小议高层建筑钢筋混凝土结构设计

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【摘 要】高层建筑在城市建筑中的比重越来越大,建筑造型也越来越复杂,设计时需要考虑的问题也越来越多,如何应用现行规范设计出即安全可靠又经济合理的建筑是每个设计者都应考虑的问题.本文就高层建筑结构设计中应注意的问题做简要探讨.

【关 键 词】高层；钢筋混凝土；结构设计

随着我国经济的发展,城市化进程的加快,建筑功能与类型越来越多样化、综合化,建筑高度也在不断增加,目前钢筋混凝土高层建筑已然成为城市建设中的主角,在城市规划中占相当大的比重.对于建筑来说,钢筋混凝土的结构设计的好坏直接影响到建筑的质量、安全和使用,高层建筑的结构设计更是工程中的重点和难点,只有将设计中存在的问题深入分析并加以妥善解决,才能尽可能完善结构设计工作,为今后的建筑施工打下良好的基础.

1.概念设计

概念设计是结构设计的一个新理念,是设计人员通过长期的理论研究和实践,逐渐积累起来的经验总结,它不以力学分析和条文规范为依据,是设计人员的一种设计思路,根据建筑周围的环境、建筑功能等因素选取合适的建筑结构,站在宏观的角度整体构思,将各部分有机的联合起来,形成结构的总体系.在设计时主要考虑建筑的整体性、抗震性、抗风性等性能,以承载力、刚度、延性为主要控制目标,特别是对理论无法明确的部分,有一个定性认识.概念设计不仅是设计人员先进设计思想的一种体现,它之所以重要,还因为现行的结构设计理论与计算理论存在许多缺陷或不可计算性,为了弥补这些缺陷,就需要优秀的概念设计与结构措施来满足结构设计的目的,更加客观、准确的理解结构的工作性能.

2.结构选型

2.1结构体系的选择

根据抗侧力构件的不同,钢筋混凝土结构体系主要有框架、剪力墙、框架-剪力墙、框架-核心筒这几种形式,应根据工程的实际情况来选择合适的结构体系.

1)框架结构主要适用于层数不多的住宅、办公楼、学校及厂房等对位移要求不是很严格的建筑物.

2)剪力墙、框架-剪力墙、框架-核心筒结构适用于高层,这里需要注意的是框架-剪力墙结构.在基本振型地震作用下,如果框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总底部地震倾覆力矩的50％,则框架部分的抗震等级应按框架确定.框架承担的地震剪力应大于结构底部总剪力的20％,以确保第二道防线的安全.墙不宜过多,满足位移限值即可.短肢剪力墙结构应避免全部为短肢墙,筒体或一般剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不宜小于结构总底部地震倾覆力矩的50％.短肢剪力墙的抗震等级应使用比实际更高一级的等级,有的设计者没有注意这个问题,导致抗震等级的错误确定,从而造成设计工作中不必要的大量修改.

无论采用哪种结构体系,都应使结构具有合理的刚度和承载能力,保证结构的稳定和抗倾覆能力,避免产生软弱层或薄弱层,使结构具有多道防线,提高结构和构件的延性,增强其抗震能力.

2.2结构的规则性问题

《高层建筑混凝土结构技术规程》（2010）中规定：高层建筑不应采用严重不规则的结构体系,并应符合下列要求：①应具有必要的承载能力、刚度和变形能力；②应避免因部分结构或构件的破坏而导致整个结构丧失承受重力荷载、风荷载和地震作用的能力；③对可能出现的薄弱部位,应采取有效的加强措施.新旧规范在这方面的内容出现了较大的变动,因此设计人员在设计过程中要特别注意新规的规定,以确保后期施工图设计阶段工作的顺利进行.

2.3结构的超高问题

在抗震规范与高规中,对结构的总高度都有严格的限制.尤其是新规范中针对以前的超高问题,除了将原来的限制高度设定为高度的建筑外,增加了B级高度的建筑,因此,必须对结构的该项控制因素严格注意,一旦结构为B级高度建筑其或超过了B级高度,其设计方法和处理措施将有较大的变化.在实际工程设计中曾出现过由于结构类型的变更而导致的结构超高问题,致使施工图未能审查通过,进行修改或从新设计,对工程进度等整体工程规划造成不良的影响.

