文/王小軍 深圳市華陽國際工程設(shè)計股份有限公司長沙分公司 湖南長沙 410000

如今，民用建筑正向高層和超高層方向發(fā)展，在這種局勢下，對結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了更高要求，為保證結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性，需要在實際的設(shè)計工作中采用概念設(shè)計及結(jié)構(gòu)措施，這是滿足實際要求的重要手段，也是適應(yīng)建筑發(fā)展基本要求。

1、高層（或超高層）的民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中概念設(shè)計的應(yīng)用

1.1 平面與立體

平面形狀應(yīng)盡可能簡單和規(guī)則，不可采用太多外凸與內(nèi)凹，避免地震發(fā)生時造成太大災(zāi)害。結(jié)構(gòu)應(yīng)做到對稱，如果平面剛度沒有做到對稱，將在地震發(fā)生后造成扭轉(zhuǎn)破壞。豎向布置應(yīng)達(dá)到均勻，在立面設(shè)計過程中需要充分考慮對稱性。無論建筑采用何種平面形式，其抗力結(jié)構(gòu)都是按照使平面中心處在結(jié)構(gòu)剛度中心基本原則進(jìn)行布置的。剛度與承載力均在平面當(dāng)中均勻布置，防止突變與應(yīng)力集中，以此避免子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生倒塌與破壞，促使地震作用可以在不同的子結(jié)構(gòu)之間進(jìn)行重分布，發(fā)揮應(yīng)有作用。但在實際情況中，質(zhì)量的分布無法做到絕對意義上的均勻，所以難免產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，對此，不僅要保證平面對稱性，而且還要采用抗力構(gòu)件增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體抗扭水平。通過研究發(fā)現(xiàn)，將立柱布置在平面周圍，相較于對立柱進(jìn)行均勻分布，可以提高結(jié)構(gòu)整體抗扭水平?；诖耍瑢沽?gòu)件進(jìn)行布置時，應(yīng)按照以上基本原則。對結(jié)構(gòu)破壞過程與機(jī)制進(jìn)行深入分析，據(jù)此加強(qiáng)容易產(chǎn)生破壞的薄弱部位[1]。

1.2 電梯間布置

建筑中，電梯間對樓板有一定削弱作用，此時在設(shè)計過程中需要防止在開洞以后把建筑分成兩個區(qū)段，當(dāng)建筑采用純框架結(jié)構(gòu)時，電梯井應(yīng)避免使用鋼混井筒，而對于框架與框剪結(jié)構(gòu)，需要注意框架不可設(shè)計剪力墻，而抗剪中剪力墻數(shù)量應(yīng)切實滿足相關(guān)要求。另外，在高層結(jié)構(gòu)中，應(yīng)減少錯層，針對由于局部不采用梁板產(chǎn)生的聯(lián)層柱，需要對其高度進(jìn)行嚴(yán)格控制。防震縫和建筑之間也有十分緊密的關(guān)系，表現(xiàn)在對建筑整體立面效果有直接影響方面，對此不可采用分、連比較模糊的方案。

1.3 抗震與抗風(fēng)設(shè)計

對于高層建筑，尤其是超高層建筑，不僅要承受垂直方向的荷載，還要承受一定地震與風(fēng)荷載持續(xù)作用?？箓?cè)力剛度沿建筑高度方向不斷變化，在這種情況下，多層間將產(chǎn)生薄弱層，這是在設(shè)計過程中應(yīng)引起高度重視的。實際工作中，建筑設(shè)計需要和結(jié)構(gòu)設(shè)計緊密配合，以此減小或避免剛度偏心距發(fā)生的變化[2]。

1.4 延性設(shè)計

受中等地震作用后，部分構(gòu)件將進(jìn)入到彈塑性狀態(tài)，而受到大震作用后，結(jié)構(gòu)應(yīng)能不倒塌。基于此，概念設(shè)計過程中，應(yīng)高度重視并做好延性設(shè)計，對于延性和整體性，都需要采用構(gòu)造措施來控制與保證。所謂延性，指的是構(gòu)件與結(jié)構(gòu)達(dá)到屈服狀態(tài)后，使承載力保持不變，并且有一定塑性變形性能的能力，通常采用延性比來表示。通過塑性變形，能消耗一定地震能量，很多抗震結(jié)構(gòu)都是利用這一特點來消除地震能量。延性設(shè)計過程中，需要嚴(yán)格遵循強(qiáng)柱弱梁與強(qiáng)剪弱彎等基本原則，此外也可通過對不同構(gòu)件自身延性的增強(qiáng)來保證整體延性。針對框剪與純剪結(jié)構(gòu)，不同段中剪力墻的高度和寬度之比應(yīng)達(dá)到2以上，以此確保在受到地震作用后發(fā)生彎剪破壞和塑性區(qū)服，從而充分發(fā)揮抗震性能。設(shè)計中也可采用圖1、2的方式提高建筑延性。

