何坤林

（克州誠(chéng)鑫建設(shè)工程有限公司 845350）

關(guān)于高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的探討

何坤林

（克州誠(chéng)鑫建設(shè)工程有限公司 845350）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)各個(gè)行業(yè)都得到了巨大的發(fā)展，其中，建筑行業(yè)的整體水平發(fā)展較快，這與國(guó)家的投入和支持存在較大的關(guān)系，同時(shí)也與社會(huì)發(fā)展的客觀需求有關(guān)。在實(shí)際的工作中，混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需要將理論與實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，注意設(shè)計(jì)的重點(diǎn)與細(xì)節(jié)，同時(shí)，還需要總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，不斷改進(jìn)和完善。本文對(duì)高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了討論，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)工作提供一定的參考和借鑒。

高層建筑；鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)

1 高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)涵

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在現(xiàn)代高層建筑中得到了越來(lái)越廣泛應(yīng)用，為了滿足高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)要求，必須遵循相關(guān)規(guī)范中的設(shè)計(jì)原則，確保高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要需要遵循以下三點(diǎn)原則[1]：

（1）安全性。高層建筑的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)可使用年限內(nèi)，必須能夠承擔(dān)各種可能出現(xiàn)的突發(fā)情況，而且在一些特定的情況下，建筑物的結(jié)構(gòu)必須保持較高的穩(wěn)定性。

（2）耐久性。高層建筑的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)可使用年限內(nèi)，具有較高的耐久性。

（3）適用性。高層建筑的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)可使用年限內(nèi)，高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需要滿足常規(guī)使用需求，并且具有較強(qiáng)的抗震、抗裂和抗變形能力。

2 高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

相對(duì)于多層建筑鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，高層建筑的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要考慮更多的影響因素，設(shè)計(jì)過(guò)程中所涉及的各類問(wèn)題更加復(fù)雜，設(shè)計(jì)難度也更高。這主要是由于高層建筑本身自重增加，對(duì)地基基礎(chǔ)的何在及強(qiáng)度要求大幅度增加。同時(shí)，還需要保證其各類結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力、抗震能力滿足使用需求，只有這樣才能保證建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及使用的安全性。高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)主要體現(xiàn)如下[2]：

（1）水平側(cè)向力是影響高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中關(guān)于變形設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素。高層建筑所受的水平側(cè)向力主要為風(fēng)荷載以及地震荷載作用下所產(chǎn)生水平地震里。相對(duì)于多層建筑來(lái)說(shuō)，水平側(cè)向力對(duì)高層建筑的影響更大，當(dāng)水平側(cè)向力相同時(shí)，高層建筑產(chǎn)生的水平位移比多層建筑更大，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和舒適性的影響也越大，因此，在高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中需要重點(diǎn)考慮水平側(cè)向力的影響。

（2）需要根據(jù)實(shí)際需求布置結(jié)構(gòu)剛度。有部分人認(rèn)為在建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，結(jié)構(gòu)剛度越大則具有更強(qiáng)的承載能力和抗震性能。其實(shí)事實(shí)并非如此，當(dāng)高層建筑的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)剛度越大時(shí)，對(duì)地震力的吸引越強(qiáng)，造價(jià)也會(huì)大幅增加。因此，高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在具備一定剛度的同時(shí)，還需要具備一定的柔性，從而增大結(jié)構(gòu)的抗震性能，確保在外力作用下，不會(huì)因?yàn)閯偠群痛嘈赃^(guò)大而發(fā)生倒塌事故。因此，在高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)該將結(jié)構(gòu)剛度控制在一定的范圍內(nèi)，在保證滿足建筑承載能力和抗震性能要求的同時(shí)，具備一定的延性，提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

（3）根據(jù)相關(guān)規(guī)范以及彈性分析結(jié)構(gòu)判斷高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是否超限，如果結(jié)構(gòu)發(fā)生超限則應(yīng)制定相應(yīng)的措施性控制，同時(shí)通過(guò)具體的計(jì)算和論證分析，對(duì)結(jié)構(gòu)的實(shí)際超限情況進(jìn)行審查，保證結(jié)構(gòu)抗震性能。

