试论钢筋混凝土高层结构设计的常见问题

杨柳

（长春建筑学院，吉林 长春 130000）

随着改革开放以来我国国民经济整体的迅速发展，国内各个行业都得到了巨大的发展，整体的行业水平稳步提高，其中，建筑行业的提升水平是比较快的，建筑行业的发展带来了建筑形式，建筑技术，建筑材料等的多元化变革，其中钢筋混凝土因为安全系数高，抗震性能好等诸多优点而使用广泛，其中高层建筑发展更为迅速，设计思想也在不断更新，结构体系日趋多样化，建筑平面布置与竖向体型也越来越复杂，这就给高层建筑结构分析和设计提出了更高的要求。如何高效、准确地对高层结构体系进行内力分析，是结构工程师设计高层建筑结构时需要解决的重要课题。本文通过对高层建筑结构设计过程中经常遇到的问题进行分析，为高层建筑结构设计提供计算方法及理论依据。

1 建筑设计

建筑不同于普通商品，尤其是高层建筑，很多因为是地理标志性建筑。什么是高层建筑呢？10层及10层以上或房屋高度大于28m的住宅建筑和房屋高度大于24m的其他高层民用建筑。在建筑外观上，我们应该多选择一些新颖的建筑样式，同时又要注意其抗震设计、抗风设计等基础要素。但是建筑也不能盲目的标新立异，结构上应该选择规则性强一些的，不论是平面或者立体都应该尽量遵循这个原则。而且建筑在弹性设计上，尽量要满足延展性的需求。这种概念设计的强调是对建筑师的必须要求，建筑设计师一定要重视各种规范规定，千万不要陷入只管设计不管计算的误区。

2 结构设计

2.1 剪力墙底部加强部位墙厚的确定

抗震设计时，剪力墙的底部加强部位包括底部塑性铰范围及其上部的一定范围，其目的是在此范围内采取增加边缘构件箍筋和墙体横向钢筋等必要的抗震加强措施避免脆性的剪切破坏，改善整个结构的抗震性能。《高建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010（下简称《高规》)7.1.4条规定，抗震设计时,一般剪力墙结构底部加强部位的高度可取墙肢总高度的1/10和底部两层二者的较大值。部分框支剪力墙结构底部加强部位的高度应符合《高规》10.2.2条的规定，底部加强部位的高度应从地下室顶板算起，当结构计算嵌固端位于地下一层底板或以下时，底部加强部位宜延伸到计算嵌固端。《建筑抗震规范》GB50011(以下简称<抗规》)及《高规》规定了剪力墙底部加强部位墙厚的取值。其中，考虑到高层建筑结构的重要性，《高规》对墙厚的取值规定得更为严格。一般情况下，高层建筑结构底部加强部位的剪力墙截面厚度k取法如下：一、二级抗震等级时取层高或剪力墙无支长度的1/16，并且满足bw≥200mm；三、四级抗震等级时，k取层高或剪力墙无支长度的1/20，并且满足k≥160mm。但对于墙底轴力较小且结构层高相对较高的剪力墙而言。其截面厚度按上述方法取值则显得不是很经济合理。因此具体工程设计时，剪力墙截面厚度bw可适当减小但必须按下式计算墙体的稳定性。

公式中：q为作用于墙顶组合的等效竖向均布荷载设计值；Ec为剪力墙混凝土弹性模量；t为剪力墙墙肢截面厚度；lo墙肢计算长度。

2.2 结构的超高问题

在抗震规范与高规中，建筑物的高度控制是非常严格的，而在新规范中这一点重新进行了界定，除了将原来的限制高度设定为A级高度的建筑外，增加了B级高度的建筑。因此，所以在进行设计的时候一定不可以超越其应属范围，B级建筑物就应该控制在B级规定范围之内，一旦超过了，那么无论是设计还是施工都要全部进行重新设定。在现实情况中这类问题曾经出现过，结果导致审查时难以通过。

2.3 短肢剪力墙的设置问题

短肢剪力墙使用虽然具有一定的的作用，但是在使用数量上一定要严格参照规范，《高规》7.1.8规定抗震设计时，高层建筑结构不应全部采用短肢剪力墙，B级高度高层建筑以及抗震设防度为9度的A级高度层建筑，不宜布置短肢剪力墙，不应采用具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构。当采用具有较多短肢剪力墙的剪力墙结构时，应符合下列规定：（1）在规定的水平地震作用下，短肢剪力墙承担的底部倾覆力矩不宜大于结构底部总地震倾覆力矩的50%；（2）房屋适用高度应比本规程表3.3.1-1规定的剪力墙结构的最大适用高度适当降低，7度、8度（0.2g）和 8度（0.3g）时分别不应大于 100m，80m和60m。短肢剪力墙是指截面厚度不大于300mm、各肢截面高度与厚度之比的最大值大于4但不大于8的剪力墙。

2.4 基础设计

在地基基础设计中要注意地方性规范的重要性问题。由于我国占地面积较广，地质条件相当复杂，作为国家标准，仅仅一本《地基基础设计规范》无法对全国各地的地基基础都进行详细的描述和规定。因此，作为建立在国家标准之下的地方标准，地方性的“地基基础设计规范”能够将各地方的地基基础类型和设计处理方法等一些成熟的经验描述和规定得更为详细和准确。所以，在进行地基基础设计时，一定要对地方规范进行深入地学习，以避免对整个结构设计或后期设计工作造成较大的影响。

3 计算与分析

3.1 计算模型的选取

对于常规结构，可采用楼板整体平面内无限刚假定模型；对于多塔或错层结构，可采用楼板分块平面内无限刚模型；对于楼板局部开大洞、塔与塔之间上部相连的多塔结构等可采用楼板分块平面内无限刚，并带弹性连接板带模型；而对于楼板开大洞有中庭等共享空间的特殊楼板结构或要求分析精度高的高层结构则可采用弹性楼板模型。

3.2 抗震等级的确定

对常规高层建筑，与主楼连为整体的裙楼的抗震等级不应低于主楼的抗震等级；对于地下室部分，当地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，地下一层的抗震等级应与上部结构相同，地下一层以下的抗震等级可逐层降低一级，但不低于四级，地下室中超出上部主楼相关范围且无上部结构的部分，其抗震等级可根据具体情况采用三级或四级。

结语

钢筋混凝土高层结构作为现代化城市发展的一种客观成果，引领着我国建筑行业整体的发展水平。在设计方面，钢筋混凝土高层结构一定要充分考虑到各种潜在的因素，既要让建筑漂亮美观大方，也要注意建筑的安全性能，毕竟后者是所有建筑的立足之本。在做好相关工作的基础上，希望我国的建筑水平能迎来更好的发展。

[1]JGJ3-2010，高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[2]GB-50011，建筑抗震设计规范[S].

[3]唐兴荣.高层建筑转换层结构设计与施工[M].中国建筑工业出版社.2002.