1、关于高层建筑钢筋混凝土结构设计探讨中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号： 摘要：钢筋混凝土结构在现代房屋建设中占有相当重要地位。原因是基于钢筋混凝土结 构有其自己的特点，所以在建筑结构、地下结构、桥梁、隧道、铁路等土木工程中得到广泛 应用。本文结合实例进行设计。 1 工程简介 某建筑工程为商场办公为一体的高层建筑，地下两层为停车库及设备房，局部为人防地下室，地上建筑由 A、B、C 三栋多层塔楼及两层的商业裙楼组成，一、二层为商业用房，三层至顶层为办公用房。其中 C 塔楼为 19 层，总多度 58.6m，与一栋两层的裙楼相连；A、B 塔楼为 18 层，两栋塔楼在地上两层处相连，总多度
2、64.4m，A、B 塔楼与两层裙房间通过钢结构连廊相连，连廊与塔楼间设置伸缩缝。由于建筑功能的要求，本工程 A、B 塔楼采用框架- 剪力墙连体结构，底部局部大空间转换采用剪力墙结构，转换层在第 3 层顶面。由于同时采用了两种复杂结构，且结构体形较复杂，故本工程按超限多层结构进行了送审。该地区地震设防烈度为 6 度第一组，设计基本地震加速度值为 0.05g，拟建场地为类场地土。结构抗震等级:剪力墙级，框支柱级，框架为级。基础采用桩基础。 2 结构整体设计及计算结果 2.1 基础及地下室设计 本工程采用桩基础，桩型采用抗拔性能较好的钻孔灌注桩，桩径根据上部荷载情况选用 700 和 800 两种，主
3、楼部分采用 800 的桩，其它部分为 700 的。桩基持力层为 82 层圆砾层，桩进入持力层2.56.4m，有效桩长为 48.156m，单桩竖向承载力特征值结合 设计试桩结果和地质报告情况分别确定为 3500KN 和 4100kN。两层地下室平面呈“厂”字形，局部为两层人防地下室，人防等级为 6 级。地下室东西向最长 150m，南北向最长 120m，中间不设伸缩缝，超过规范建议的结构伸缩缝最大间距，设计采用纵横向设置多道后浇带 (后浇带间距 40m 左右)等措施减小温度变化和混凝土收缩对结构的影响。 2.2 结构选型及结构布置 一般来说对于高层建筑内，除了极特殊的设计需求外，在高层建筑内每一个
4、独立结构单元都不宜采用严重不规划的平置布置设计，也就是说，应该追求形状简单、规则，尽可能做到刚度和承载力分布均匀，高层建筑宜选用风作用效应较小的平面形状，例如抗震设计的 A 级高度钢筋混凝土高层建筑，其平面长度不宜过长，突出部分长度不宜过大，不宜采用角部重叠的平面图形或细腰形平面图形。1、结构平面布置应减少扭转的影响。 首先考虑地震作用下的偶然偏心因素，其中最重要的是评估楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移。具体规定是，A 级高度的高层建筑，其位移值不应大干该楼层平均值的 12 倍，不应大干该楼层平均值的15 倍；B 级高度的高层建筑、混合结构高层建筑以及复杂高层建筑不应大于该楼层平均值的 1
5、2 倍。2、抗震设计时的高层结构平面布置。高层建筑宜调整平面形状和结构布置，避免结构不规则，不设防震缝。然而当建筑物平面形状复杂，我们又无法通过简单的办法将其平面形状和结构布置调整，从而形成较规则的结构时，这时我们就应该设置防震缝，以便将其划分为几个较简单的结构单元。设置防震缝时，对于框架结构房屋来说，高度不超过 15 米的部分，一般取 70 毫米。超过 15 米的部分，还要加宽 2O 毫米。另外，剪力墙结构的房屋可按上述规定数值的一半采用。而对于框架剪力墙结构房屋可按原规定的 70采用，但无论如论，防震缝的设计不应少于 70 毫米。同时，防震缝的宽度的确定应按最不利的结构类型确定。具体规定是
6、，如果防震缝两侧的房屋高度不同，那么说防震缝的宽度应房按照较低的房屋确定。如果出现相邻结构有较大的沉降差时，还要增大防震缝的高度。连体结构因振型丰富，且平动与扭转振型多耦合在一起，因此采用平扭耦联方法计算结构的扭转效应，且考虑双向地震的影响；连体部位复杂，对连体部分采用弹性楼盖进行计算。考虑到连体结构的两塔楼体型相似且间距较近，因此风荷载取值时考虑建筑物相互间的影响，将体形系数乘以相互干扰增大系数，并对连接体最下一层的楼板考虑了向下的风吸力影响。振型分解反应谱法计算结果见表 1，计算结果表明自振周期在合理范围内，结构扭转为主的第 1 自振周期与平动为主的第 1 自振周期之比为 0.85，基本满
