張 西 蓮

(山西晉建房地產(chǎn)開發(fā)有限公司，山西 太原 030006)

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工中相關(guān)問題的探討

張 西 蓮

(山西晉建房地產(chǎn)開發(fā)有限公司，山西 太原 030006)

對框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)、混合結(jié)構(gòu)等混凝土多高層建筑常用的結(jié)構(gòu)形式進行了介紹，并對結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的相關(guān)問題作了研究，闡述了結(jié)構(gòu)節(jié)點核心區(qū)、框架結(jié)構(gòu)充填墻、鋼筋接頭等設(shè)計要求，為相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了理論依據(jù)。

結(jié)構(gòu)，設(shè)計，建筑，抗震

0 引言

目前我國的建筑行業(yè)正處于飛速發(fā)展階段，尤其是混凝土結(jié)構(gòu)建筑，正越來越多的應(yīng)用在高層及超高層結(jié)構(gòu)上，但也出現(xiàn)了一些工程質(zhì)量問題。如何保障工程結(jié)構(gòu)及人民生命財產(chǎn)安全，是每一個建筑參與者必須考慮的，尤其是設(shè)計及施工，是決定安全的兩個重要階段，以下是本人的一點心得體會。

1 混凝土多高層建筑結(jié)構(gòu)的常用形式

1)框架結(jié)構(gòu)。

框架結(jié)構(gòu)是由梁、柱和樓面板組成的空間結(jié)構(gòu)，梁、柱剛接形成的剛架是結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力體系?？蚣芙Y(jié)構(gòu)既要承受豎向荷載，又要承受水平風荷載，在地震區(qū)還要承受地震作用。為了提高框架結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，特別是抗扭剛度，必須將框架結(jié)構(gòu)設(shè)計成雙向梁、柱剛接的抗側(cè)力體系，而且設(shè)計時還應(yīng)盡量使框架結(jié)構(gòu)兩個方向的抗震能力接近。

2)剪力墻結(jié)構(gòu)。

剪力墻結(jié)構(gòu)是由多片剪力墻縱橫交錯而形成的空間結(jié)構(gòu)，具有承載力大和平面內(nèi)剛度大的優(yōu)點，但也具有剪切變形相對較大，平面外較薄弱的不利性能。由于其布置方式靈活，在高層建筑中得到廣泛應(yīng)用。目前國內(nèi)高層住宅設(shè)計絕大部分采用剪力墻結(jié)構(gòu)。如國內(nèi)知名房企開發(fā)的富力城，恒大綠洲等小區(qū)。

3)框架—剪力墻結(jié)構(gòu)。

框架—抗震墻結(jié)構(gòu)中既有框架柱、梁，同時在適當位置布置一部分剪力墻來增強建筑的抗剪，抗彎能力，相對于框架結(jié)構(gòu)承載力大幅提高，可提高建筑物高度，主要用于辦公需靈活分割的建筑。

4)板、柱—剪力墻結(jié)構(gòu)是由無梁樓板和柱組成的板柱框架與剪力墻共同承受豎向和水平作用的結(jié)構(gòu)。

此類結(jié)構(gòu)由于無樓層梁便于機電管道通行，增加了房屋的凈高，有利于建筑物減小層高，增加層數(shù)，可多得到建筑面積，以取得更好的經(jīng)濟效益，此類結(jié)構(gòu)適用于商場、圖書館的閱覽室和書庫、倉儲樓、飯店、公寓、多高層寫字樓及綜合樓等房屋。

5)筒體結(jié)構(gòu)。

a.框筒結(jié)構(gòu)：顧名思義，框筒即框架筒體結(jié)構(gòu)，由一個個框架柱布置成類似于圍合筒的形狀來受力。b.框架—核心筒：為滿足建筑功能的需要，在結(jié)構(gòu)內(nèi)部布置核心筒作為主要抗側(cè)力構(gòu)件，在核心筒周圍布置框架梁柱，形成框架—核心筒結(jié)構(gòu)。c.筒中筒結(jié)構(gòu)。由外部的框筒和內(nèi)部的核心筒組成，具有很強的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，在水平力作用下，外框筒柱承受較大的軸向力及較大抗傾覆力矩。內(nèi)筒主要承受水平力產(chǎn)生的剪力，并提供一定的抗傾覆力矩，筒中筒結(jié)構(gòu)也是我國目前超高層建筑物常用結(jié)構(gòu)形式。d.多重筒體，束筒結(jié)構(gòu)及多筒體結(jié)構(gòu)。

