高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題探討

　　關(guān)鍵詞：高層建筑，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，地基與基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)分析

 

　　隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，全國(guó)大中型城市的多高層建筑迅速增多，隨著高層建筑的建筑高度的不斷增加，建筑類型與功能的愈來愈復(fù)雜，結(jié)構(gòu)體系的更加多樣化，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也越來越成為建筑結(jié)構(gòu)工程師的重要工作內(nèi)容。近幾年來，新的設(shè)計(jì)規(guī)范、規(guī)程相繼頒布，由于新舊規(guī)范、規(guī)程許多內(nèi)容有所不同，再加上工程設(shè)計(jì)中的一些特殊的問題，難以應(yīng)用規(guī)范進(jìn)行處理，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中經(jīng)常出現(xiàn)一些遺漏或錯(cuò)誤。為了避免在高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中少犯或不犯這些錯(cuò)誤，現(xiàn)將這些常常出現(xiàn)的問題總結(jié)如下：

 

　　對(duì)于高層結(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)工程師應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：

　　1、合理選擇結(jié)構(gòu)體系。高層建筑結(jié)構(gòu)平面布置應(yīng)力求簡(jiǎn)單、規(guī)則、對(duì)稱,避免應(yīng)力集中的凹角和狹長(zhǎng)的縮頸部位；避免在凹角和端部設(shè)置樓電梯間；避免樓電梯間位置偏置，以免產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)的影響。豎向體型盡量避免外挑，內(nèi)收也不宜過多，力求剛度均勻漸變，避免產(chǎn)生應(yīng)力集中�！陡邔咏ㄖ�混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》在結(jié)構(gòu)的規(guī)則性方面也規(guī)定了相應(yīng)的條文，例如：平面規(guī)則性信息、豎向規(guī)則性信息等，而且，新規(guī)范采用強(qiáng)制性條文明確規(guī)定“建筑不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計(jì)方案。”因此，結(jié)構(gòu)工程師在遵循規(guī)范的這些限制條件上必須嚴(yán)格注意，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時(shí)和建筑工程師溝通，以避免在后期設(shè)計(jì)中帶來麻煩。

　　2、房屋的適用高度和高寬比。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，除了將原來的限制高度設(shè)定為A級(jí)高度的建筑外，增加了B級(jí)高度的建筑，因此，必須對(duì)結(jié)構(gòu)的該項(xiàng)控制因素嚴(yán)格注意，一旦結(jié)構(gòu)為B級(jí)高度建筑甚或超過了B級(jí)高度，其設(shè)計(jì)方法和處理措施將有較大的變化。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，出現(xiàn)過由于忽略該問題，導(dǎo)致施工圖審查時(shí)沒有通過，必須重新進(jìn)行設(shè)計(jì)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。高層建筑的高寬比，是對(duì)結(jié)構(gòu)剛度、整體穩(wěn)定、承載能力和經(jīng)濟(jì)合理性的宏觀控制。A、B級(jí)高度高層建筑建筑的高寬比限值也相應(yīng)不同。但在復(fù)雜體型的高層建筑中，如何計(jì)算高寬比是一個(gè)比較難以確定的問題。

　　3、嵌固端的設(shè)置問題。由于高層建筑一般都帶有二層或二層以上的地下室和人防，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)問題上，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師往往忽視了由嵌固端的設(shè)置帶來的一系列需要注意的方面: 抗震設(shè)計(jì)的多高層建筑，當(dāng)?shù)叵率翼攲幼鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)的嵌固端時(shí)，地下一層的抗震等級(jí)應(yīng)按上部結(jié)構(gòu)采用，地下一層以下結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)可根據(jù)具體情況采用三級(jí)或四級(jí)。地下室中超出上部主樓范圍且無地上結(jié)構(gòu)的部分，其抗震等級(jí)可根據(jù)具體情況采用三級(jí)或四級(jí)。對(duì)于9度抗震設(shè)計(jì)時(shí)，地下室結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)不應(yīng)低于二級(jí)。地下室的現(xiàn)澆頂板厚度不宜小于180mm，且不宜有較大洞口。地下室柱截面每側(cè)的縱向鋼筋面積除應(yīng)符合計(jì)算要求外，不應(yīng)少于地上一層對(duì)應(yīng)柱每側(cè)縱向鋼筋面積的1.1倍（地下室柱子多出的縱向鋼筋不應(yīng)向上延伸，而應(yīng)錨固于地下室頂板的框架梁內(nèi)），地下室剪力墻的配筋不應(yīng)少于地上一層剪力墻的配筋。對(duì)于邊柱和角柱，由于只有一面有梁，為滿足該梁端截面實(shí)際彎矩承載力不宜小于柱下端實(shí)際承載力的要求，可采用增大梁截面，或不增大梁截面而增加梁配筋的方法。這些問題在設(shè)計(jì)中都應(yīng)注意，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。

