周鎧

摘要：隨著社會(huì)的進(jìn)步，文明的發(fā)展，人們對(duì)質(zhì)量的追求也越來(lái)越高，尤其是對(duì)建筑的質(zhì)量要求。建筑結(jié)構(gòu)在整個(gè)建筑物的質(zhì)量上起著決定性的作用，因此對(duì)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要嚴(yán)整、規(guī)范。作者通過(guò)自己在工作中遇到的部分問(wèn)題，闡述了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則，從而提出建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：高層建筑 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 問(wèn)題

一、高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.高層建筑的結(jié)構(gòu)必須能夠承受豎向荷載、水平荷載和外荷載。其中對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行控制的主要因素就是水平荷載。高度會(huì)與結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移產(chǎn)生聯(lián)系，位移與彎矩大小均與高度成正比，軸向力與高度成正比。高層建筑中的結(jié)構(gòu)材料必須能夠負(fù)擔(dān)水平負(fù)載力。

2.高層建筑中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須對(duì)軸向變形引起重視，豎向荷載的增大更容易造成軸向變形，減小負(fù)彎矩值，增加跨中正彎矩。

3.高層建筑的結(jié)構(gòu)必須具有結(jié)構(gòu)延性。

二、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中容易出現(xiàn)的問(wèn)題

隨著高層建筑的不斷興建，我國(guó)很多高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中都暴露出了一些問(wèn)題，對(duì)高層建筑的建設(shè)帶來(lái)了不利的影響。

1.對(duì)高層建筑抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與多層建筑相比，高層建筑在高度和層數(shù)上都有一個(gè)明顯的突破。從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度，高層建筑與多層建筑在設(shè)計(jì)方法以及設(shè)計(jì)原理上基本是一致的。兩者的區(qū)別主要體現(xiàn)在水平荷載作用，高層建筑的結(jié)構(gòu)材料必須能夠抵抗更大的水平荷載，對(duì)于高層建筑特別是帶高位轉(zhuǎn)換層、多塔樓和大底盤的高層建筑，都很容易在抗側(cè)力結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)問(wèn)題。

2.高層建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的問(wèn)題高層建筑的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要求很高，有很多高層建筑的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)沒(méi)有對(duì)荷載進(jìn)行全面的考慮，在進(jìn)行局部填土、隔墻設(shè)置等都沒(méi)有對(duì)荷載偏心的影響進(jìn)行考慮。在地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，沒(méi)有進(jìn)行沖切、抗剪和抗彎的處理。

3.高層建筑在軸壓比的控制上的問(wèn)題軸壓比的限制比在高層建筑中有著嚴(yán)格的規(guī)定，很多高層建筑的設(shè)計(jì)難以滿足軸壓比的規(guī)范要求，很多構(gòu)件的截面受到了限制。軸壓比的限制對(duì)高層建筑的質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生很大的影響。

4.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中對(duì)結(jié)構(gòu)計(jì)算的結(jié)果難以判斷對(duì)結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行判斷并不容易，高層建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算所要考慮的因素眾多，不僅要對(duì)結(jié)構(gòu)自振周期、振型曲線、水平位移特征等因素進(jìn)行考慮，還要考慮其抗震設(shè)計(jì)的合理性。因此，很多高層建筑的設(shè)計(jì)中難以對(duì)結(jié)構(gòu)計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷，往往遺漏一些影響因素，造成結(jié)構(gòu)計(jì)算的不合理。

三、解決高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題的具體措施

1.如何對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)地基基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)

（1） 當(dāng)高層建筑的設(shè)計(jì)中有地下室這一內(nèi)容時(shí)，要對(duì)荷載進(jìn)行全面的考慮，地下室的外挑部分、局部填土、停車、水池等都會(huì)受到荷載偏向的影響。

（2）在對(duì)筏基和箱基的梁板配筋進(jìn)行計(jì)算時(shí)，必須對(duì)底板上直接作用的梁板自重和荷載進(jìn)行相應(yīng)的扣除，當(dāng)箱筏的四邊邊區(qū)格和四角的地基反應(yīng)力過(guò)大的時(shí)候設(shè)計(jì)人員不要過(guò)分依賴計(jì)算軟件，需要自行判斷下是否要對(duì)其進(jìn)行加強(qiáng)配筋，有時(shí)候自己重新劃分下計(jì)算網(wǎng)格會(huì)有更好的結(jié)果。

（3）如果高層建筑的地面有中庭設(shè)計(jì)，就必須對(duì)基礎(chǔ)底沿的軸線上進(jìn)行基礎(chǔ)梁的設(shè)置。在使用倒梁法進(jìn)行內(nèi)力分析時(shí)，注意不到頂?shù)闹虚g柱是不能夠作為支點(diǎn)的，在進(jìn)行集中荷載計(jì)算時(shí)必須同時(shí)計(jì)算柱底反力。

（4）如果采用的整體筏基和箱基的設(shè)計(jì)，就要對(duì)其樁土進(jìn)行考慮，樁土的共同工作會(huì)產(chǎn)生一定的影響。在對(duì)基礎(chǔ)底板進(jìn)行計(jì)算時(shí)，要對(duì)樁土共同作用的狀態(tài)或樁沉降狀態(tài)下的地基反力進(jìn)行考慮。

