任俊

（貴陽市建筑設(shè)計院有限公司　貴州　貴陽　550000）

高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)問題探討

任俊

（貴陽市建筑設(shè)計院有限公司貴州貴陽550000）

在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的帶動下，我國的建筑行業(yè)得到了飛速發(fā)展和進(jìn)步，高層建筑的不斷涌現(xiàn)，對于建筑的穩(wěn)定性和安全性也提出了更高的要求。本文重點就高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)問題進(jìn)行了研究。

高層建筑；混凝土；結(jié)構(gòu)設(shè)計

引言

高層建筑作為建筑行業(yè)主要的發(fā)展形式，為環(huán)境城市土地緊張和住房需求起到了很好的緩解作用，高層的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計作為高層建筑施工質(zhì)量的重要影響因素，一定要進(jìn)行不斷的完善，設(shè)計人員通過理論聯(lián)系實踐經(jīng)驗，不斷的提升設(shè)計水平，與時俱進(jìn)，促進(jìn)建筑行業(yè)的不斷發(fā)展。

1　高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計特點

①側(cè)向力成為影響結(jié)構(gòu)內(nèi)力、結(jié)構(gòu)變形及建筑物土建造價的主要因素。高層建筑和低層建筑一樣，承受自重、活載、雪載等垂直荷載和風(fēng)、地震等水平力。在低層結(jié)構(gòu)中，水平荷載產(chǎn)生的內(nèi)力和位移很小，可以忽略不計；在多層結(jié)構(gòu)中，水平荷載的效應(yīng)（內(nèi)力和位移）逐漸增大；在高層建筑中，水平荷載和地震力將成為主要的控制因素。②結(jié)構(gòu)應(yīng)具有適宜剛度。隨著高度的增加，高層建筑的側(cè)向位移迅速增大。因此設(shè)計高層建筑時不經(jīng)要求結(jié)構(gòu)有足夠的強(qiáng)度，而且要求結(jié)構(gòu)有適宜的剛度，使結(jié)構(gòu)有合理的自振頻率等動力特性，并使水平力作用下的層位移控制在一定范圍之內(nèi)。③結(jié)構(gòu)應(yīng)具有良好的延性。相對于較低樓房而言，高樓結(jié)構(gòu)更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。建筑結(jié)構(gòu)的耐震主要取決于結(jié)構(gòu)的承載力和變形能力兩個因素。為了使結(jié)構(gòu)在進(jìn)入塑性變形階段后仍具有較強(qiáng)的變形能力，避免高層建筑在大震下倒塌，必須在滿足必要強(qiáng)度的前提下，通過優(yōu)良的概念設(shè)計和合理的構(gòu)造措施，來提高整個結(jié)構(gòu)、特別是薄弱層（部位）的變形能力，來保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)綜合考慮這些因素，合理設(shè)計，使結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度、適宜的剛度、良好的延性。

2　高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問題

2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計容易忽視縱向框架

抗震性能是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計必須考慮的問題。當(dāng)前國內(nèi)通用的建筑設(shè)計規(guī)范，要求必須以水平地震作用于兩個主軸方向上分別計算抗震結(jié)構(gòu)，各個方面地震和有該方向上抗側(cè)力構(gòu)件作支撐。設(shè)計高層建筑框架結(jié)構(gòu)時，應(yīng)該多關(guān)注橫、縱向的框架設(shè)計。如果不對建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計作嚴(yán)格要求，則可按一般連續(xù)梁的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計縱向框架，但是梁柱節(jié)點以及框架中箍筋、縱筋的配置往往達(dá)不到設(shè)計要求。在建筑設(shè)計中，地震縱向作用常常得不到重視，設(shè)計出的框架結(jié)構(gòu)極易產(chǎn)生支座負(fù)筋、縱筋和箍筋配置不合理的問題。

