淺析鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計的常見問題

1、    淺析鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計的常見問題    萬寧摘要：隨著城鎮(zhèn)化進程的不斷發(fā)展，我國高層建筑項目逐漸增多，復(fù)雜超限高層也日趨增長。針對實際調(diào)查發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中經(jīng)常出現(xiàn)一些問題，文章針對性提出了處理措施，希望能給相關(guān)人士提供重要的參考價值。關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土;高層結(jié)構(gòu);設(shè)計隨著經(jīng)濟等方面的不斷發(fā)展，我國高層建筑工程行業(yè)迎來了飛速發(fā)展時期，而設(shè)計環(huán)節(jié)作為整體項目高效建設(shè)，以及取得高質(zhì)量施工結(jié)果的重要保證。文章接下來將對其鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計問題進行詳細(xì)的分析。1 鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計常見問題1.1 結(jié)構(gòu)體系的確定通過實際調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前在鋼筋混

2、凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)當(dāng)中，主要的問題就是結(jié)構(gòu)體系的不合理選擇，影響整體結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性及抗震性能。面對這種情況，設(shè)計人員應(yīng)該從實際項目的特點出發(fā)，結(jié)合本項目的建筑造型、平面功能要求及經(jīng)濟要求，制定好結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，保證結(jié)構(gòu)體系具備安全性、適用性、經(jīng)濟性。1.2 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，計算機得到廣泛的應(yīng)用。結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件的普及運用，大幅提高設(shè)計人員的工作效率。但是很多結(jié)構(gòu)設(shè)計人員只會單純的使用結(jié)構(gòu)計算軟件，缺少對計算參數(shù)的合理選擇及計算結(jié)果的分析比對環(huán)節(jié)，盲目增加結(jié)構(gòu)構(gòu)件或者加大結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸，使得整個項目合理性、經(jīng)濟性不能達(dá)到預(yù)期要求。1.3 地基與基礎(chǔ)設(shè)計地基與基礎(chǔ)設(shè)計環(huán)節(jié)當(dāng)中，其中存在的問

3、題主要可以從以下幾點進行分析：第一，設(shè)計時不重視地質(zhì)勘察及勘察過程，致使設(shè)計時不能完全理解地勘報告中基地土層的受力及變形性能，有針對性的進行合理的基礎(chǔ)選型設(shè)計。第二，基礎(chǔ)設(shè)計時，未能根據(jù)規(guī)范要求及地質(zhì)勘察報告，判斷地基是否存在軟弱下臥層、擬建建筑物是否需要進行地基變形驗算，以及基礎(chǔ)設(shè)計時未能進行地基最終沉降量估算采取相應(yīng)的技術(shù)處理措施等，從而導(dǎo)致建筑物沉降不均勻，給建筑物帶來結(jié)構(gòu)安全隱患。第三，對地勘報告中地下水水質(zhì)分析報告分析不準(zhǔn)確，基礎(chǔ)設(shè)計時混凝土等級的選用以及鋼筋保護層厚度不滿足規(guī)范要求。第四，對場地抗浮水位認(rèn)識不足，基礎(chǔ)設(shè)計時未能進行整體抗浮及局部抗浮驗算，從而導(dǎo)致地下室底板開裂滲水甚

4、至整個地下室基礎(chǔ)及柱子出現(xiàn)結(jié)構(gòu)破壞情況。2 鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計常見問題的解決對策2.1 科學(xué)設(shè)計結(jié)構(gòu)體系高層建筑結(jié)構(gòu)體系常見的有框架結(jié)構(gòu)體系、框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系、剪力墻結(jié)構(gòu)體系、框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系、筒中筒結(jié)構(gòu)體系等。各種結(jié)構(gòu)體系的適用高度、水平位移限值、抗震性能要求也不一樣。建筑的結(jié)構(gòu)體系選擇應(yīng)根據(jù)的建筑造型、平面功能要求及經(jīng)濟要求，從結(jié)構(gòu)設(shè)計的角度出發(fā)，根據(jù)建筑物的高度、高寬比、抗震設(shè)防類別、抗震設(shè)防烈度、場地條件、結(jié)構(gòu)材料、現(xiàn)場施工技術(shù)等方面因素，經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟和使用條件綜合比較確定結(jié)構(gòu)受力體系，合理進行結(jié)構(gòu)的豎向及水平構(gòu)件布置，以保證結(jié)構(gòu)具有明確的計算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑，保

5、證必要的承載力、剛度及抗震延性。高層建筑設(shè)計應(yīng)選用風(fēng)作用較小的平面形狀，平面布置宜簡單、規(guī)則、對稱，減少偏心。平面和豎向剛度應(yīng)盡量均勻。保證結(jié)構(gòu)豎向荷載傳力直接，避免轉(zhuǎn)換;水平作用應(yīng)傳力路徑清晰，避免錯層和樓板大開洞。避免或盡可能的減少平面不規(guī)則和豎向不規(guī)則，以免因剛度和承載力局部突變或結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)而形成薄弱部位，產(chǎn)生過大的應(yīng)力集中或塑性變形集中?？拐鹪O(shè)計時，應(yīng)合理選擇抗震性能目標(biāo)，注重分析結(jié)構(gòu)方案中抗震概念設(shè)計，與建筑師協(xié)調(diào)，改進結(jié)構(gòu)方案，合理調(diào)整各水平和豎向構(gòu)件的布置，進行結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計，慎重選擇抗震性能目標(biāo)。一個建筑物的抗震結(jié)構(gòu)體系應(yīng)該是具有多道防線的結(jié)構(gòu)體系，由若干個延性較好的分體系

