高层建筑钢筋混凝土结构设计

摘 要：本文分析了当前高层建筑结构设计中的常见问题及其产生原因,并指出了相关结构设计的要求,提出了笔者的几点设计建议.

关 键 词：高层建筑；钢筋混凝土；结构设计

随着人们生活水平的提高,对于住宅建筑的要求也随之提高.人们不止要求建筑在质量上合格,采光、朝向等条件满足,更对建筑形态、环保节能、绿化、文化等方面有了更多的要求.这也推动了建筑加工工艺的创新化、高科技化,同时也要求建筑设计者具备丰富的设计经验、深厚的文化内涵,并要具有创新开拓精神,能够创造出独特的、新颖的、夺人眼球的建筑.与此同时,还必须保证建筑质量过硬,使用性能优异.目前,钢筋混凝土结构以其抗震性好、整体性强、结构灵活、传力明确的优势,在现代建筑中得到了广泛的应用.钢筋砼结构看似简单,但在设计过程中若考虑不周、疏忽大意,则很容易出现各种问题,对建筑工程造成影响,甚至危及结构的安全性.因此,设计人员在进行结构设计时,一定要充分重视以上提出的问题,并逐个解决落实,从而使结构设计质量得到有效保障.

1结构设计问题分析

在建筑技术的不断发展下,我国城市中的高层建筑如雨后春笋般涌现,并且还呈现明显的增长趋势,随着建筑高度的增加,建筑功能、类型的日益复杂化,使得结构体系也呈现出多样化特点,在这样的情况下,怎样满足工程建设需要,构建一套准确高效、符合实际国情的建筑施工技术体系,成为了施工技术亟待解决的一项课题.目前,钢筋混凝土在建筑结构施工中的应用十分广泛,与其他结构材料相比,它具有显著的优势,故在土木工程、房屋建筑中得到了重大的发展、应用,同时也在施工技术、制作工艺、设计方法等方面得到了突出的表现.对于多样化的钢筋混凝土高层结构设计,尚存在一些问题,下面就钢筋混凝土结构设计中的常见问题,进行深入的剖析.

1.1超长结构问题

在《混凝土结构设计规范》（下文件简称为《规范》）中,关于钢筋混凝土结构长度,其中一条（第9.1.1条）规定框架结构伸缩缝设置间距要≤55m,而另一条（第7.1.2条）则规定,如果采取后浇带分段的施工方法,可以适当增大伸缩缝的设置间距.在实际设计中,这两条规定的把握较为不易,在工程实例中很难保证结构长度≥55m就设置一条伸缩缝,并且对于后浇带分段施工,对于结构的长度很难控制,从而不易产生裂缝.这类问题的产生原因主要是各地区温度差异、混凝土收缩应力差异造成的.

这类问题的解决必须要在结构设计中调整梁柱配筋的概念.首先,针对长向板钢筋要设置为双层,同时还要对中部的梁板配筋进行适当的增强.这是因为温度应力会对两侧梁柱,尤其是边跨柱配筋产生极大的推力,而中部区域是结构的中点,故其受到的应力较大,所以需要对其加强.另外,超长的结构设计,容易在角部产生扭转效应,所以还需要加强角部结构.如果结构长度≥70m,为了不设置伸缩缝,就必须采用特殊措施,如掺入抗裂剂、预加应力等.在设计长度≥70m的结构时,设计者必须定量分析温度和收缩裂缝,同时施加预应力,该方法的效果在众多的工程实例中都得到了较好的应用效果.若无法分析清楚超长结构的受力情况,还是应当根据《规范》标准,在结构长度≥55m时就设置伸缩缝,其实只要处理恰当,伸缩缝的设置是不会对建筑外观造成太大影响的.

1.2筏板厚度设置问题

在桩筏基础设计中,筏板厚度值的计算,首先根据建筑层数来对筏板厚度来进行估算的.一般筏板厚度估算值为50mm×建筑层数.以一栋28层的住宅建筑为例,筏板厚度估算值为50×28等于1400mm.再根据建筑的排桩情况,对角桩冲切、群桩冲切、墙冲切、边桩冲切分别进行验算.通常情况下,都用角桩冲切控制板厚,但若是短肢剪力墙结构,由于其墙体不封闭,所以要获取群桩冲切的边界值较为困难,另一方面,由于桩群之间会重叠较多,所以群桩冲切取值较为不利.故笔者建议,将几个大层间的取值作为冲切边界,所围区域内的短肢墙体内力作为抗力抵消,该方法尽管无法保证绝对的准确性,但在放大区域后,对削弱边界开口效应,故其可行性还是值得肯定的.

1.3强柱弱梁设计问题

在钢筋混凝土结构的延性设计中,“强梁弱柱”是基本设计原则.“强梁弱柱”设计理念主要是抗震设防,其抗震设防的目标是“大震不倒、中震可修、小震不坏”.在钢筋混凝土结构中,柱是核心支撑,若柱受到破坏,会导致建筑的整体坍塌,若梁受到破坏,则仅会对某区域造成损毁,所以柱破坏造成的损害明显大于梁破坏,设计人员在进行结构设计时,一定要牢固树立这一设计理念.对于柱轴压比,要严格控制在0.9%以内.在设置配筋、柱断面时,要分部位进行处理,并适当加强边柱和角柱,尤其是角柱,最好采取全柱加密箍筋,同时配筋率要≥1%,除小截面柱以外的所有框架柱的纵筋都要≥20,柱筋采用的种类不要太多.对于矩形截面柱,要采取对称配筋；对于梁,中部筋要配足,支座筋可适当降低,以使其在地震作用下形成梁铰机制,即在地震作用下,首先在梁端产生塑性铰,以保证柱的受弯承载力比梁大,从而防止柱先屈服.

1.4地下室外墙、底板配筋计算问题

在计算地下室外、底板墙配筋时,常出现实际情况与检测设条件不相符的问题.以地下室外墙配筋计算为例,有的设计人员将凡是带扶壁柱的外墙,不论扶壁柱大小,均按双向板进行配筋计算,但按照地下室结构整体电算分析结果,对扶壁柱配筋,又未按外墙双向板传递荷载验算扶壁柱配筋.从扶壁柱与外墙变形协调原理来看,该配筋计算方式下,扶壁柱配筋不足,外墙竖向配筋偏少,外墙横向配筋过多.针对这一问题,笔者建议：将有钢筋混凝土内隔墙相连的且与外墙相垂直的外墙板块、较大尺寸扶壁柱（如外框架柱）间的外墙板块的配筋按照双向板进行计算,其他外墙的配筋均按单向板进行计算.

1.5地下室设计问题

在进行高层建筑的地下室设计时,还要考虑地下水位问题,由于人为无法控制地下水位上涨,所以一旦发生地下水位上涨,就会对地下室乃至整栋建筑产生影响.因此,在设计地下室时,要尽量简化地下室轮廓,以利于防水.尤其是柱下承台的地下室,柱下承台会将基槽地模产生较多阴阳角,使其形状复杂化,这就增加了防水施工的难度,延长了施工时间,不仅无法保证防水质量,更会增加工程造价.对于该问题,笔者建议采用反承台法：使承台下皮标高与地下室底板相等,并在地下室内部覆土.该做法会简化基槽地模的形状,减小施工难度,缩短工期,保证施工质量.同时,覆土重量还会对抗消除地下室底板的水浮力.

2结束语

随着建筑技术的不断提高,城市中涌现出了越来越多的高层建筑.随着建筑高度的增加,建筑功能、类型的日益复杂化,使得结构体系也呈现出多样化特点,这就使得结构设计成为了建筑设计中的一个难点和重点.