鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問題及其對(duì)策

葉進(jìn)銀

摘 要：高層建筑結(jié)構(gòu)類型的復(fù)雜化對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造成了一定的影響，設(shè)計(jì)者需兼顧建筑的抗震性能、實(shí)用性等，所以設(shè)計(jì)方案不免出現(xiàn)遺漏、錯(cuò)誤等情況，現(xiàn)針對(duì)高層混凝土建筑從結(jié)構(gòu)選型、地基設(shè)計(jì)、混凝土收縮徐變等方面，對(duì)可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，并提出相關(guān)解決對(duì)策，以期為廣大從業(yè)者提供可靠借鑒。

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

當(dāng)前，我國(guó)高層建筑高度不斷增加，建筑的結(jié)構(gòu)、類型越發(fā)復(fù)雜，結(jié)構(gòu)體系呈多樣化的發(fā)展趨勢(shì)，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)逐步成為了建筑設(shè)計(jì)工作者所關(guān)注的重點(diǎn)問題。筆者通過查閱大量文獻(xiàn)，同時(shí)分析既往工作經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，常出現(xiàn)一些從業(yè)者容易忽視的問題，為給廣大從業(yè)者提供有價(jià)值的參考，推動(dòng)我國(guó)建筑設(shè)計(jì)行業(yè)朝著標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的方向持續(xù)發(fā)展，下文就這些問題進(jìn)行論述。

一、高層建筑結(jié)構(gòu)選型常見問題以及對(duì)策

（一）結(jié)構(gòu)選型相關(guān)問題

歷年來，我國(guó)所施行的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范在結(jié)構(gòu)選型方面的變動(dòng)相對(duì)較大，應(yīng)對(duì)建筑行業(yè)規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展需求，歷年來修訂的規(guī)范，有關(guān)嵌固端上下層剛度、平面規(guī)則性信息的設(shè)計(jì)內(nèi)容不斷增加^[1]。同時(shí)，因近幾年不規(guī)則的建筑物不斷增多，在現(xiàn)行的規(guī)范中還嚴(yán)格指出，高層建筑不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)范的結(jié)構(gòu)體系。因此，鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)務(wù)必要重視結(jié)構(gòu)選型，在充分了解現(xiàn)行規(guī)范的基礎(chǔ)上，保證設(shè)計(jì)方案符合限制條件要求，避免在后期出現(xiàn)改動(dòng)。

（二）結(jié)構(gòu)高度相關(guān)問題

目前，現(xiàn)行的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010（2016版）中，針對(duì)建筑高度設(shè)計(jì)新增了諸多內(nèi)容，尤其是針對(duì)“建筑超高”的問題，增加了許多相關(guān)性條款，尤其是A級(jí)高度、B級(jí)高度的分類限制，將建筑高度的設(shè)計(jì)限制在了一定的范疇內(nèi)，而不同的高度等級(jí)，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)限制、設(shè)計(jì)方法均有著一定的差異。許多從業(yè)者在初期設(shè)計(jì)中，常因未準(zhǔn)確區(qū)分建筑高度級(jí)別或者結(jié)構(gòu)類型，導(dǎo)致忽視了該問題，最終致使施工圖紙無法正常通過審核，后期再次進(jìn)行專家會(huì)議或者重新設(shè)計(jì)，對(duì)工期、設(shè)計(jì)成本、造價(jià)均有一定的影響^[2]。因此，需嚴(yán)格注意結(jié)構(gòu)高度的層級(jí)劃分，根據(jù)現(xiàn)行的設(shè)計(jì)規(guī)范、結(jié)構(gòu)抗震要求，選擇恰當(dāng)?shù)奶幚矸椒ā⒃O(shè)計(jì)方法，以減少圖紙后期修改工作量，且將設(shè)計(jì)時(shí)間、設(shè)計(jì)成本控制在合理的范疇內(nèi)。

