試述建筑結構設計中一些技術措施方法

文/黎宇紅 北京正東國際建筑工程設計有限公司 北京 102218

試述建筑結構設計中一些技術措施方法

文/黎宇紅 北京正東國際建筑工程設計有限公司 北京 102218

隨著建設工程中多高層混凝土建筑越來越普遍，結構設計中對于 混凝土裂縫和位移問題也更加重視。簡單介紹一些結構設計選型和控制混凝土裂縫、結構位移的方法。

結構設計；基礎設計；混凝土裂縫；位移比

建筑結構設計包括主體和基礎兩部分，分為承載能力極限狀態設計和正常使用極限狀態設計。在結構方案對比中結構選型是重要的一部分，而混凝土裂縫會影響建筑的耐久性，結構位移會影響建筑的安全性和適用性。

一、基礎設計

1.1 基礎選型

基礎通常分為深基礎和淺基礎。淺基礎常見的類型有：A、 獨立基礎：最常用的是柱下獨立基礎。 B、 條形基礎：墻下條基，柱下條基是最常用的一種基礎形式。 C、 筏板基礎：也稱為滿堂基礎。D、箱形基礎。深基礎常見的類型有：A、樁基礎。 B、沉井沉箱基礎。 C、地下連續墻深基礎。

1.1.1框架結構 當地基條件較好時，可選用獨立柱基。若設有地下室且有防水要求時，可采用獨立柱基加抗水板。且抗水板下宜鋪設有一定厚度的易壓縮材料，以減少柱基沉降對抗水板的不利影響，板內亦可在柱間設置暗梁。

1.1.2剪力墻結構 當地基條件較好時，可選用墻下條形基礎。若設有地下室且有防水要求時，可采用筏板基礎，也可采用墻下條基加抗水板。（高層建筑優先選用筏板基礎。

1.2 設計中控制裂縫的措施

1.2.1 控制裂縫可在設計時增設后澆帶、變形縫，并在施工縫、混凝土澆筑和養護方面采取措施合理處置。

對于高層建筑一般設有大底盤的地下室和多層裙房。在結構基礎設計成整體時，應考慮各部分不均勻沉降帶來的影響。一般采用后澆帶做法，在施工時把兩部分暫時分開，待主體結構施工結束完成大部分沉降量以后再澆筑后澆帶部分的混凝土，將高低層建筑連成整體。后澆帶混凝土其強度等級應提高一級，且宜采用早強、補償收縮的混凝土。

后澆帶為臨時留設的施工縫，設置后澆帶的技術要求參見《混凝土結構設計規范》、《建筑地基基礎設計規范》、《地下工程防水技術規范》、《高層建筑混凝土結構技術規程》，這里不再贅述。

1.2.2 因為施工時混凝土凝固產生的收縮變化和水化熱等影響會隨水泥用量的增加而加大。對于大面積的混凝土，若養護不及時不到位，極易產生裂縫（收縮裂縫、溫度裂縫）。

1.2.3 對于大體積混凝土還應注意控制溫度變形裂縫的發生和開展，設法降低混凝土內部的最高溫度，減少其內外溫差。可在施工中采用技術措施，也可在材料上考慮混凝土外加劑。例如添加粉煤灰，能降低普通硅酸鹽水泥的水化熱，增加混凝土微結構的均勻性。粉煤灰混凝土伐板基礎具有質輕，抗滲性、抗凍性好的優點，同時它相比而言具有良好的韌性，對地基的要求較低，較適合于軟弱地基。經濟上與鋼筋混凝土整板基礎及樁基相比，亦可節省造價。

二、上部結構設計

2.1 結構選型

建筑結構形式按結構材料可以分為木結構、砌體結構、混凝土結構和鋼結構四大類，其它還有磚木結構、混合結構等。 鋼筋混凝土結構中里又分為：框架結構、剪力墻結構、框架—剪力墻結構、筒體結構、框架—筒體結構、板柱—剪力墻結構，還有復雜高層結構。

一般在多高層鋼筋混凝土建筑常采用的結構形式有：框架結構、剪力墻結構、框架—剪力墻結構。在高層、超高層建筑中常采用筒體結構、框架—筒體結構。

這是由于其結構特點決定的。A：框架結構建筑平面布置靈活，利于大空間的房間設置，豎向荷載作用下承載力較高，結構自重較輕；但結構抗側剛度較小易產生位移，水平力作用下的變形較大（框架的水平位移曲線以剪切型為主，自下而上層間位移減小）。B：剪力墻結構 剛度大、承載力高、整體性好；水平力作用下的變形較小，抗震性能好（剪力墻的水平位移曲線以彎曲型為主，其特點是在結構上部層間位移較大，越到底部層間位移越小）；但在平面布置上不夠靈活局限性較大，結構自重較大。C：框架—剪力墻結構框架承受豎向荷載，剪力墻承受水平荷載。綜合了框架和剪力墻結構的特點，增大了結構的總剛度、（在側向力作用下，其水平位移曲線呈彎剪型，層間位移上下趨于均勻）提高了結構的抗震性能，又保持了框架結構易于分割、使用方便的優點。

2.2 提高抗側抗震性能，控制位移比和層間位移角

設計中進行整體結構分析時，常需要注意的一些控制指標：周期比、位移比、層間位移角、剛度比、樓層受剪承載力之比等。

2.2.1 控制位移比其實是小震不壞、大震不倒的一個抗震措施，目的是限制結構的扭轉；限制層間位移角目的是控制結構的側向剛度，確保結構應具備的剛度及穩定。

按照規范規定在多高層建筑中結構平面布置應減少扭轉的影響，需要滿足的樓層位移比：在考慮偶然偏心影響的規定水平地震力作用下（不考慮雙向地震作用），樓層豎向構件最大的水平位移和層間位移為——A 級高度高層建筑不宜大于該樓層平均值的 1. 2 倍，不應大于該樓層平均值的 1. 5 倍。（A級高度多為高度不大于150米的常規高度的高層建筑）

需要滿足的彈性層間位移角限值（不考慮偶然偏心）：A.鋼筋混凝土框架 1/550。 B.鋼筋混凝土框架—抗震墻、板柱—抗震墻、框架—核心筒 1/800。 C.鋼筋混凝土抗震墻、筒中筒1/1000。

在工程實踐中一些建筑屋頂會設有高度較大的構筑物或建筑構架，對此應根據實際情況具體分析，加入結構建模參與整體的分析計算。位移曲線應上下漸變，不應有大的突變。

2.2.2 層間位移角不滿足規范要求時的調整方法：A、通過調整增強豎向構件，加強墻、柱等豎向構件的抗側剛度。B、調整平面布置減少扭轉效應，結構布置上盡量均勻，注意加強角部豎向構件剛度。

結語：

結構工程師在結構的方案設計階段進行方案比較時就需注意結構類型的選取及建筑材料的選擇，結合設計規范、規程對建筑結構的一般規定和原則，及在結構抗震性能設計、構造要求等方面的設計建議和要求，合理地選取設計參數，對結構進行正確的分析、調整。使設計更加滿足安全、適用、耐久、經濟和施工可行的要求。