6)混合結(jié)構(gòu)。

混合結(jié)構(gòu)是指由外圍鋼框架或型鋼混凝土、鋼管混凝土框架與鋼筋混凝土核心筒所組成的框架—核心筒結(jié)構(gòu)，近年來在我國迅速發(fā)展起來的一種新結(jié)構(gòu)體系，由于其具有鋼結(jié)構(gòu)建筑自重輕，截面尺寸小，施工進度快的優(yōu)點，同時又具有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度大，防火性能好，目前被認為是一種比較符合我國國情的較好的超高層建筑結(jié)構(gòu)體系。

7)復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)。

a.帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑物;b.連體結(jié)構(gòu);c.豎向體型收進，懸挑結(jié)構(gòu)。

2 結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的相關(guān)問題

1)地震震級和烈度。地震震級是以地震時釋放的能量大小確定的。震級相差一級釋放能量相差30倍左右，一次地震只有一個震級。地震烈度是地震波及范圍內(nèi)建筑物和構(gòu)筑物遭受破壞的程度。

2)抗震設(shè)防的三水準及兩階段設(shè)計。三水準：小震不壞、中震可修、大震不倒。實現(xiàn)三水準設(shè)防目標：進行兩階段設(shè)計：第一階段設(shè)計，承載力驗算，第二階段設(shè)計，彈塑性變形驗算。

3)結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計。由于地震時結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，結(jié)構(gòu)受力分析很難精確到每一個結(jié)構(gòu)桿件，通過概念設(shè)計使建筑體系構(gòu)件之間獲得最佳受力特征和協(xié)調(diào)關(guān)系，得到良好的抗震性能是很必要。其基本原則是：a.結(jié)構(gòu)的簡單性。b.結(jié)構(gòu)的規(guī)則和均勻性，包括豎向和平面的規(guī)則性。c.結(jié)構(gòu)的剛度和抗震能力。d.結(jié)構(gòu)的整體性。加強樓蓋的整體作用，高層建筑更應(yīng)該重視概念設(shè)計，某種程度上概念設(shè)計甚至比分析計算更重要。

4)抗震設(shè)防鋼筋代換原則：在結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工中，有時會遇到需用另一種強度或直徑的鋼筋來替換原設(shè)計圖紙中的鋼筋的情況，規(guī)范規(guī)定應(yīng)按照承載力設(shè)計值相等的原則計算代換，避免由于總承載力提高甚大，導(dǎo)致鄰近部位形成新的薄弱環(huán)節(jié)而在地震中出現(xiàn)脆性破壞(混凝土壓碎，剪切破壞)。還應(yīng)滿足最小配筋率和鋼筋間距等構(gòu)造要求，以及構(gòu)件使用時的撓度及裂縫變化情況。

5)減隔震技術(shù)。a.隔震：在建筑物底部適當位置設(shè)置隔震物(如隔震墊)，地震力在到達隔震物后隔離或減弱，使上部結(jié)構(gòu)受到較少的地震作用，從而保證結(jié)構(gòu)安全。b.消能減震。在建筑物的抗側(cè)力體系中設(shè)置消能部件(由阻尼器、連接支撐或其他連接構(gòu)件等組成)，通過消能器的變形吸收和消耗地震能量，從而使結(jié)構(gòu)受到的地震損毀可能極大減少及消失。根據(jù)國內(nèi)外的相關(guān)實例，隔震及減震技術(shù)可以極好的應(yīng)用在工程抗震中。我國的隔能減震技術(shù)起步較晚，需要大力推廣。

3 相關(guān)問題的處理方法

3.1 結(jié)構(gòu)節(jié)點核心區(qū)的設(shè)計問題

在柱采用高強混凝土之后，為了保證梁、柱節(jié)點區(qū)的強度，設(shè)計常要求梁、柱節(jié)點區(qū)混凝土強度等級與柱一致。這給施工造成比較大的難度，由于商品混凝土坍落度很大，如果只澆筑節(jié)點核心區(qū)構(gòu)件而不澆筑周邊梁板結(jié)構(gòu)，支模困難不易施工，尤其當梁、柱混凝土強度等級相差比較大的時候，施工質(zhì)量很難保證。

設(shè)計建議：當混凝土強度為C60而樓板不低于C30，或柱為C50而樓板不低于C25時，梁、柱節(jié)點核心區(qū)的混凝土可隨樓板同時澆搗，但在設(shè)計時應(yīng)注意驗算，滿足結(jié)構(gòu)承載力要求。這時應(yīng)注意節(jié)點四周的約束程度。比如在梁端作成水平加腋，以加強對梁、柱核心區(qū)的約束。