（三）嵌固端設(shè)置問題

嵌固端設(shè)計(jì)合理性決定了建筑結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)，對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、抗震能力、構(gòu)件內(nèi)力、結(jié)構(gòu)側(cè)移等均有一定的影響。通常來說，在設(shè)計(jì)過程中，嵌固位置的正確選擇是高層建筑設(shè)計(jì)中的“重要假設(shè)”，目前多數(shù)建筑都有地下構(gòu)筑部分，根據(jù)地下構(gòu)筑部分的布置情況以及地下室的剛度變化，嵌固端的設(shè)置埋深也有一定的變化，甚至有可能設(shè)置在其他樓層部位。然而，在實(shí)際設(shè)計(jì)的過程中，諸多從業(yè)者常忽視嵌固端剛度比限制要求、嵌固端樓板設(shè)計(jì)要求、嵌固端抗震等級(jí)協(xié)調(diào)要求、嵌固端結(jié)構(gòu)整體計(jì)算要求等，而這些問題的忽視，就會(huì)造成大量的設(shè)計(jì)質(zhì)量隱患，最終導(dǎo)致設(shè)計(jì)方案大幅度修改^[3]。

二、地基設(shè)計(jì)常見問題以及對(duì)策

近年來，地基設(shè)計(jì)合理性建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師關(guān)注的重點(diǎn)內(nèi)容，地基設(shè)計(jì)的合理性決定了后期設(shè)計(jì)方案的合理性，同時(shí)關(guān)系著整個(gè)工程的建設(shè)成本，所以地基設(shè)計(jì)出現(xiàn)的問題相對(duì)來說更加嚴(yán)重，且有可能會(huì)造成嚴(yán)重?fù)p失。我國(guó)不同地域的地質(zhì)情況差異較大，地質(zhì)條件變化復(fù)雜，針對(duì)地基設(shè)計(jì)，我國(guó)各地出臺(tái)了諸多地方性規(guī)范，設(shè)計(jì)過程中從業(yè)者一定要在透徹分析規(guī)范、規(guī)定的基礎(chǔ)上開展工作。

三、混凝土徐變、收縮問題以及對(duì)策

混凝土是高層建筑建設(shè)所用主要材料，因混凝土本身的物化特征，在混凝土凝固成形階段，會(huì)出現(xiàn)收縮、徐變等反應(yīng)，具體表現(xiàn)為：一是會(huì)導(dǎo)致混凝土的拉應(yīng)力增大，混凝土結(jié)構(gòu)的承載力因此受影響，且在塑性狀態(tài)過渡過程中，混凝土結(jié)構(gòu)所受載荷會(huì)逐步傳遞給鋼筋部分;二是收縮、徐變導(dǎo)致的變形具有一定的“非線性特征”，且這種現(xiàn)象在受拉截面、壓彎截面中較為常見;三是如筒體、柱子等豎向構(gòu)件，常因收縮、徐變作用產(chǎn)生不同程度的縮短變形，從而導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力發(fā)生變化;四是混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)若是涉及到不同結(jié)構(gòu)共同作用，如預(yù)制構(gòu)件組合，那么齡期較長(zhǎng)的混凝土構(gòu)件，就會(huì)承載更多的載荷;五是混凝土結(jié)構(gòu)的面積、體積、配筋率、材料和混凝土的收縮徐變反應(yīng)有一定關(guān)系，在相同的應(yīng)力條件下，收縮徐變導(dǎo)致的應(yīng)力會(huì)隨著配筋率的提升或者結(jié)構(gòu)面積體積的增加而增加^[4]。

針對(duì)上述收縮徐變導(dǎo)致的變化，可采取以下對(duì)策應(yīng)對(duì)：一是設(shè)計(jì)過程中充分考慮到結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)、配筋率、結(jié)構(gòu)種類、混凝土結(jié)構(gòu)材料，然后再確定豎向結(jié)構(gòu)的具體類型;二是可在充分參考《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010（2016版）的基礎(chǔ)上，適當(dāng)采取減小非彈性縮短的預(yù)防性措施;三是在充分考慮混凝土齡期、載荷變化的基礎(chǔ)上，調(diào)整結(jié)構(gòu)應(yīng)力傳遞;四是確定非彈性縮短、彈性縮短施加在混凝土構(gòu)件上的作用，并按照混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)強(qiáng)度、承載能力校核結(jié)構(gòu)。另外，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，可參考表1對(duì)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行調(diào)整。

四、結(jié)束語

綜上所述，鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)相對(duì)復(fù)雜的工作，設(shè)計(jì)質(zhì)量、設(shè)計(jì)合理性會(huì)受到多個(gè)方面因素所影響，為避免設(shè)計(jì)過程中忽略影響質(zhì)量、成本的重要問題，應(yīng)在充分參考現(xiàn)行規(guī)范的基礎(chǔ)上，采取合理的措施方法來保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性，以為工程建設(shè)順利開展奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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