3 高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)選型問(wèn)題

3.1 短肢剪力墻設(shè)置

短肢剪力墻的使用雖然具備一定的作用，但是需要按照相關(guān)規(guī)范對(duì)使用數(shù)量進(jìn)行嚴(yán)格控制，不能設(shè)置過(guò)大。同時(shí)，在滿足結(jié)構(gòu)抗震性能的前提下，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該盡量減少這類結(jié)構(gòu)的使用，避免后期產(chǎn)生不必要的麻煩。

3.2 結(jié)構(gòu)體系的選擇

在高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，結(jié)構(gòu)體系的選擇至關(guān)重要，部分地基相對(duì)穩(wěn)固的區(qū)域，在上部結(jié)構(gòu)滿足變形限值的條件下，盡可能的降低結(jié)構(gòu)剛度，使建筑的更加美觀。相關(guān)規(guī)范中確定了轉(zhuǎn)換層上下剛度比的公式宜改為控制上下層轉(zhuǎn)角的比值保持在1左右較為合理。對(duì)定點(diǎn)位移和層間位移的限制也不夠合理，可以而通過(guò)采取一定的措施突破限制。水平加強(qiáng)層的設(shè)計(jì)雖然能夠使結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度提升，但是會(huì)導(dǎo)致外柱剪力增加，在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該慎重選擇。

3.3 結(jié)構(gòu)超高

在高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中，對(duì)趕緊混凝土結(jié)構(gòu)的超高進(jìn)行了相應(yīng)的規(guī)定，尤其是抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中，對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)的高度提出了非常嚴(yán)格的控制要求。而在新的規(guī)范中，在原有對(duì)建筑高度限制的基礎(chǔ)上，新增了高度限制等級(jí)，形成A、B兩級(jí)，建筑在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要按照高度等級(jí)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，一旦超過(guò)等級(jí)限制，無(wú)論是設(shè)計(jì)還是施工均需要重新進(jìn)行設(shè)定。

4 高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建議

4.1 高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

抗震性能對(duì)高層建筑整體的安全性具有較大影響，在進(jìn)行工程圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的過(guò)程中，首先應(yīng)根據(jù)先應(yīng)規(guī)范中的抗震等級(jí)分類要求對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)進(jìn)行確定。通常情況下，高層建筑結(jié)構(gòu)層數(shù)較大，且結(jié)構(gòu)剛度存在較大的突變系數(shù)，對(duì)此，振型數(shù)需要取較大的值，通常取12以上的數(shù)，但是最大取值需要控制在建筑總層數(shù)的3倍以內(nèi)[3]。

4.2 加強(qiáng)高強(qiáng)混凝土和高強(qiáng)鋼筋的合理設(shè)計(jì)

為了降低基本設(shè)施實(shí)施的難度并實(shí)現(xiàn)對(duì)工程總體造價(jià)的合理控制，在高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要對(duì)高強(qiáng)度混凝土以及高強(qiáng)度鋼筋的使用進(jìn)行合理控制。高層建筑的工程總造價(jià)通常包括基礎(chǔ)物料、施工及材料等方面的費(fèi)用，其中對(duì)總體以造價(jià)影響較大的是構(gòu)筑件截面積以及鋼筋的用量。因此，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)工程造價(jià)的有效控制，可以通過(guò)在設(shè)計(jì)過(guò)程中合理使用高強(qiáng)度鋼筋和高強(qiáng)度混凝土來(lái)降低鋼筋的用量，從而降低工程總體造價(jià)。當(dāng)高層建筑堤基為較厚的軟土地基時(shí)，由于地基上部所承受的豎向荷載較大，所以應(yīng)該通過(guò)合理的選用高強(qiáng)度混凝土和高強(qiáng)度鋼筋實(shí)現(xiàn)對(duì)構(gòu)件截面積的優(yōu)化，降低結(jié)構(gòu)的總質(zhì)量，通過(guò)這樣的方式，能夠使基本設(shè)施的實(shí)時(shí)難度和造價(jià)大幅度降低，在保證結(jié)構(gòu)安全性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)較好的經(jīng)濟(jì)效果。