3.2 框架結(jié)構(gòu)填充墻的設(shè)計要求

墻長大于5 m時，后砌隔墻頂部應(yīng)與樓、屋蓋結(jié)構(gòu)構(gòu)件拉結(jié)，墻長超過5 m或?qū)痈?倍時，在墻中段設(shè)鋼筋混凝土構(gòu)造柱；填充墻在轉(zhuǎn)角處，T形交接處，一字形墻端部，大于2.1 m的洞口兩側(cè)應(yīng)設(shè)構(gòu)造柱，門窗洞口小于2.1 m時作鋼筋混凝土抱柱。

拉結(jié)筋的留設(shè)不允許采用與柱箍筋焊接的方法，以免對柱受力筋的損傷。可采用預(yù)埋筋、預(yù)埋板式植筋的方法，植筋應(yīng)滿足后錨固的規(guī)范。

3.3 鋼筋接頭的相關(guān)問題

鋼筋連接的形式：搭接、機械連接、焊接，在設(shè)計中均可采用。

機械連接自出現(xiàn)以來，由于其工藝簡單方便，質(zhì)量容易保證，在結(jié)構(gòu)施工方面得到了很好的應(yīng)用，我國相關(guān)規(guī)范也推薦鋼筋連接優(yōu)先使用機械連接，尤其是重要的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。搭接接頭是比較常用的連接方法，即使在抗震構(gòu)件上也是可以應(yīng)用的。但其缺點是：

1)當結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受反復(fù)荷載及動荷載時，搭接部位鋼筋有可能發(fā)生滑動位移，影響結(jié)構(gòu)承載力及安全性。

2)在構(gòu)件鋼筋較密集時，采用搭接方法將使?jié)矒v混凝土較為困難。

焊接接頭由于質(zhì)量不容易保證，同時可能損傷受力鋼筋，一般不推薦使用，或用于次要部位及結(jié)構(gòu)。

3.4 結(jié)構(gòu)縫的設(shè)置原則

結(jié)構(gòu)縫有三種：伸縮縫、抗震縫、沉降縫。伸縮縫主要是為了解決結(jié)構(gòu)的溫度收縮。伸縮縫的設(shè)置只要使結(jié)構(gòu)斷開即可。伸縮縫最小縫寬3 cm?？拐鹂p是為了不規(guī)則的結(jié)構(gòu)通過抗震縫的設(shè)置而分成若干個平面相對規(guī)則的單體?？拐鹂p的寬度要能保證建筑物在地震時不致碰撞。沉降縫是為了解決高低差別很大的建筑由于沉降差異過大而帶來的結(jié)構(gòu)裂縫。結(jié)構(gòu)一旦用永久性縫分開，必須滿足抗震縫的要求。隨著超長混凝土設(shè)計、施工技術(shù)及計算技術(shù)的發(fā)展，盡量少設(shè)置永久性的縫成為一種趨勢，代之以伸縮后澆帶、沉降后澆帶來解決伸縮及沉降的差異問題。伸縮后澆帶一般在后澆帶兩側(cè)混凝土澆筑完成后45 d～60 d澆筑，但應(yīng)注意伸縮后澆帶澆筑后應(yīng)及時對建筑物進行封閉，以免由于溫差過大而引起混凝土的開裂。

沉降后澆帶的澆筑時間應(yīng)待后澆帶兩側(cè)的結(jié)構(gòu)沉降穩(wěn)定或預(yù)期的沉降差異在結(jié)構(gòu)的允許范圍內(nèi)時，方可澆筑混凝土。

[1] GB 50009—2012,建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].

[2] GB 50011—2010,建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].

[3] JGJ 3—2010，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[4] GB 50010—2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

Inquiry on building structure design and construction matters

Zhang Xilian

(ShanxiJinjianRealEstateDevelopmentCo.,Ltd,Taiyuan030006,China)

The paper introduces common concrete high-rise building structure forms including frame structure, shearing-wall structure, silo structure and composite structure, studies relevant structural seismic-resisting design, and describes design demands of structural joints core parts, frame structure filling-wall, steel joints and so on, which has provided theoretical basis for relevant structural design.

structure, design, building, anti-seismic

2015-06-26

張西蓮(1979- )，女，工程師

1009-6825(2015)25-0048-03

TU318

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