圖1 大底盤建筑

另外，可采取以下方法保證梁的延性：（1）在梁上配置一定數(shù)量的受壓鋼筋；（2）做好梁斷面的合理選??；（3）優(yōu)先考慮現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，并采用強(qiáng)度等級較高的混凝土，以及中低強(qiáng)度等級的鋼筋，最后對梁的箍筋進(jìn)行加密?？刹扇∫韵路椒ūＷC柱的延性：（1）對柱軸壓比進(jìn)行嚴(yán)格控制；（2）優(yōu)先考慮剪跨比相對較大的結(jié)構(gòu)柱，并且在設(shè)計過程中應(yīng)減少或不采用短柱；（3）對柱的箍筋進(jìn)行加密，可使用復(fù)合式的箍筋；（4）采用強(qiáng)度等級更高的混凝土，并在雙向進(jìn)行縱向配筋。

圖2 框托墻結(jié)構(gòu)體系

1.5 三縫設(shè)計

三縫即防震縫、伸縮縫與沉降縫，對于高層或超高層的建筑，為了避免結(jié)構(gòu)由于溫度或混凝土發(fā)生干縮產(chǎn)生開裂，需要按照一定間隔距離布置伸縮縫；如果結(jié)構(gòu)在平面比較狹長，且立面上有明顯變化，則需要采用沉降縫；當(dāng)建筑對抗震設(shè)防有很高要求時，需要采用防震縫。采用以上三縫，能使結(jié)構(gòu)保持規(guī)則，減小沉降和溫度帶來的不利影響[3]。

2、高層（或超高層）的民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中結(jié)構(gòu)措施的應(yīng)用

（1）梁截面尺寸需要滿足以下要求：寬度應(yīng)達(dá)到200mm以上，高度和寬度之比應(yīng)控制在4以內(nèi)，凈跨和高度之比應(yīng)達(dá)到4以上。

（2）當(dāng)采用梁寬比柱寬略大的梁時，應(yīng)采用現(xiàn)澆樓板，梁上的小線需要和柱的中線完全重合，同時應(yīng)采用雙向布置的方法，但不能在一級框架中使用。

（3）對于梁的配筋，需要滿足以下要求：縱向受拉鋼筋實際配置率控制在2.5%以內(nèi)，底、頂面縱筋配置數(shù)量之比，通過計算確定，當(dāng)為一級結(jié)構(gòu)時，不能超過0.5，當(dāng)為二級結(jié)構(gòu)和三級結(jié)構(gòu)時，應(yīng)達(dá)到0.3以上。

（4）梁體縱筋配置需要滿足以下要求：在梁的全長方向上進(jìn)行配筋；對于一級和二級框架結(jié)構(gòu)，從中柱貫通的所有縱筋，其直徑應(yīng)控制在這一方向上截面尺寸5%以內(nèi)。

（5）對于在梁端加密區(qū)設(shè)置的箍筋，在一級結(jié)構(gòu)中，肢距應(yīng)控制在200mm以內(nèi)，在二級和三級結(jié)構(gòu)當(dāng)中，肢距應(yīng)控制在250mm以內(nèi)，在四級結(jié)構(gòu)當(dāng)中，肢距應(yīng)控制在350mm以內(nèi)。

（6）構(gòu)造柱截面尺寸需要滿足以下要求：高度與寬度都應(yīng)處在300mm以內(nèi)；直徑應(yīng)達(dá)到350mm以上。

（7）構(gòu)造柱配筋需要滿足以下要求：每側(cè)配筋率都應(yīng)達(dá)到0.2%以上，當(dāng)建筑所在場地類別較高時，需要在現(xiàn)有基礎(chǔ)上增加0.1。在二級結(jié)構(gòu)中，箍筋直徑應(yīng)達(dá)到10mm以上，在三級結(jié)構(gòu)中，當(dāng)截面尺寸在400mm以內(nèi)時，箍筋直徑不能小于6mm；在四級結(jié)構(gòu)中，當(dāng)剪跨比在2以內(nèi)時，箍筋的直徑應(yīng)達(dá)到8mm以上[4]。

結(jié)語：

綜上所述，通過對概念設(shè)計和結(jié)構(gòu)措施的合理應(yīng)用，能從根本上保證建筑結(jié)構(gòu)整體質(zhì)量，在滿足使用功能要求的基礎(chǔ)上，使結(jié)構(gòu)更加經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠，從而適應(yīng)現(xiàn)階段高層及超高層建筑建設(shè)要求。