7、足规范要求。地震力作用下的楼层最大层间位移 1/1791（Y+5%偶然偏心）和顶点位移 1/2048 均小于 1/800，亦满足规范要求。 3 钢筋混凝土结构布置存在的问题 在我国的钢筋混凝土结构设计中，存在体型不是十分规则，承重结构的布置也是不 合理的问题。关于规则的问题里，包括了建筑综合因素的要求：承载力分布、抗侧力构 件布置质量分布、平立面外形尺寸。在抗震概念设计的过程中，一个十分重要的环节就 是合理布置钢筋混凝土承重结构。但是，太多的因素会造成结构不规则的问题，尤其是 复杂的建筑体型，用相对比较简单的的指标来定量的规定限制范围并划分不规则程度是 十分困难的。例如，柱箍筋没有采用焊接封闭
8、的方式，这是不符合规范要求的；配筋的 构造设计没有按照相的设计规定，没有按抗震规范的要求，对框支柱和框架柱、箍筋进 行全面的高度的加密的处理。另外，在高层建筑的钢筋混凝土结构设计与施工规程中， 缺少了不规则与规则结构的准则，失去了划分定量的准则，也没有针对不规则结构进行 相应的规定，仅仅对规则结构的准则进行了规。这样的情况，有些设计人员有时听任建 筑师和业主的要求，往往容易造成结构规则性非常的难以把握，所以，在钢筋混凝土结 构设计实际工程中规则性错误大量的出现。 4、抗震加强措施 4.1 加强连接体结构的抗震措施 在抗震构造方面有针对性地采取了如下措施: 1）连接体及连接体相邻的结构构件的抗震
9、等级提多一级； 2）楼板厚度增大到 150mm，加强连接部分的周边板配筋，双层双向贯通布置，并加强边梁的配筋及构造； 3）加强连接体最底层构件的配筋； 4）加强连接体下面两层的设计，指定其为薄弱层，放大地震力。 4.2 抗震等级的设计 高层结构的抗震等级的设计要结合当地的地震发生状况，按照百年一遇、两百年一遇的标准来设计，在可能的情况下，还要提高抗震等级。当本区域的抗震防烈度为 6IJ8 度时，抗震等级还要在这个基础上再提高一度。在进行高层建筑的抗震设计时，其钢筋混凝土结构构件所采用的搞震等级，主要考虑到设防烈度、结构类型和房屋高度，因这三个因素不多而采用不同的抗震等级。一般来说，高层建筑都是
10、有地下室的，当高层建筑把地下室顶层作为其嵌固端时，这时地下室的搞震强度就应该与整体结构完全相同，否则仍然会对整体建筑有着较大的影响。如果不是这样，那么地下室的搞震等级可以稍微降低一下需求，根据每个地区的具体情况采用三级或四级。总而言之，高层建筑钢混结构设计要从竖向和平面的结构设计、抗震等级多方面的角度来分析，严格执行国家的相关规定。如果仅从混凝土的构造要求来说，例如钢混立柱，对房屋高度大而柱中轴力较大时，同宜采用型钢混凝土柱或者钢管混凝土柱，也就是说要采用高强度混凝土柱。抗震等级为特一级的高层建筑结构中，其钢筋混凝土框架柱宜采用型钢混凝土柱或钢管混凝土柱，底部加强部位及其上一层的弯矩设计值应按
11、墙底截面组合弯矩计算值的 11 倍采用。另外，对于高层建筑物混凝土的质量也要有较高的要求，我们要增加一定的添加剂到水泥和石灰中，用来增强混凝土的配筋率。同时还要高湿度的养护，以保障混凝土部件的不变形。概言之，只有科学的结构设计、严格的操作规范和高质量的标准要求，才能有合格的高层建筑。 结束语 总而言之，钢筋混凝土高层结构设计是一个长期、复杂甚至循环往复的过程，任何在这过程中的遗漏或错误都有可能使整个设计过程变得更加复杂或使设计结果存在不安全隐患。因此我们设计工作应按规范相应的构造要求严格执行，才真正确保设计质量的安全。 参考文献 1赵丽巍.施工管理的有效实施对于工程质量的影响M.北京：建筑工程出版社，2007， 2阎红民.关于工程施工阶段管理的分析J.建筑工程，2008，6. 3李方欣.现代工程质量控制施工管理J.工程监理，2008，12.