4.3 加強(qiáng)對(duì)高層建筑構(gòu)造周期性折減系數(shù)的設(shè)計(jì)

在框架結(jié)構(gòu)的建筑中，構(gòu)造周期性折減系數(shù)通常根據(jù)墻體填充物的類型進(jìn)行取值，當(dāng)墻體填充物為砌體時(shí)，其取值通常為0.6～0.7；當(dāng)墻體填充物為輕質(zhì)的砌塊或者墻體較少時(shí)，其取值通常為0.7～0.8；當(dāng)采用輕質(zhì)墻板作為墻體時(shí)，其取值通常為0.9。除了無(wú)墻的框架結(jié)構(gòu)，其余情況下都需要進(jìn)行一定的折減。在進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)和頂蓋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，填充墻體會(huì)使結(jié)構(gòu)的實(shí)際剛度超過(guò)設(shè)計(jì)剛度，因此，會(huì)導(dǎo)致計(jì)算周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)結(jié)構(gòu)的實(shí)際周期。在這種條件下，所計(jì)算出的結(jié)構(gòu)剪力較小，無(wú)法保證建筑結(jié)構(gòu)的整體安全性，對(duì)此，需要適當(dāng)折減建筑結(jié)構(gòu)的計(jì)算周期，從而確保建筑的安全性。

4.4 提高高層建筑的耐久性

在高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，如果主要目標(biāo)時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)整體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，則應(yīng)該根據(jù)相關(guān)規(guī)范對(duì)設(shè)計(jì)中的問(wèn)題進(jìn)行主次劃分，通過(guò)單目標(biāo)與多目標(biāo)的共同優(yōu)化實(shí)現(xiàn)總體優(yōu)化目標(biāo)。在進(jìn)行優(yōu)化的過(guò)程中，建筑耐久性的設(shè)計(jì)尤為重要，在原有的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案中，設(shè)計(jì)人員往往忽視了結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)的重要性。在實(shí)際高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，大多數(shù)設(shè)計(jì)方案難以在建筑的合理使用年限內(nèi)完全保證用戶的各種使用需求，出現(xiàn)這種情況的主要原因是由于設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，未將建筑物實(shí)際使用的環(huán)境以及其它影響因素考慮到設(shè)計(jì)中，導(dǎo)致建筑在使用過(guò)程中可靠性不足。因此，在進(jìn)行普通高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，優(yōu)先考慮造價(jià)和用料因素，在保證建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，造價(jià)低、材料少的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案往往更能獲得人們的青睞。隨著人們生活水平的不斷提高，對(duì)工程質(zhì)量的要求也不斷提高，因此，當(dāng)建筑物存在特殊使用要求或者技術(shù)要求與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)存在矛盾時(shí)，應(yīng)該優(yōu)先考慮特殊要求和技術(shù)要求，確保建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜合本文的分析來(lái)看，隨著現(xiàn)代城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，各類高層建筑如雨后春筍般的不斷涌現(xiàn)出來(lái)。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代高層建筑所采用的主要結(jié)構(gòu)，其具有整體性好、剛度大、位移小等多方面的優(yōu)勢(shì)，高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作是現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)最主要的研究領(lǐng)域之一，同時(shí)也是現(xiàn)代設(shè)計(jì)的主要難點(diǎn)之一。對(duì)此，在高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要充分發(fā)揮材料的力學(xué)特性，加強(qiáng)對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程的優(yōu)化，結(jié)合實(shí)際情況設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)安全可靠的建筑，保證建筑后期的使用品質(zhì)，推動(dòng)現(xiàn)代建筑行業(yè)的不斷發(fā)展。

[1]張大鵬.高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題探討[J].科技與企業(yè)，2014 （05）：194.

[2]杜建霞，張全貞.高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)淺談[J].建筑結(jié)構(gòu)，2011（S2）：51～53.

[3]張浩.淺談高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的事項(xiàng)[J].河南建材，2012（01）：80～81.

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2015-8-26