn)題及防治措施[J].工程質(zhì)量，2003.

[3]陳君君，柴光磊，龍玉輝.鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常見(jiàn)問(wèn)題淺析[A]，河南省土木建筑學(xué)會(huì)2010年學(xué)術(shù)大會(huì)論文集[C]，2010.