6、組成，并由延性較好的結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接起來協(xié)調(diào)工作。有意識地讓結(jié)構(gòu)體系有最大可能數(shù)量的內(nèi)外贅余度，建立合理分布的屈服區(qū)，以使結(jié)構(gòu)能吸收和耗散大量的地震，有意設(shè)定的屈服區(qū)一旦破壞也易于修復(fù)。合理的建筑形體和結(jié)構(gòu)體系的確定在建筑設(shè)計中是頭等重要的，需要結(jié)構(gòu)工程師與建筑師及相關(guān)專業(yè)相互配合。結(jié)構(gòu)體系方案的確定應(yīng)具有技術(shù)的合理性、實施的便利性及工程的綜合經(jīng)濟性。2.2 優(yōu)化上部結(jié)構(gòu)設(shè)計實際工作中，很多結(jié)構(gòu)工程師將程序計算結(jié)果作為判斷結(jié)構(gòu)設(shè)計合理與否的標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)為只要通過計算，構(gòu)件不超筋，各項參數(shù)滿足規(guī)范要求即可，忽略結(jié)構(gòu)實際受力狀況與程序假定不吻合的情況。需要特別說明的是，結(jié)構(gòu)計算只是對結(jié)構(gòu)概念設(shè)計的驗證和量

7、化過程，概念設(shè)計是結(jié)構(gòu)設(shè)計的精髓，復(fù)雜的高層工程更需要通過概念設(shè)計并采用包絡(luò)設(shè)計的方法。實際工作中，結(jié)構(gòu)計算分析大部分工作由電算完成，因此高層建筑結(jié)構(gòu)分析計算時宜對結(jié)構(gòu)進行力學(xué)上的簡化處理，使其既能反映結(jié)構(gòu)的受力性能，又適用于所選用的計算分析軟件的力學(xué)模型。對各項計算參數(shù)，如：連梁剛度折減系數(shù)、樓面梁整體剛度增大系數(shù)、梁端彎矩調(diào)幅系數(shù)、梁扭轉(zhuǎn)折減系數(shù)、周期折減系數(shù)等進行適當(dāng)選擇。針對計算分析結(jié)果，對目標(biāo)參數(shù)（周期比、軸壓比、剪重比、剛度比、位移比、剛重比、層間受剪承載力比）進行分析，適當(dāng)調(diào)整結(jié)構(gòu)布置，合理優(yōu)化墻、柱、梁截面尺寸，滿足承載力和變形要求。對不規(guī)則結(jié)構(gòu)選項產(chǎn)生的原因有針對性地采取有效

8、措施消除或改善結(jié)構(gòu)的不規(guī)則程度，提高結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)。必要時補充多模型分析，對承載力和剛度變化較大的工程還應(yīng)進行彈性時程分析或彈塑性時程的分析。2.3 合理設(shè)計地基與基礎(chǔ)地基與基礎(chǔ)部分作為高層結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵部分，基礎(chǔ)設(shè)計在整個項目投資中占比較大，因此設(shè)計人員應(yīng)予以相當(dāng)?shù)闹匾??；A(chǔ)設(shè)計因根據(jù)項目場地工程地質(zhì)情況、地下水位標(biāo)高、上部結(jié)構(gòu)體系的差異及當(dāng)?shù)亟ㄖ牧系倪x用等各種條件，進行多方案比較。做到因地制宜、安全合理，經(jīng)濟適用?；A(chǔ)設(shè)計時，應(yīng)首先了解工程地質(zhì)情況，宜避開抗震不利地段;了解臨近地下構(gòu)筑物及地下設(shè)施及相鄰建筑物的位置及標(biāo)高，采取相應(yīng)措施減少基礎(chǔ)施工時可能帶來的不利影響。其次對高層建筑下

9、的地下室，應(yīng)根據(jù)抗浮水位的高度，結(jié)合基礎(chǔ)形式整體考慮結(jié)構(gòu)的抗浮設(shè)計，整體抗浮及局部抗浮必須滿足規(guī)范要求。當(dāng)抗浮設(shè)計水位過高時，對純地下室整體抗浮不能滿足規(guī)范要求時，基礎(chǔ)設(shè)計可考慮設(shè)計抗拔樁或抗拔錨桿，以抵抗地下水對結(jié)構(gòu)的影響。局部抗浮不滿足規(guī)范要求，可考慮增加地下室底板厚度加強配筋等措施（主要是局部抗浮不滿足的地方）以抵抗水浮力。基礎(chǔ)作為上部結(jié)構(gòu)向下傳遞荷載主要受力部分，與上部結(jié)構(gòu)是不可分割的兩部分。上部結(jié)構(gòu)對基礎(chǔ)內(nèi)力的影響明顯，地基及基礎(chǔ)的沉降也會使上部結(jié)構(gòu)及構(gòu)件產(chǎn)生內(nèi)力重分布。因此基礎(chǔ)設(shè)計時應(yīng)考慮上部結(jié)構(gòu)，結(jié)合上部結(jié)構(gòu)的布置合理選擇基礎(chǔ)類型，以確?；A(chǔ)整體性好，受力均勻，滿足地基承載力要求和建筑物容許變形要求。因此，基礎(chǔ)設(shè)計中，設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)情況、水文情況、周邊環(huán)境、市政條件及結(jié)構(gòu)體系，施工技術(shù)及經(jīng)濟因素，構(gòu)建合理的受力及傳力途徑，以上部結(jié)構(gòu)荷載等相關(guān)數(shù)據(jù)為核心，設(shè)計安全經(jīng)濟，切實可行基礎(chǔ)形式。3 結(jié)語簡而言之，基于現(xiàn)代化發(fā)展背景下，我國鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)作為常見的形式，尤其是在設(shè)計過程中，結(jié)構(gòu)工程師更應(yīng)該在整個設(shè)