關(guān)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的探討

關(guān)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的探討本文作者結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析探討，供同行參考。

TU3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-2104（2012）

隨著我國(guó)建筑業(yè)的迅速發(fā)展，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)越來(lái)越廣泛應(yīng)用于各類建筑中。在合理的高度和層數(shù)的情況下，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)以其較大的建筑空間，較高的承載力，較好的耐久性，以及整體性好、剛度大等特點(diǎn)在各種建筑形式中都占有很大的比重。

1結(jié)構(gòu)受力分析

對(duì)于一個(gè)建筑物的最初方案設(shè)計(jì)，建筑師考慮更多的是它的空間組成特點(diǎn)，而不是詳細(xì)地確定它的具體結(jié)構(gòu)。

建筑物底面對(duì)建筑物空間形式的豎向穩(wěn)定和水平方向的穩(wěn)定都非常重要，由于建筑物是由一些大而重的構(gòu)件組成，因此結(jié)構(gòu)必須能將它本身的重量傳至地面，結(jié)構(gòu)的荷載總是向下作用于地面的，而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一個(gè)基本要求就是要搞清楚所選擇的體系向下的作用力與地基土的承載力之間的關(guān)系。所以，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方案階段，就必須對(duì)主要的承重柱和承重墻的數(shù)量和分布作出總體設(shè)想。

對(duì)于低層、多層和高層建筑，豎向和水平向結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)基本原理都是相同的，但是，隨著高度的不斷增加，豎向結(jié)構(gòu)體系成為設(shè)計(jì)的控制因素，其原因有兩個(gè)：其一，較大的垂直荷載要求有較大的柱、墻或者井筒；其二，側(cè)向力所產(chǎn)生的傾覆力矩和剪切變形要大得多。

與豎向荷載相比，側(cè)向荷載對(duì)建筑物的效應(yīng)不是線性增加的，而隨建筑高度的增高迅速增大。例如，在所有條件相同時(shí)，在風(fēng)荷載作用下，建筑物基底的傾覆力矩近似與建筑物高度的平方成正比，而其頂部的側(cè)向位移與高度的四次方成正比，地震的作用效應(yīng)更加明顯。在高層建筑中，問(wèn)題不僅僅是抗剪，而更重要的是整體抗彎和抗變形能力，可見(jiàn)，高層建筑的結(jié)構(gòu)受力性能與低層建筑有很大的差異。

2地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)一直是結(jié)構(gòu)工程師比較重視的方面，不僅由于該階段設(shè)計(jì)過(guò)程的好與壞將直接影響后期設(shè)計(jì)工作的進(jìn)行，同時(shí)，也是因?yàn)榈鼗A(chǔ)是整個(gè)工程造價(jià)的決定性因素，因此，在這一階段，所出現(xiàn)的問(wèn)題有可能更加嚴(yán)重甚至造成無(wú)法估量的損失。在地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中要注意地方性規(guī)范的重要性。由于我國(guó)占地面積較廣，地質(zhì)條件相當(dāng)復(fù)雜，作為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，僅僅一本《地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》無(wú)法對(duì)全國(guó)各地的地基情況都進(jìn)行詳細(xì)的描述和規(guī)定，因此，作為建立在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)之下的地方標(biāo)準(zhǔn)。地方性的“地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范”能夠?qū)⒏鞯胤降牡鼗闆r和基礎(chǔ)類型的設(shè)計(jì)處理方法描述和規(guī)定的更為詳細(xì)和準(zhǔn)確，所以，在進(jìn)行地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，一定要對(duì)地方規(guī)范進(jìn)行深入的學(xué)習(xí)，以避免對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或后期設(shè)計(jì)工作造成較大的影響。