2.如何對(duì)高層建筑的軸壓比進(jìn)行控制一般來(lái)說(shuō)提高混凝土的強(qiáng)度是對(duì)高層建筑軸壓比進(jìn)行控制的直接方法。如果還不能達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，則還可以使用其他方法來(lái)對(duì)軸壓比進(jìn)行控制。

（1）混凝土的變形能力受到柱的箍筋的影響，因此可以通過(guò)對(duì)混凝土的橫向變形進(jìn)行約束，來(lái)對(duì)裂縫的擴(kuò)展進(jìn)行延緩，并對(duì)截面抗剪能力進(jìn)行提高。增大配箍率、使用合適的配箍形式都可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)延性的提高。在設(shè)計(jì)時(shí)，如果采用井字復(fù)合箍進(jìn)行沿柱全高，且保持箍筋的直徑、間距和肢距，一般來(lái)說(shuō)直徑在8毫米以上，間距在100毫米以內(nèi)，肢距在100毫米以內(nèi)。如果采用復(fù)合螺旋箍進(jìn)行沿柱全高，則要保證8毫米以上的箍筋直徑，100毫米以內(nèi)的螺距和100毫米以內(nèi)的肢距。

（2）在彈性模量方面，鋼筋的彈性模量高于混凝土6倍有余，如果配置了較多的縱向鋼筋在柱中，有余軸向壓力的影響，鋼筋會(huì)承擔(dān)更多的壓力，從而降低混凝土承擔(dān)的壓力。在設(shè)計(jì)中可以在柱截面中部加入附加芯柱，另加的縱向鋼筋的總面積不少于柱截面面積的0.8%都必須加入縱向鋼筋。

（3）提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)對(duì)軸壓比的控制有直接的效果，但混凝土的強(qiáng)度越高其脆性也越大，因此要控制混凝土強(qiáng)度等級(jí)不超過(guò)C60。

3.如何進(jìn)行連梁設(shè)計(jì)

在《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》以及《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》等相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范當(dāng)中都明確的規(guī)定了連梁的截面尺寸、剪壓比限制以及剪力設(shè)計(jì)取值等內(nèi)容。在具體的工程設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，因?yàn)檫B梁具有較小的跨度以及高度較大的截面，因此在地震的作用下，彎矩和剪力在經(jīng)過(guò)內(nèi)力的計(jì)算之后都比較大，因此無(wú)法使規(guī)范的要求得到充分的滿足，在對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候必須要以不同的情況為根據(jù)從而采取不同的措施。在地震作用下，為了對(duì)連梁的延性進(jìn)行保障，并對(duì)剪力和彎矩進(jìn)行有效的傳遞，剛度折減的系數(shù)就要高于0.55；在風(fēng)荷載的作用下，為了將連梁的裂縫控制在正常的適用范圍內(nèi)，就要使剛度折減的系數(shù)高于0.80。此外，如果調(diào)整剛度折減系數(shù)后連梁仍然難以滿足要求，則可以采用內(nèi)調(diào)幅，并配置足夠的箍筋。有些工程師在連梁超筋時(shí)喜歡點(diǎn)鉸處理筆者認(rèn)為這種做法并不可取，若連梁的超筋較多時(shí)，在位移容許的情況下可以對(duì)連梁的高度進(jìn)行減小，以減小剪力和彎矩。

4.合理的判斷結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果

（1）結(jié)構(gòu)自振周期：應(yīng)該在下列的范圍之內(nèi)針對(duì)高層建筑計(jì)算的自振周期進(jìn)行控制：

框架結(jié)構(gòu)T1=（0.1～0.15）NS；

框架-剪力墻結(jié)構(gòu)T1=（0.08～0.12）NS；

剪力墻結(jié)構(gòu)T1=（0.04～0.06）NS；

框架筒體結(jié)構(gòu)T1=（0.1～0.15）NS（NS為建筑物的層數(shù)）。

應(yīng)該在以下的范圍之內(nèi)針對(duì)第二周期以及第三周期的結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制：

第三周期T3=（1/5～1/7）T1；

第二周期T2=（1/3～1/5）T1。

（2）振型：振型曲線一般情況下必須要做到具有光滑連續(xù)的特點(diǎn)，不規(guī)則的凹凸以及突變的轉(zhuǎn)折點(diǎn)等都不應(yīng)該在其中出現(xiàn)；通常情況下，應(yīng)該在以下范圍內(nèi)針對(duì)零點(diǎn)到底部在各振型曲線當(dāng)中的高度進(jìn)行控制：

第一振型：沒(méi)有出現(xiàn)零點(diǎn)；

第二振型：有一個(gè)零點(diǎn)點(diǎn)存在于（0.7～0.8）H處，其中H為的建筑物計(jì)算高度；第三振型：有兩個(gè)零點(diǎn)分別存在于（0.8～0.9）H處以及（0.4～0.5）H處。

四、結(jié)語(yǔ)

結(jié)構(gòu)工程師在設(shè)計(jì)高層建筑結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，不僅要對(duì)結(jié)構(gòu)計(jì)算的準(zhǔn)確性進(jìn)行重視，同時(shí)還要關(guān)注如何合理地選擇結(jié)構(gòu)方案，設(shè)計(jì)界現(xiàn)在對(duì)概念設(shè)計(jì)進(jìn)行了大力的提倡，然而在實(shí)際的工程設(shè)計(jì)當(dāng)中卻具有千差萬(wàn)別的情況，所以設(shè)計(jì)人員必須要以工程中遇到的實(shí)際情況為根據(jù)進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

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