任俊

（貴陽市建筑設(shè)計(jì)院有限公司　貴州　貴陽　550000）

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

任俊

（貴陽市建筑設(shè)計(jì)院有限公司貴州貴陽550000）

在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的帶動(dòng)下，我國(guó)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(duì)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(diǎn)就高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)

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(jì)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(jì)人員通過理論聯(lián)系實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，不斷的提升設(shè)計(jì)水平，與時(shí)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(jì)特點(diǎn)

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(jià)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(jì)；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(jì)高層建筑時(shí)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(dòng)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(duì)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(gè)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(jì)和合理的構(gòu)造措施，來提高整個(gè)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(jì)中應(yīng)綜合考慮這些因素，合理設(shè)計(jì)，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(jì)問題

2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)容易忽視縱向框架

抗震性能是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須考慮的問題。當(dāng)前國(guó)內(nèi)通用的建筑設(shè)計(jì)規(guī)范，要求必須以水平地震作用于兩個(gè)主軸方向上分別計(jì)算抗震結(jié)構(gòu)，各個(gè)方面地震和有該方向上抗側(cè)力構(gòu)件作支撐。設(shè)計(jì)高層建筑框架結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)該多關(guān)注橫、縱向的框架設(shè)計(jì)。如果不對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)作嚴(yán)格要求，則可按一般連續(xù)梁的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)縱向框架，但是梁柱節(jié)點(diǎn)以及框架中箍筋、縱筋的配置往往達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。在建筑設(shè)計(jì)中，地震縱向作用常常得不到重視，設(shè)計(jì)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(jì)

在高層建筑結(jié)構(gòu)陽臺(tái)變量設(shè)計(jì)上，連續(xù)梁常采用單梁設(shè)計(jì)。荷重較小的陽臺(tái)邊梁通常都會(huì)成為建筑設(shè)計(jì)的“死角”，得不到重視。因此設(shè)計(jì)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(tái)邊梁長(zhǎng)過設(shè)計(jì)值，就會(huì)造成嚴(yán)重的后果。為了節(jié)省室內(nèi)空間，設(shè)計(jì)者很少將陽臺(tái)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(huì)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(huì)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(chǎng)、寫字樓和住宅小區(qū)多采用高層建筑設(shè)計(jì)，以提高土地資源利用率，降低空間成本。但設(shè)計(jì)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(jì)，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(jì)的有效對(duì)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(duì)建設(shè)項(xiàng)目位置確定提出了以下兩點(diǎn)要求：①工程項(xiàng)目建設(shè)位置的在選取時(shí)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(chǎng)地相鄰，例如變電站、大型石油儲(chǔ)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(jì)方案

結(jié)構(gòu)工程師提交的方案要求設(shè)計(jì)出的建筑能夠在現(xiàn)行國(guó)家規(guī)定建筑抗震能力標(biāo)準(zhǔn)下達(dá)標(biāo)，其設(shè)計(jì)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(dòng)恢復(fù)至原狀態(tài)下，這樣就大幅削減主體變形對(duì)整個(gè)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(duì)不同等級(jí)的地震產(chǎn)生的影響進(jìn)行計(jì)算、推演，要對(duì)其布局進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，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(diǎn)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(jì)剛度的要求，同步做到設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)有條理、不紊亂、有層次、不交錯(cuò)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)要素在設(shè)計(jì)中選用最為合適的防震措施，必須對(duì)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(duì)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(duì)高層混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行預(yù)處理階段，必須充分了解項(xiàng)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(cè)等多方面相結(jié)合，著眼于其中重點(diǎn)，建造建筑設(shè)計(jì)的基本框架，運(yùn)用先進(jìn)合理的設(shè)計(jì)理念與專業(yè)技能相結(jié)合設(shè)計(jì)出切實(shí)有效的設(shè)計(jì)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(shí)建立系統(tǒng)完善、內(nèi)容詳盡的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)信息數(shù)據(jù)庫，方便結(jié)構(gòu)工程師對(duì)相關(guān)案例的提取，以此總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)方式來開展工作。

3.4抗震支座設(shè)計(jì)

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(dòng)釋放內(nèi)應(yīng)力的部分。通常來講，要想保證對(duì)地震作用的有效隔離，抗震支座必須具備幾個(gè)方面的性能：①應(yīng)該能夠承擔(dān)上部建筑的荷載，同時(shí)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(zhǎng)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(duì)于建筑設(shè)計(jì)人員而言，不僅需要熟悉抗震支座的各項(xiàng)性能，而且還應(yīng)該熟練掌握其實(shí)驗(yàn)方法，以保證抗震支座的耐久性和相關(guān)力學(xué)性能。

在對(duì)抗震支座進(jìn)行設(shè)計(jì)和選擇時(shí)，通常需要注意以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：①地震波設(shè)計(jì)：指通過人工地震波的方式，對(duì)抗震支座的性能進(jìn)行檢驗(yàn)。假定地震震級(jí)為8級(jí)，震中距50km，則在彈性分析時(shí)，輸入速度為25cm/s，在彈塑性分析時(shí)，輸入速度為50cm/s。②抗震裝置計(jì)算：在輸入地震波對(duì)抗震裝置的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，去大震時(shí)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(jì)算：采用基于長(zhǎng)期應(yīng)力和一次設(shè)計(jì)用剪力的地震應(yīng)力，對(duì)上部結(jié)構(gòu)的構(gòu)件進(jìn)步性容許應(yīng)力設(shè)計(jì)。此時(shí)，以一次設(shè)計(jì)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(shí)，以上部結(jié)構(gòu)基本上不屈服為目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)。④設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：對(duì)應(yīng)地震動(dòng)為25cm/s和50cm/s的地震反應(yīng)分析，對(duì)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(shí)的最大位移，再取此值的1/1.5為輸入水平達(dá)25cm/s時(shí)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(jì)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(jì)人員的充分重視。

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1673-0038（2015）12-0013-02

2015-2-26