高層鋼筋混凝土建筑結構設計核心思路分析

吳 晟 王福亮

大元建業集團股份有限公司，河北滄州 061001

隨著我國城市化進程的不斷加快，建筑工程項目正在向著高層化和大型化方向發展，建筑的功能和類型越來越復雜，結構體系有明顯的多樣化特點。高層建筑的出現在滿足人們建筑使用要求的同時還逐漸暴露出一些問題，比如，加注結構和類型缺乏合理性、抗震設防不準確、未能對建筑舒適度有充分考慮等，必須要制定針對性的解決處理措施。另外，還需要做好建筑結構設計要點的分析，比如抗震設計、抗側力體系選擇等。只有做好建筑各個環節可能出現問題的分析考慮，才能夠更好地支撐建筑工程建設質量和施工效率的提升，在我國城市建設以及建筑行業發展方面發揮出更大的價值和作用，本文就此展開了研究分析。

1 高層鋼筋混凝土建筑結構設計需要考慮的問題

1.1 抗震設防烈度

針對高度在100m以上，同時需要承受不同強度抗震設防烈度等建筑物，在建筑物高度方面的要求存在明顯區別，一般盡量避免在抗震設防烈度八度區域建設超過300m高度建筑，高層鋼筋混凝土建筑更加適合建設在六度抗震設防烈度區域。綜合多個因素考慮，高層鋼筋混凝土建筑施工建設時需要充分考慮到區域抗震設防烈度，避免由于技術方面錯誤給人民生命財產帶來損失。

1.2 結構方案和結構選型

建筑設計人員在設計過程中還需要對結構選型有充分考慮，如果結構選型缺乏合理性，將非常容易導致整個設計方案失調，增大設計單位的損失，很難取得理想的建設效果。高層鋼筋混凝土建筑結構選型需要注意以下幾個方面內容：

（1）剪力墻平面布置問題，根據新的標準規范，如果墻肢截面高度比為5：8，則屬于短肢剪力墻，按照相關數據和經驗，高層鋼筋混凝土建筑短肢剪力墻的應用存在有較多限制因素。因此，高層鋼筋混凝土建筑結構設計中必須要提高短肢剪力墻使用合理性，減少今后設計工作中的問題和不足。（2）設置嵌固端。高層鋼筋混凝土建筑在結構分析和計算前，還需要明確結構嵌固端位置，一般嵌固部位為塑性鉸產生位置，做好嵌固端位置的選擇是高層鋼筋混凝土建筑結構分析中一項關鍵性內容，不僅關系到結構內部構件內力分配準確性，同時還直接影響到結構側移以及結構局部經濟性等。（3）結構超高問題。當前我國抗震規范以及建筑高度規程中對建筑結構高度有著明確的規定，高層鋼筋混凝土建筑結構設計過程中必須要嚴格執行國家相關規定，嚴禁有超高等問題出現，導致居民的生命財產受到威脅和損失。（4）結構規則性。國家新的規范在機構規則性方面有了較大的改變，同時添加了非常多的限制條件，在新規范中禁止采用嚴重不規則設計方案等。因此，建筑結構設計人員必須要在滿足各項基本要求基礎上展開結構設計，最大限度減少后期施工過程中的設計變動。也就是說，因為人們在建筑功能方面需要，建筑平面中不能設縫，可以選擇設置后澆帶以及加強板配筋等方式使混凝土結構中一些超長等問題得到有效解決。針對平面不規則等方面問題，還需要加強與抗震審查機構的溝通，結合建筑在功能方面需要，在建筑較為薄弱部位通過對各項構造措施的強化實現對平面不規則等問題的有效解決，提高結構穩定性，使建筑安全以及建設質量得到保證。

1.3 舒適度和施工過程

在水平振動舒適度方面，高層鋼筋混凝土建筑結構相對較為柔軟，在具體設計過程中，不僅要確保結構安全，同時還需要滿足人們在居住舒適性方面要求。想要達到這方面要求，設計人員需要及時采取各類控制措施，尤其重視建筑物順風向和橫風向頂點最大加速度。公寓類建筑與公共建筑在水平振動指標限值方面差異性較大，可以通過增設TMD（質量調諧阻尼器）等方式提高舒適水平。

設計過程中需要對建造過程的可實施性有充分考慮，設計人員需要注意鋼材傳力和復雜節點鋼材可靠性等方面問題，針對這方面問題的處理，首先，需要注意鋼筋與表面加勁板焊接；其次，要注意鋼筋與型鋼表面加勁板相焊接；還需要注意鋼板開動穿鋼筋；最后，需要注意連接套筒以及表面焊接鋼筋。

