高层建筑钢筋混凝土结构设计问题

摘 要：随着高层建筑在我国的迅速发展,建筑类型与功能的愈来愈复杂,结构体系的更加多样化,高层建筑结构设计也越来越成为结构工程师设计工作的主要重点和难点之所在.但是目前尚没有对钢筋混凝土结构钢筋细部节点的设计形成一个统一的方法,从而造成在节点钢筋设计时往往会出现配筋率过大、钢筋锚固不够等现象.因此,建筑钢筋结构设计应该结合实际施工的操作困难而进行施工,从而避免涉及不当对结构本身产生的影响.

关 键 词：高层建筑；钢筋混凝土；结构设计

引言

随着现代建筑科学的迅速发展,高层建筑已经逐渐占据城市建设的主体地位,因此,高层建筑中钢筋结构设计尤为关键.但是目前尚没有对钢筋混凝土结构钢筋细部节点的设计形成一个统一的方法,从而造成在节点钢筋设计时往往会出现配筋率过大、钢筋锚固不够等现象.

1高层建筑钢筋混凝土结构的破坏形式

随着我国建筑科学的迅速发展,高层建筑在地震荷载的作用下,通常会产生以下几种形式的破坏：框架柱的压弯破坏、剪切破坏、弯曲裂缝；框架梁的斜截面破坏、正截面破坏、锚固破坏；板四角的斜裂缝和平行于梁的通长裂缝；因钢筋配置不合理导致框架节点核芯区破坏.现在建筑施工管理不断的规范,虽然施工时对钢筋的材质、钢筋加工质量、钢筋连接质量进行了严格的控制,但是如果施工图纸上没有对框架结构的节点进行详细设计,且没有任何的说明资料,从而造成一些节点的钢筋构造远远不能满足抗震设计的要求,导致钢筋混凝土框梁出现上述各种形式的破坏.因此,必须引起设计单位、施工单位的高度重视,必须对钢筋节点进行详细的设计,确保节点钢筋设置的合理性.

2钢筋混凝土剪力墙结构

剪力墙结构是框架结构中梁柱由钢筋混凝土板来替代的一种构件（如下图为剪力墙有效翼缘宽度）,能够很好地控制结构的水平方向力,并可以承担各种荷载所引起的内力.剪力墙结构现今是多层或高层住宅最为广泛采用的一种结构形式.它的主要作用是抵抗风、地震等的水平荷载和建筑物本身重力的竖向荷载.

3剪力墙的截面

剪力墙的设计应该遵循：墙强梁弱,即选取连梁截面时,应使连梁先屈服于墙体（如下表为剪力墙截面最小厚度）.规范中还限制了最大剪压比,即跨高比大于2.5的连梁及剪跨比大于2的剪力墙,剪压比不应大于0.2；对跨高比小于2.5的连梁及剪跨比小于2的剪力墙,剪压比不大于0.15.剪力墙底部加强部位的厚度一,二级不宜小于层高或无支长度的十六分之一且不应小于200mm；三,四级不宜小于层高或无支长度的二十分之一且不应小于160mm；无端柱或翼墙时,一,二级不宜小于层高或无支长度的十二分之一,三,四级不宜小于层高或无支长度的十六分之一；一字形独立剪力墙底部加强部位不应小于220mm,其他部位不应小于180mm.剪力墙的设计计算是在竖向作用和水平受力条件下进行实际分析,得出内力后,按偏拉或偏压进行斜截面受剪承载力和正截面承载力验算.

4剪力墙的布置及要求

根据框架剪力墙的特点（如下图所示）,设计时应该双向布置剪力墙.“对称、均匀、周边、连续”是建造剪力墙必须遵循的原则,除此之外还应该注意对不同的剪力墙结构有不同的侧重点.下面,我们就来着重讨论以下几个典型的方面.