3結(jié)構(gòu)選型

以筆者從事大多數(shù)設(shè)計(jì)都是新疆的工程體會(huì)并發(fā)現(xiàn)，新疆的氣候因素、地理環(huán)境、經(jīng)濟(jì)條件及社會(huì)需求，都更適合鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。新疆地處地震多發(fā)帶，砌體結(jié)構(gòu)的抗震性能較差，且對(duì)主要砌體材料（尤其是燒結(jié)磚）的生產(chǎn)有嚴(yán)格限制，導(dǎo)致磚砌體結(jié)構(gòu)在新疆地區(qū)的發(fā)展越來(lái)越受到限制，僅能用在一些低矮的、單個(gè)房間使用面積不大的多層建筑中；鋼結(jié)構(gòu)雖然是以后建筑發(fā)展的方向，但就目前而言，其造價(jià)高、制作難、養(yǎng)護(hù)頻繁，再加之新疆地區(qū)溫差大，許多偏遠(yuǎn)地區(qū)制作、運(yùn)輸困難，且在帶動(dòng)社會(huì)生產(chǎn)的方面影響較小。所以，相比之下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用就尤為突出。

隨著社會(huì)的發(fā)展，建筑的高度不斷增加，使用面積不斷擴(kuò)大，舒適度的要求不斷提高，因此對(duì)高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)而言，在工程設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)選型階段，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)；

3.1結(jié)構(gòu)的規(guī)則性問(wèn)題

新舊規(guī)范在這方面的內(nèi)容出現(xiàn)了較大的變動(dòng)，新規(guī)范在這方面增添了相當(dāng)多的限制條件，例如：平面規(guī)則性信息、嵌固端上下層剛度比信息等，而且，新規(guī)范采用強(qiáng)制性條文明確規(guī)定“高層建筑不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)體系?！币虼?，結(jié)構(gòu)工程師在遵循新規(guī)范的這些限制條件上必須注意，以避免后期施工圖設(shè)計(jì)階段工作的被動(dòng)。

3.2結(jié)構(gòu)的超高問(wèn)題

在抗震規(guī)范與高規(guī)中，對(duì)結(jié)構(gòu)的總高度都有嚴(yán)格的限制。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，出現(xiàn)過(guò)由于結(jié)構(gòu)類型的變更而忽略該問(wèn)題。導(dǎo)致施工圖審查時(shí)未予通過(guò)，必須重新進(jìn)行設(shè)計(jì)或需要開(kāi)專家會(huì)議進(jìn)行論證等工作的情況，對(duì)工程工期、造價(jià)等整體規(guī)劃的影響相當(dāng)巨大。

3.3嵌固端的設(shè)置問(wèn)題。

由于高層建筑一般都有地下室或人防，嵌固端有可能設(shè)置在地下室頂板，也有可能設(shè)置在人防頂板等位置。因此，在這個(gè)問(wèn)題上，結(jié)構(gòu)工程師往往忽視了由嵌固端的設(shè)置帶來(lái)的一系列需要注意的方面，如：嵌固端樓板的設(shè)計(jì)、嵌固端上下層剛度比的限制、嵌固端上下層抗震等級(jí)的一致性、在結(jié)構(gòu)整體計(jì)算時(shí)嵌固端的位置、結(jié)構(gòu)抗震縫設(shè)置與嵌固端位置的協(xié)調(diào)等等問(wèn)題，而忽略其中任何一個(gè)方面都有可能導(dǎo)致后期設(shè)計(jì)工作的大量修改或埋下安全隱患。

3.4短肢剪力墻的設(shè)置問(wèn)題。

在規(guī)范中，對(duì)墻肢截面高厚比為5－8的墻定義為短肢剪力墻。且根據(jù)實(shí)驗(yàn)資料和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對(duì)短肢剪力墻在高層建筑中的應(yīng)用增加了相當(dāng)多的限制，因此，在高層建筑設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)盡可能少采用或不采用短肢剪力墻，以避免給后期設(shè)計(jì)工作增加不必要的麻煩。