2.4控制柱的轴压比问题

在钢筋混凝土高层建筑结构中,轴压比越大,柱的延性就越差,限制柱的轴压比是为了使柱子处于大偏压状态,防止受拉钢筋未达屈服而混凝土被压碎.柱的塑性变形能力小,则结构延性就差,当遭遇地震时,耗散和吸收地震能量少,结构容易被破坏.但是在结构中若能保证强柱弱梁设计,且梁具有良好延性,则柱子进入屈服的可能性就大大减少,此时可放松轴压比限值.

2.5嵌固端的设置问题

由于高层建筑一般都带有二层或二层以上的地下室和人防,嵌固端有可能设置在地下室顶板,也有可能设置在人防顶板等位置,因此．在这个问题上设计人员往往忽视了由嵌固端的设置带来的一系列需要注意的问题,如：嵌固端楼板的设计、嵌固端上下层刚度比的限制、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等问题,而忽略其中任何一个方面都有可能导致安全隐患或后期设计工作的大量修改.

2.6短肢剪力墙的设置问题

短肢剪力墙是指截面厚度不大于300mm、各肢截面高度与厚度之比均大于4但不大于8的剪力墙.在新规范规定抗震设计时,高层建筑结构不应全部采用短肢剪力墙,且根据实验数据和实际经验对高层建筑中短肢剪力墙的应用增加了相当多的限制,因此,在高层建筑设计中设计人员应尽可能少采用或不用短肢剪力墙,以避免给后期设计工作增加不必要的麻烦.

3.地基与基础设计

地基与基础设计是整个工程造价的决定性因素,对后期设计工作能否顺利进行也有很大的影响,所以这方面的设计也是设计人员较为重视的一点,如果出现问题则会给工程带来巨大的损失.我国占地面积较广,地质条件复杂,仅一本《地基基础设计规范》并不能完全涵盖全国各地的情况,这就需要将地方性的标准利用起来,深入学习其中关于地方性地基基础类型和设计处理方法的成熟经验和规定,因地制宜,制定出符合当地实际情况的设计方案.

4.结构计算与分析

是否能准确高效的对工程进行内力分析并按照规范的要求进行设计和处理是决定工程设计质量好坏的重要环节.随着新规范的陆续颁布和实施,对于结构的计算和分析进行了调整改进,设计人员也应对这一阶段工作常见的问题有一个清晰、准确的认识.①选择合适的整体计算软件根据结构类型和计算软件模型的特点选择合适的整体计算软件,确保对计算结果的合理性、可靠性.②是否需要地震力放大,考虑建筑隔墙等对自振周期的影响.规范中根据大量工程的实测周期明确提出了各种结构体系下高层建筑结构计算自振周期折减系数,已列为强制性条文,需特别注意.③振型数目是否足够.在计算分析阶段必须对计算结果中该参数的结果进行判断,并决定是否要调整振型数目的取值.④多塔之间各地震周期的互相干扰,是否需要分开计算.⑤非结构构件的计算与设计.在高层建筑中,往往存在一些由于建筑美观或功能要求且非主体承重骨架体系以内的非结构构件.对这部分内容,尤其是高层建筑屋顶处的装饰构件进行设计时,由于高层建筑的地震作用和风荷载均较大,因此,必须严格按照新规中增加的非结构构件的计算处理措施进行设计.

5.结语

高层钢筋混凝土结构设计是一个长期、复杂的过程,建筑结构的设计质量跟人民财产和生命的安全息息相关,任何过程中出现的错漏都有可能使设计过程变得更加繁复或使设计结果存在不安全因素.我们必须在工作中严格遵守规范要求,不断的学习和实践,在每一次设计过程中总结经验,遇到问题解决问题,不断优化我们的设计,使设计更加经济合理.