2 高層鋼筋混凝土建筑結構設計核心思路

2.1 高層鋼筋混凝土建筑結構平面布置

建筑結構平面布置方面堅持簡單、對稱性原則，以此實現對水平和豎向荷載作用的有效抵抗，保證有良好的整體性。建筑形狀不規則會直接影響建筑的整體性和抗震性，需要盡量避免這一情況的出現，尤其注意避免選擇嚴重不規則平面結構布置設計方案。注意平面長寬比的控制，如果建筑過于狹長，其短向剛度不是很高，同時兩端結構連接性差，容易有振動不同步情況出現，震害嚴重；如果平面凹凸過大或者存在角度重疊以及風車形等不規則平面，容易因為外伸肢過長等與主體相對振動，所產生的相對振動會導致相關部位受到損害。平面樓板連續性無法得到保證，局部有較大的開動或者樓層錯層時，都會對建筑整體性產生影響，容易有薄弱部位出現。不管在計算分析方面還是在構造處理方面都必須進行充分的分析考慮。另外，扭轉對建筑結構同樣危害非常大，扭轉情況的出現會使結構位移明顯增大，進而導致出現應力不均勻以及結構變形等情況，最終導致不同結構部位被擊破。因此，在結構布置方面需要對平面剛度均勻有充分全面分析考慮，盡量保持質心與剛心相互靠近，使振動扭轉力矩以及振動扭轉等得到有效減少。另外，還需要注意在建筑平面靠近角部以及外部區域適當布置抗側構件。如果建筑在質量分布方面缺乏均勻性或者平面不是十分規整，還需要對抗側構件布置適當調整，通過這種方式，在減少結構扭轉的同時使結構抗扭轉能力得到提高。

2.2 高層鋼筋混凝土建筑結構結構豎向布置

高層鋼筋混凝土建筑結構在豎向和立面方面需要盡量保持均勻、規則，自上而下，建筑的剛度和承載力會逐漸減少，需要注意避免各類豎向不規則布置。如果建筑豎向體型不規則，存在過大外挑和內收等情況，將非常容易導致結構側向剛度、承載力等發生突變，產生薄弱層，當有地震情況出現時，會因為變形以及應力的增大產生破壞。在設計規范中，因為豎向抗側力構件不連續等，對承載力有具體的限制和規定。有研究表明，隨著內受部位高度的增加，收進后平面尺寸會明顯減少，結構高振型反應也將更加明顯。隨著上部外挑增大，結構扭轉效應等顯著增大。需要注意的是，高層鋼筋混凝土建筑頂層位置往往會存在較多的收進，隨著剛度的減少，會產生振動鞭梢效應。另外，有頂層會因為取消墻柱等變為空曠房間，在這種情況下，建筑側向剛度以及承載力會明顯下降。因此，在頂層變化方面需要展開詳細的分析計算，做好構造加強措施的選擇。

2.3 計算分析和構造設計

不同建筑物在體型方面有明顯區別，建筑結構往往會存在較多的可選方案，即使相對較為合理的結構方案，在具體的結構設計中還需要進一步分析計算，對其優化完善。

通過計算分析所獲取各項指標參數需要滿足相關規范，將其控制在合理范圍。如果周期和位移相對較小，則表明結構偏剛，存在較大的地震反應，同時工程項目建設成本也會有明顯增加。在建筑結構設計過程中，需要盡量保證結構自震周期與場地卓越周期之間出現較大偏差。與軟土場地結構相比，硬土場地結構偏柔，必須要做好各項扭轉指標的控制。另外，可以通過減少質心以及剛心偏離等方式實現對結構扭轉的有效控制，實現對結構抗扭剛度的調整，提高整體抗扭轉水平，確保高層鋼筋混凝土建筑結構設計科學性和合理性，滿足人們在建筑方面需要。

建筑結構還需要有較好的延性，根據強剪弱彎等原則，對薄弱結構和構件適當加強，注意柱軸壓比的控制，同時還需要通過加強構造設計等方式使結構延性得到保證。

3 結語

高層鋼筋混凝土建筑結構設計有著非常強的系統性和整體性，不管在結構方案方面，還是在結構計算以及施工圖紙等，都需要貫徹落實概念設計，實現對設計全過程的有效控制。同時結合設計規范展開詳細的分析計算，提高細部構造設計有效性，將具體設計與宏觀指導相結合，做好建筑結構強度、剛度以及延伸性的控制，針對薄弱結構和構件還需要展開科學合理分析，使結構設計的安全性、經濟性、合理性得到保證，取得理想的設計效果。