　　4、短肢剪力墻的設(shè)置問題。發(fā)表論文，地基與基礎(chǔ)。短肢剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比為5~8的剪力墻。近年興起的短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，雖然有利于住宅建筑布置，也可減輕結(jié)構(gòu)自重，但在高層住宅中，剪力墻肢不宜太短，因?yàn)槎讨�剪力墻的抗震性能較差，地震區(qū)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)不多，為安全起見，高層建筑結(jié)構(gòu)不應(yīng)采用全部為短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)。發(fā)表論文，地基與基礎(chǔ)。短肢剪力墻較多時(shí)，應(yīng)布置筒體(或一般剪力墻)，形成短肢剪力墻與筒體(或一般剪力墻）共同抵抗水平力的剪力墻結(jié)構(gòu)，并且《高規(guī)》中對(duì)短肢剪力墻的最大適用高度、抗震等級(jí)、底部加強(qiáng)部位、縱向鋼筋總配筋率等增加了很多的限制，因此，在高層建筑設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)盡可能少采用或不用短肢剪力墻。

 

　　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，不僅僅由于該階段設(shè)計(jì)過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�基礎(chǔ)也是整個(gè)工程造價(jià)的決定性因素，因此，在這一階段，所出現(xiàn)的問題也有可能更加嚴(yán)重甚至造成無法估量的損失。

　　高層建筑的基礎(chǔ)應(yīng)選用整體性好，滿足地基承載力和建筑物容許變形的要求，并能調(diào)節(jié)不均勻沉降的基礎(chǔ)形式。高層建筑宜設(shè)置地下室以減小地基的附加應(yīng)力和沉降量，有利于滿足天然地基的承載力和上部結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。此外，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，僅一本《地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》無法對(duì)全國(guó)各地的地基基礎(chǔ)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�基礎(chǔ)類型和設(shè)計(jì)處理方法等一些成熟的經(jīng)驗(yàn)描述和規(guī)定得更為詳細(xì)和準(zhǔn)確。

　　　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。發(fā)表論文，地基與基礎(chǔ)。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，而且有可能使結(jié)構(gòu)有不安全的隱患存在。

　　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)計(jì)算自振周期折減系數(shù)。

　　3、振型數(shù)目是否足夠。在新規(guī)范中增加了一個(gè)振型參與系數(shù)的概念，并明確提出了該參數(shù)的限值。發(fā)表論文，地基與基礎(chǔ)。由于在舊規(guī)范設(shè)計(jì)中，并未提出振型參與系數(shù)的概念，或即使有該概念，該參數(shù)的限值也未必一定符合新規(guī)范的要求，因此，在計(jì)算分析階段必須對(duì)計(jì)算結(jié)果中該參數(shù)的結(jié)果進(jìn)行判斷，并決定是否要調(diào)整振型數(shù)目的取值。發(fā)表論文，地基與基礎(chǔ)。

　　4、多塔之間各地震周期的互相干擾，是否需要分開計(jì)算。一段時(shí)間以來，大底盤，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)人為地分開進(jìn)行計(jì)算，是結(jié)構(gòu)工程師必須注意的問題。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，從而便結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不安全的隱患。

　　5、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而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)格按照新規(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)。

 

　　總之，鋼筋混凝土高層結(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)的過程，在這過程中任何遺漏或錯(cuò)誤都有可能對(duì)結(jié)構(gòu)造成安全隱患。發(fā)表論文，地基與基礎(chǔ)。這就要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在工作中嚴(yán)格要求自己，不斷學(xué)習(xí)新規(guī)范，力求掌握更為合理的結(jié)構(gòu)計(jì)算方法。