4.1一般剪力墙的布置要求

可将长墙的高宽比例大于3,这样设置,可以使墙段成为独立墙肢或联肢墙,分别抵抗侧力,并且让墙段以弯曲变形为主,从而可以避免墙体的剪切破坏.应该根据实际情况如工程的层数、高度、平面布局等恰当的设置剪力墙,并且数量只少不多,恰好为宜,一般满足规范设计要求即可.剪力墙过少,则不能承受各方面的荷载,造成建筑物坍塌,出现危险；剪力墙数目过多,吸收的荷载力量就越大,这样不仅会造成浪费,也使很多剪力墙失去了存在的意义,不能达到设计要求.因此在实际设计中,要整体计算,综合考虑,细化局部,对建筑物进行调整计算,以设计出符合规范及实际情况要求的合格建筑结构.尽量避免墙肢长度突然变化.在沿高度方向上,剪力墙宜自下到上连续布置,避免刚度突变.门窗洞口宜上下对齐,成列布置,形成明确的墙肢和连梁,这样应力分布比较规则,又与当前普遍应用程序的计算简图较符合,设计计算结果安全可靠.错洞剪力墙和叠合错洞剪力墙的应力分布复杂,计算、构造都比较复杂和困难.因此在一、二和剪力墙的底部加强部位不宜采用错洞布置.此外,一、二和抗震设计的剪力墙全高都不宜采用叠合错洞墙.

4.2框架-剪力墙结构剪力墙的布置要求这种剪力墙的布置的要点是“刚心”与“质心”的统一,剪力墙的位置没有特殊要求,相对可以灵活处理,但须符合规范的具体相关规定.框架剪力墙结构应设计成双向抗侧力体系；抗震设计时,结构两主轴方向均应布置剪力墙.结构在两主轴方向的刚度和承载力不宜相差过大.剪力墙洞口布置时要注意尽量避免叠合错洞墙和错洞剪力墙,因为这两种剪力墙都是不规则的,会影响剪力墙的抗震效果；布置剪力墙洞口应规则开洞,成排、规律,能够形成明确的连梁,不宜开挖过大,以免减小剪力墙的刚度.剪力墙上洞边距柱内侧即柱端不小于300毫米,即要保证柱作为建筑边缘构件的支撑作用又要约束边缘刚体构件的长度.加强剪力墙中受力大或出现塑性铰的部位.剪力墙要具备足够的延性,才能使塑性铰承受较大的力,适当加强结构,可以提高其抵抗外力破坏的功能.另外,加强部位的范围可根据实际情况适当加宽.对于长度较大的房屋建筑,为避免温度变化引起的温度应力对剪力墙结构的不利影响,不宜在房屋的顶端部位设置剪力墙.设置双向抗侧力的建筑结构形式,并且使剪力墙彼此有翼缘,不仅能有效的提高结构的塑性变形能力,还可以增加剪力墙的刚度.对于一、二级剪力墙结构,规范要求其连梁的高度不宜小于400毫米,且跨高比不宜大于5.这样才能使连梁具有较大的刚度,就可保证良好的墙体整体性能,并能增大承受外界及自身荷载能力.为减少地震时外力作用对柱的扭转效应,柱中线与梁中线、墙中线的距离均不宜大于柱宽的1/4,否则应通过加水平腋的方法或者以增加柱内配箍率等方法加以改善、弥补.4.3一般框支钢筋混凝土剪力墙

部分落地剪力墙墙体宜设计成筒体,这样可以为增加抗侧和抗扭刚度.剪力墙洞口的一般布置原则是不宜在中柱上方设置门洞；宜在落地墙墙体中部设置洞口；框支钢筋混凝土剪力墙的转换梁上一层墙体最好不要设置边门洞；剪力墙的洞口最好上下对齐.抗震设计时,落地剪力墙的水平间距l应符合下述要求：当底部框支层为1～2层时,l不宜大于2b和24m；当底部框支层为3层及3层以上时,l不宜大于1.5b和20m.（b为落地墙之间楼盖的平均宽度）

结束语

总之,设计钢筋混凝土剪力墙结构时对不同的剪力墙结构有不同的设计要求.因此,在设计时如何把握好剪力墙的合理性、功能性至关重要.希望本文可以在以后的钢筋混凝土剪力墙设计和建造中能发挥出应有的作用,并且通过人类的不断探索,不断改进剪力墙的结构和设计.