2.2連續(xù)梁根據(jù)單梁設(shè)計

在高層建筑結(jié)構(gòu)陽臺變量設(shè)計上，連續(xù)梁常采用單梁設(shè)計。荷重較小的陽臺邊梁通常都會成為建筑設(shè)計的“死角”，得不到重視。因此設(shè)計出的邊梁支座上部負(fù)筋設(shè)置較少引起梁支座上部配筋受拉區(qū)域產(chǎn)生豎向開裂現(xiàn)象，如果陽臺邊梁長過設(shè)計值，就會造成嚴(yán)重的后果。為了節(jié)省室內(nèi)空間，設(shè)計者很少將陽臺邊梁布置在室內(nèi)。曝露在室外的邊梁受風(fēng)吹日曬，外部環(huán)境溫度如果過高或過低，就會嚴(yán)重影響邊梁的伸縮性，或者導(dǎo)致挑梁應(yīng)力減小，使得梁內(nèi)產(chǎn)生收縮應(yīng)力，最終導(dǎo)致支座附近開裂并向四周擴(kuò)展。梁體開裂是嚴(yán)重的質(zhì)量缺陷，其承載能力會大大折扣，使用性能就難以達(dá)到業(yè)主要求。

2.3底層框架-剪力墻砌體結(jié)構(gòu)挑梁裂縫問題

底層框架剪力墻砌體結(jié)構(gòu)系一類高層建筑。它的上部是多層砌體結(jié)構(gòu)，底層為鋼混框架剪力墻結(jié)構(gòu)。在城市建筑中，分布在市區(qū)主干道上的大型商場、寫字樓和住宅小區(qū)多采用高層建筑設(shè)計，以提高土地資源利用率，降低空間成本。但設(shè)計人員追求建筑使用面積，使二層往上的部分橫墻采用了懸挑梁設(shè)計，使得底層框架一剪力墻砌體結(jié)構(gòu)梁開裂。

3　改善高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的有效對策

3.1選定建設(shè)位置分析

不同的地震災(zāi)害案例造成的損失可得出，建筑物選址的地質(zhì)條件不同，所受的地震災(zāi)害的程度有很大不同，主要原因就是所選擇的地理地質(zhì)條件有區(qū)別。以此對建設(shè)項目位置確定提出了以下兩點要求：①工程項目建設(shè)位置的在選取時應(yīng)選擇地質(zhì)環(huán)境具備一定的緩解地震能力的地方；②避免與重大威脅場地相鄰，例如變電站、大型石油儲存設(shè)施等，降低除地震外其他因素帶來的安全隱患問題。

3.2改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計方案

結(jié)構(gòu)工程師提交的方案要求設(shè)計出的建筑能夠在現(xiàn)行國家規(guī)定建筑抗震能力標(biāo)準(zhǔn)下達(dá)標(biāo)，其設(shè)計主題要能滿足其規(guī)定范圍內(nèi)的調(diào)整變形空間，并可以在結(jié)構(gòu)上強(qiáng)化其延性作用，自動恢復(fù)至原狀態(tài)下，這樣就大幅削減主體變形對整個建筑結(jié)構(gòu)帶來的影響，保證建筑結(jié)構(gòu)保持在持久穩(wěn)定的平衡狀態(tài)下。對不同等級的地震產(chǎn)生的影響進(jìn)行計算、推演，要對其布局進(jìn)行合理設(shè)計，最大程度的使高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)各種設(shè)施之間的保持平衡分布，并使其得到相應(yīng)的提高，要考慮側(cè)重點房子結(jié)構(gòu)、縱向重力作用方面，使其受力平和均勻，還需達(dá)到設(shè)計剛度的要求，同步做到設(shè)計結(jié)構(gòu)有條理、不紊亂、有層次、不交錯，根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)要素在設(shè)計中選用最為合適的防震措施，必須對核心關(guān)鍵部位要做到嚴(yán)謹(jǐn)處理及重視，使整體結(jié)構(gòu)達(dá)到上到下受力均衡的目的，保證建筑的整體對稱，這種重力變化可以很大程度的削減地震帶來的水平與豎向不規(guī)則的作用力產(chǎn)生的影響。

