楊俊強

（江門市建筑設(shè)計院有限公司，廣東 江門 529000）

0 引言

近年來，中國的社會和經(jīng)濟發(fā)展迅猛，高層建筑業(yè)也隨之迅速發(fā)展起來，高層建筑行業(yè)關(guān)系到眾多類別和學(xué)科，其工作量巨大而沉重，所以，高層建筑必須做好結(jié)構(gòu)設(shè)計，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計得好，可以確保高層建筑的安全、應(yīng)用、合理規(guī)劃和經(jīng)濟性。高層建筑師在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，不得不重視概念設(shè)計，應(yīng)特別注意要根據(jù)結(jié)構(gòu)概念設(shè)計的規(guī)章制度進行。

1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的現(xiàn)狀

高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計是人們根據(jù)實地調(diào)查，結(jié)合實際的經(jīng)濟、社會、政治條件進行的一種人類活動。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計出現(xiàn)了一些問題，那么我們來分析一下在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中會經(jīng)常遇到哪些問題。

1.1 回填土質(zhì)量

在高層建筑地下結(jié)構(gòu)往往有回填問題?；靥钯|(zhì)量在很大程度上影響結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移、安全性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。例如，在廣東省，由于地質(zhì)的影響，大部分回填土用灰土壓實，因此很難保證回填土的施工質(zhì)量。這有兩個主要原因：①石灰土非常粘。它需要大量的土地來攪拌均勻[1]。因此，相應(yīng)的勞動強度也很高。混合過程中環(huán)境造成的污染不會在市區(qū)發(fā)生；②實時避免對地下結(jié)構(gòu)的破壞，計劃是對抗下層構(gòu)筑物及地下構(gòu)筑物上有石灰土。將灰土按照一定的比例回填，此時地下結(jié)構(gòu)已經(jīng)施工完成，但基坑支護結(jié)構(gòu)與主樓地下室之間的作業(yè)距離和深度有可能會導(dǎo)致回填土質(zhì)量不好。

1.2 砌體剪力墻結(jié)構(gòu)裂縫

剪力墻砌體結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為底架的墻體結(jié)構(gòu)。這種高層建筑是一種非常經(jīng)濟實用的空間房屋結(jié)構(gòu)，旨在滿足底層的需求。但是，高層建筑結(jié)構(gòu)的底梁可能有裂縫。主要是因為原設(shè)計理論中每層梁都是根據(jù)樓板及其墻體的承重值來計算的。然而，在實際結(jié)構(gòu)中，懸臂梁的上壁同時是整個砌體，下壁也用作梁上層的支架。橫梁上部的壁和地板的支承實際上是從上到下傳遞的。

1.3 超長結(jié)構(gòu)

鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)伸縮縫間距不能太大，這個間距可以適當增加。而對于后澆帶施工或降低混凝土溫度變化和收縮的行為，必須有充分的特殊應(yīng)急措施。實際單層房屋寬度一般在55～70m 之間，對這個距離來說不設(shè)置伸縮縫也不會造成大裂縫。結(jié)構(gòu)設(shè)計要采用雙層梁的布置，并按照實際加強中間部位的梁板加固[2]。中間部分將承受較大的應(yīng)力，為了抵抗溫度的變化，在兩側(cè)的支柱應(yīng)做好必要的防護措施，尤其是側(cè)跨。在設(shè)計中加強拐角支撐柱，這是為了解決熱脹和收縮可能會產(chǎn)生推力，造成結(jié)構(gòu)在拐角產(chǎn)生變化使得扭轉(zhuǎn)。大于框架結(jié)構(gòu)寬度時，為確保安全，必須采取一些特殊的安全措施，根據(jù)對溫度變化范圍和收縮裂縫的程度進行定量和定性分析結(jié)果，采取相應(yīng)的措施，可以避免一些因此產(chǎn)生的問題，其應(yīng)用效果也得到多次證實[3]。

1.4 磚混結(jié)構(gòu)房屋設(shè)計構(gòu)造柱

（1）磚混結(jié)構(gòu)是多層高層建筑結(jié)構(gòu)中以墻體為主的結(jié)構(gòu)柱。結(jié)構(gòu)設(shè)計時，設(shè)計者很多時候沒有注意結(jié)構(gòu)柱的實際使用。結(jié)構(gòu)柱是承重柱，這樣高層建筑并不太安全。

（2）作為承重柱，構(gòu)造柱會使結(jié)構(gòu)導(dǎo)向減少構(gòu)造柱的承載能力。但是，結(jié)構(gòu)柱在地面上沒有其他基礎(chǔ)支撐。地震發(fā)生后，應(yīng)力集中柱將在結(jié)構(gòu)底部形成。彎曲部分和承載強度達不到要求。

（3）隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們在精神層面上對住房的要求也逐漸提高。近年來，高層和小型高層住宅高層建筑采用了許多異形柱結(jié)構(gòu)。因為設(shè)計經(jīng)驗欠缺，在異性柱的設(shè)計時，存在很多問題。

1.5 水平荷載

高層建筑設(shè)計中，豎向荷載是高層建筑的大部分荷載，是由重力引起的。但是，節(jié)點的穩(wěn)定性主要由水平荷載決定。水平荷載不可忽略，因為高層建筑本身的重量和地板的荷載是用在垂直構(gòu)件上的。軸力和彎矩的感生值僅與高層建筑高度的主彎矩成正比，而結(jié)構(gòu)水平荷載引起的傾覆力矩和豎向構(gòu)件引起的軸力是高層建筑高度的兩倍。另一方面，對于高層建筑物的某一高度，荷載通常是固定的，水平載荷的值隨著結(jié)構(gòu)動力學(xué)而變化很大[4]。

