高层建筑中钢筋结构的设计方法

【摘 要】随着现代建筑科学的不断发展,城市土地资源的日益紧张,高层超高层建筑物已经逐渐占据了城市建设的主体位置.现在大多数高层建筑采用的是钢筋混凝土框架结构,因此,钢筋结构的设计尤为关键,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.因此,建筑钢筋结构设计应该结合实际施工的操作困难与因此而对结构本身产生的影响.文章从高层建筑结构的破坏形式分析入手,详细阐述了高层建筑结构中的节点位置的钢筋结构设计方法,以供广大建筑行业的同行参考.

【关 键 词】高层建筑；钢筋结构；设计方法

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,高层建筑一般采用的是钢筋混凝土框架结构,因此,高层建筑中钢筋结构设计尤为关键.钢筋结构的设计是否应合理不但关系到建筑结构的安全稳定性,还直接关系到人们的生命财产安全.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.文章结合多年的工作经验,就高层建筑中钢筋结构的设计方法进行了探讨.

1高层建筑钢筋混凝土框架结构的破坏形式

随着我国建筑科学的迅速发展,钢筋混凝土框架结构已经广泛的应用于高层建筑中.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梁柱受力主筋设计

当框架梁的截面宽度与框架柱的边长相等或者框架梁的一条边与框架柱相重合时,框架柱与框架梁的受力主筋的位置将会发生冲突.因此,在设计时必须进行仔细的考虑,采取科学合理的措施,予以处理.

我们在进行框架结构设计时应遵循“强剪弱弯、强柱弱梁”的设计原则.首先必须要保证框架柱的受力主筋位置,节点设计的原则：框架结构设计的原则是“强剪弱弯、强柱弱梁”,因此,首先必须要保证框架柱受力主筋的位置,而对框架梁的受力主筋位置进行适当调整.

通常,可以通过以下两种办法来解决这个问题：一是让框架梁的受力主筋从框架柱的内侧通过.二是可以在框架梁靠近框架柱位置的四角增设4根钢筋,不但能解决问题还能保证框架梁的截面尺寸.这两种方法不但可以很好的解决框架梁受力主筋与框架柱受力主筋位置冲突的问题,又不影响结构受力,还方便施工.

3墙梁节点钢筋设计

在框架－剪力墙结构中,框架梁或者次梁直接搁置在核心筒墙体暗梁或过梁上,当框架梁的截面尺寸与暗梁或者过梁的高度相同时,就会导致框架梁的主筋与核心筒或者暗梁的主筋位置产生冲突.

固定端框架梁支座处上部钢筋承受拉应力,下部钢筋承受压应力,墙体暗梁或者过梁则受扭.因此应该尽量保证暗梁或者框梁箍筋完整.

主要的设计措施有：①过梁下部设置两排主筋,钢筋总根数不超过6根,框架梁的下部钢筋设置于过梁下部两排钢筋之间,并且将框架梁的接头位置设置于靠近支座,框架梁下铁布置在过梁下铁第一排和第二排钢筋之间且框架梁钢筋的接头位置全部位于支座附近,钢筋接头错开50%.②将框架梁的上部钢筋直接放置于过梁的上部钢筋上,但是必须确保框架梁主筋的锚固长度.为了保证过梁及框架梁的保护层厚度,在加工箍筋时应该去负误差,框架梁的箍筋则取正误差.③将过梁或暗梁截面降低或减小5cm,框架梁上铁直接锚固在过梁上,保证框架梁及楼板钢筋的保护层的厚度.

通过以上措施,不但保证了过梁箍筋的完整性,又可以避免两种主筋相互冲突.通过合理利用规范允许误差,避免了核心混凝土墙根部混凝土超高的问题,同时也为精装修创造了有利条件.

4主梁和次梁节点

高层建筑框架剪力墙结构中,最为重要的节点之一便是主梁与次梁的节点,它是整个框架结构中最为关键的受力点,因此主梁与次梁的节点处钢筋结构设计就尤为关键.如果该节点的钢筋设计不合理,将会造成次梁的上部钢筋或者板筋的保护层厚度太小,从而严重影响到结构的抗震性.一般情况是将次梁的上部钢筋放置在主梁的钢筋上面,板筋位于次梁的主筋之上.

5主梁延伸出的悬挑梁和次梁的关系

从上述内容我们很清楚的知道次梁的上层钢筋通常是设置于主梁的钢筋上面,而由主梁延伸出去的悬挑梁,其上层钢筋当然也就位于次梁钢筋的下面,这样一来就会导致悬挑梁的钢筋包会层厚度太大,悬挑梁结构表面容易出现裂缝,严重影响到悬挑梁的结构受力.若在施工过程中控制不严格、施工人员操作不规范,那么悬挑梁的上层钢筋保护层厚度将会严重超标,保护层厚度越大,悬挑梁结构的有效截面就越小,这对于悬挑梁的结构受力明显是不利的.因此,悬挑梁上部钢筋混凝屯保护层的控制尤为关键.

就现在的建筑施工水平及管理水平来讲,悬挑梁的上部钢筋的保护层厚度控制具有一定的难度,因此在结构设计时应该要考虑到悬挑梁上部钢筋保护层过大而对结构产生的负面影响.另外,在施工过程中也应该严加控制,尽量将保护层厚度控制在设计及规范要求范围以内.

6劲性柱主筋和框架梁主筋的锚固长度的关系

近年来,我国的钢结构技术发展迅速,也越来越广泛的应用于建筑工程中,尤其是劲性混凝土结构已越来越广泛的应用于建筑结构中.因此,框架梁的主筋与H型钢柱的节点设计也越来越受到人们的关注,也是建筑工程结构设计中的重点,其设计的合理性也直接关系到建筑结构的受力性、安全性.

因为施工条件的限制,现场施工中某些部位的钢筋锚固长度不能满足施工规范要求的锚固长度,故必须根据现场实际情况进行节点深化设计.实例如下：框架梁通过框架端柱,其锚固长度不能满足规范要求的最小直锚长度,现场施工必须进行弯锚或采取机械锚固措施,因为该框架柱上层钢筋的连接点在跨中部位,由于弯锚端钢筋过长（施工现场挡安全措施距离结构面仅50cm）使该钢筋的连接现场不能实现.故上层钢筋不能进行弯锚,否则现场施工很难操作.

一般可以通过以下两种方法来解决这个问题：一是图集中明确规定的焊接同直径钢筋的方法；二是在钢筋端部增设直螺纹连接套筒,增加钢筋的握裹能力,通过现场制作试拉钢筋混凝土试块,结果表明端部增设直螺纹套筒的施工方法满足施工规范的要求且施工方便.

7结束语

随着现代建筑科学的不断发展,高层超高层建筑物已经成为城市建筑的主体,钢筋混凝土框架结构、劲性混凝土结构等在高层建筑结构中越来越来越广泛的应用,高层建筑结构的设计是一个复杂、繁琐、长期的过程,其影响因素较多,因此在设计时必须认真仔细的对每一个细节进行详细周全的考虑,将一切不安全因素都予以考虑.因为,任何的遗漏或者错误都有可能导致整个设计的失败.尤其是对关键节点的设计,比如主梁与次梁的节点、梁柱节点等.另外在施工过程也应该及时的与设计师进行沟通,遇到问题及时、合理的进行处理.