3.3研究高層混凝土建筑各層結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)置

在對高層混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行預(yù)處理階段，必須充分了解項目的選址、地質(zhì)條件、材料選擇、施工專業(yè)技術(shù)、質(zhì)量檢測等多方面相結(jié)合，著眼于其中重點，建造建筑設(shè)計的基本框架，運(yùn)用先進(jìn)合理的設(shè)計理念與專業(yè)技能相結(jié)合設(shè)計出切實有效的設(shè)計方案，其關(guān)鍵部位要做出詳盡準(zhǔn)確的注明，使得建筑抗震結(jié)構(gòu)得以更好地完成，同時建立系統(tǒng)完善、內(nèi)容詳盡的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計信息數(shù)據(jù)庫，方便結(jié)構(gòu)工程師對相關(guān)案例的提取，以此總結(jié)經(jīng)驗，采用先進(jìn)的設(shè)計方式來開展工作。

3.4抗震支座設(shè)計

抗震支座多用于地震影響比較大的部分或者伸縮梁較大，需要通過滑動釋放內(nèi)應(yīng)力的部分。通常來講，要想保證對地震作用的有效隔離，抗震支座必須具備幾個方面的性能：①應(yīng)該能夠承擔(dān)上部建筑的荷載，同時變形較小，具備良好的豎向剛度和豎向承載力；②在水平方向上必須具備較小的水平剛度，以延長結(jié)構(gòu)的自振周期，減少上部結(jié)構(gòu)的加速度反應(yīng)及下部結(jié)構(gòu)的層間剪力；③必須有適當(dāng)?shù)淖枘幔韵拗平Y(jié)構(gòu)位移；④抗震支架的使用壽命不能少于建筑結(jié)構(gòu)的使用年限。對于建筑設(shè)計人員而言，不僅需要熟悉抗震支座的各項性能，而且還應(yīng)該熟練掌握其實驗方法，以保證抗震支座的耐久性和相關(guān)力學(xué)性能。

在對抗震支座進(jìn)行設(shè)計和選擇時，通常需要注意以下幾個方面的內(nèi)容：①地震波設(shè)計：指通過人工地震波的方式，對抗震支座的性能進(jìn)行檢驗。假定地震震級為8級，震中距50km，則在彈性分析時，輸入速度為25cm/s，在彈塑性分析時，輸入速度為50cm/s。②抗震裝置計算：在輸入地震波對抗震裝置的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計算時，去大震時固有周期目標(biāo)值為3s，等效粘性阻尼比的目標(biāo)值為10%。③上部結(jié)構(gòu)截面計算：采用基于長期應(yīng)力和一次設(shè)計用剪力的地震應(yīng)力，對上部結(jié)構(gòu)的構(gòu)件進(jìn)步性容許應(yīng)力設(shè)計。此時，以一次設(shè)計用建立超過輸入25cm/s的地震反應(yīng)建立；當(dāng)輸入波為50cm/s時，以上部結(jié)構(gòu)基本上不屈服為目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計。④設(shè)計準(zhǔn)則：對應(yīng)地震動為25cm/s和50cm/s的地震反應(yīng)分析，對于抗震支座最大位移量的確定方法為：取疊合橡膠墊的容許水平位移37.5mm的1/1.5為輸入波水平達(dá)50cm/s時的最大位移，再取此值的1/1.5為輸入水平達(dá)25cm/s時的最大值。

4　結(jié)束語

總而言之，在混凝土結(jié)構(gòu)建筑中，做好抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計是非常重要的，直接影響著建筑整體的穩(wěn)定和安全，需要相關(guān)設(shè)計人員的充分重視。

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