1.6 忽略支承柱截面高度

成本控制對于建筑設(shè)計來說是很重要的，其直接影響企業(yè)是否盈利，但部分結(jié)構(gòu)設(shè)計師設(shè)計時過分考慮成本問題，而沒有考慮工程的質(zhì)量。例如，在Ⅵ度地震設(shè)防地區(qū)，高層建筑抗震設(shè)計欠缺。設(shè)計承重柱是為了使小柱的剛度提高，梁柱節(jié)點變成更小的分支。這樣設(shè)計就沒有遵守“強柱弱梁”的原則。如果沒有注意梁與柱之間的剛度，結(jié)構(gòu)柱的截面不夠厚，柱頂、梁底受力較強，水平裂縫很容易就出現(xiàn)了。發(fā)生地震或其他強大的沖擊，由此產(chǎn)生的塑料筏可能會有嚴重的后果。

1.7 縱向恒架

為了減少地震對高層建筑物結(jié)構(gòu)的破壞，水平框架設(shè)計和垂直框架設(shè)計應(yīng)同時考慮。然而，在非抗震設(shè)計中，大多數(shù)結(jié)構(gòu)設(shè)計者都渴望設(shè)計連續(xù)框架，并承擔(dān)柱與框架中縱向肋和箍筋的配置之間的節(jié)點。

2 解決措施

2.1 解決回填土質(zhì)量問題的措施

回填通過使用緊密灌漿方法加密。通過加密過程，發(fā)現(xiàn)回填物中有大量空隙。對水泥的使用進行處理，得到一個較為好的結(jié)果，即地面沒有下沉的跡象，保證了高層建筑結(jié)構(gòu)的安全性。結(jié)構(gòu)類型有差異，填充密度就會有差異。注：壓實系數(shù)λ 為對照干密度ρ 與土壤最大干密度之比，對照含水量Wop±2。

2.2 對砌體剪力墻結(jié)構(gòu)裂縫的解決措施

2.2.1 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)所處的氣候環(huán)境以及梁板鋼筋保護層

（1）鋼筋混凝土基礎(chǔ)。通常，它的環(huán)境類別屬于第二類非寒帶和非冷區(qū)。設(shè)計可以使用的壽命為52 年，混凝土強度等級不得低于C26，要做好鋼筋混凝土的保護工作，保護層厚度不得小于42mm。如果鋼筋混凝土沒有襯墊時，在北方溫度低的地區(qū)，環(huán)境狀況可以分為三種，混凝土強度等級應(yīng)大于或等于C35。

（2）建筑物外露的遮陽篷和陽臺，常年受到太陽和風(fēng)的洗禮，容易被破壞。寒冷地區(qū)的環(huán)境類別分為三類。在這種情況下，混凝土強度等級要符合相關(guān)規(guī)定，鋼筋混凝土保護層要有合適的厚度[5]。

（3）嚴寒地區(qū)有三類環(huán)境類別，混凝土的強度要高于C35。根據(jù)地下防水的相關(guān)規(guī)范，混凝土保護層要60mm 厚。

2.2.2 現(xiàn)有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)采用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計

在鋼結(jié)構(gòu)層狀結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計中，抗震規(guī)范中基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土并沒有包含，上部結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)。兩種結(jié)構(gòu)的對比是不同的，上下兩部分的剛度相差很大。這些設(shè)計是不太符合相關(guān)規(guī)定的，設(shè)計需要經(jīng)過相關(guān)高層建筑監(jiān)督管理部門管理下的專家委員會批準才有效。如果鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)只有屋面頂部采用鋼結(jié)構(gòu)時，整個分層設(shè)計系統(tǒng)的水平組成部分仍然是分層設(shè)計，實際設(shè)計必須符合相關(guān)規(guī)定。

2.2.3 多柱剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計

現(xiàn)在，大多數(shù)建筑都是高層建筑。高層建筑用較多的柱子作為承重，因此，這類結(jié)構(gòu)有以下幾種方法：①分析整個建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計。多柱剪力墻結(jié)構(gòu)具有具體的規(guī)范，在進行高層建筑設(shè)計時，要按照實際建筑施工情況調(diào)整建筑設(shè)計時根據(jù)實際情況進行調(diào)整；②結(jié)構(gòu)等級按照剪力墻來定；③根據(jù)具體計算，視框架梁值的大小設(shè)置多柱聯(lián)軸節(jié)梁；④根據(jù)相應(yīng)剪力墻結(jié)構(gòu)空間的大小，長、寬、高尺寸進行剪力墻的設(shè)計和施工。剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1 所示。

圖1 剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.3 超長結(jié)構(gòu)處理問題的處理方法

在高層建筑中必須設(shè)置伸縮縫，車間結(jié)構(gòu)設(shè)計分為多個溫度變化區(qū)間。伸縮縫往往是采用多排結(jié)構(gòu)設(shè)計，這樣就可以減少裂縫的產(chǎn)生。此外，應(yīng)做好裂縫的預(yù)防措施。

3 結(jié)語

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計這個龐大的項目中，要不斷發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，我們需要設(shè)計師有堅實的理論基礎(chǔ)，豐富的采購和實踐經(jīng)驗，靈活的創(chuàng)新思維，嚴肅高尚的品質(zhì)。不可能一目了然地解決設(shè)計中遇到的問題。設(shè)計師不可能一步一步地沉下心來計劃自己的想法，以了解他們所知道的。所以最好在工作中了解清楚?？偨Y(jié)在實踐設(shè)計中的各種經(jīng)驗和教訓(xùn)。