4結(jié)構(gòu)計(jì)算與分析

在結(jié)構(gòu)計(jì)算與分析階段，如何準(zhǔn)確，高效地對(duì)工程進(jìn)行內(nèi)力分析并按照規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和處理，是決定工程設(shè)計(jì)質(zhì)量好壞的關(guān)鍵。由于新規(guī)范的推出對(duì)結(jié)構(gòu)整體計(jì)算和分析部分的內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整和改進(jìn)，因此，結(jié)構(gòu)工程師也應(yīng)該對(duì)這一階段比較常見(jiàn)的問(wèn)題有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)。

4.1結(jié)構(gòu)整體計(jì)算的軟件選擇。

目前比較通用的計(jì)算軟件有：SATWE、TAT、TBSA或ETABS、SAP等。但是，由于各軟件在采用的計(jì)算模型上存在著一定的差異，因此導(dǎo)致了各軟件的計(jì)算結(jié)果有或大或小的不同。所以，在進(jìn)行工程整體結(jié)構(gòu)計(jì)算和分析時(shí)必須依據(jù)結(jié)構(gòu)類型和計(jì)算軟件模型的特點(diǎn)選擇合理的計(jì)算軟件，并從不同軟件相差較大的計(jì)算結(jié)果中，判斷哪個(gè)是合理的、哪個(gè)是可以作為參考的，哪個(gè)又是意義不大的，這將是結(jié)構(gòu)工程師在設(shè)計(jì)工作中首要的工作。否則，如果選擇了不合適的計(jì)算軟件，不但會(huì)浪費(fèi)大量的時(shí)間和精力，而且可能使結(jié)構(gòu)存在安全隱患。

4.2是否需要地震力放大，考慮建筑隔墻等對(duì)自振周期的影響。

該部分內(nèi)容實(shí)際上在新老規(guī)范中都有提及，只是，在新規(guī)范中根據(jù)大量工程的實(shí)測(cè)周期明確提出了各種結(jié)構(gòu)體系下高層建筑結(jié)構(gòu)的計(jì)算自振周期折減系數(shù)。但筆者認(rèn)為，在大多數(shù)情況下本地區(qū)（新疆地區(qū)）采用的填充墻均為輕質(zhì)墻體（陶?；炷量招钠鰤K或加氣混凝土砌塊），其重量小，所占剛度比例也很小，因此設(shè)計(jì)時(shí)，可根據(jù)工程具體情況適當(dāng)調(diào)整周期折減系數(shù)。

4.3多塔之間各地震周期的互相干擾，是否需要分開(kāi)計(jì)算。

一段時(shí)間以來(lái)，大底盤(pán)，多塔樓的高層建筑類型大量涌現(xiàn)，而在計(jì)算分析該類型高層建筑時(shí)，是將結(jié)構(gòu)作為一個(gè)整體并按多塔類型進(jìn)行計(jì)算，還是將結(jié)構(gòu)人為地分開(kāi)進(jìn)行計(jì)算，是結(jié)構(gòu)工程師必須注意的問(wèn)題。如果多塔間剛度相差較大，就有可能出現(xiàn)即使振型參與系數(shù)滿足要求，但是對(duì)某一座塔樓的地震力計(jì)算誤差仍然有可能較大，從而使結(jié)構(gòu)計(jì)算存在失真。

4.4非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計(jì)算與設(shè)計(jì)。

在高層建筑中，往往存在一些由于建筑美觀或功能要求且非主體承重骨架體系以內(nèi)的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件。對(duì)這部分內(nèi)容，尤其是對(duì)高層建筑屋頂處的裝飾構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，由于高層建筑的地震作用和風(fēng)荷載均較大。因此，必須嚴(yán)格按照規(guī)范中增加的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計(jì)算處理措施進(jìn)行設(shè)計(jì)。

5結(jié)束語(yǔ)

總之，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)長(zhǎng)期、復(fù)雜甚至循環(huán)往復(fù)的過(guò)程，任何在這過(guò)程中的遺漏或錯(cuò)誤都有可能使整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程