高层建筑钢筋混凝土结构设计的问题探讨

2015-04-16冯俊标

建材与装饰 2015年22期

关键词：概念设计耐久性抗震

冯俊标

（广东中誉设计院有限公司）

高层建筑钢筋混凝土结构设计的问题探讨

冯俊标

（广东中誉设计院有限公司）

随着经济社会的快速发展，特别是城镇化进程的加快，高层建筑越来越多，需要加强钢筋混凝土结构设计，更好完善高层建筑功能。高层建筑钢筋混凝土结构设计包括安全性、耐久性与适用性三个方面，这是设计的灵魂，同时也应重视钢筋混凝土结构选型问题，然后从结构抗震功能、周期性折减系数等方面规范设计，以优化结构设计，确保钢筋混凝土结构的安全性。

高层建筑；钢筋混凝土结构；设计；问题

当前及未来一个时期，我国城镇用地矛盾将更加突出，由于城镇人口大量增加，高层建筑越来越多，给建筑结构设计带来新的挑战。目前我国建筑整体质量状况不容乐观，结构设计不合理是很重要的原因之一[1]。因此，优化结构设计，遵循相关设计原则，对于确保建筑工程质量具有重要意义。笔者在本文中，主要就高层钢筋混凝土结构设计问题进行了探讨，为结构设计提供参考和借鉴。

1　高层建筑钢筋混凝土结构设计的内涵

在高层建筑工程项目中，钢筋混凝土结构得到了广泛应用。对于高层建筑钢筋混凝土结构设计来说，为了实现优化设计，需遵循一定的设计原则。具体来说，高层建筑钢筋混凝土结构设计原则包括以下三个：

（1）安全性原则。我国建筑使用寿命通常为70年，建筑设计应以使用年限为依据，加强各方面设计，在使用年限内，保证建筑结构的安全性、强度，可应对各种突发状况，在发生偶然时间后，可保持一定的稳定性。

（2）耐久性原则。在建筑使用年限内，高层建筑需具有一定的耐久性。而提高建筑耐久性即要求建筑结构承载力达到规范要求，可承受结构自重。

（3）适用性原则。适用性原则是指在使用年限内，高层建筑具备完善的功能，可为居民提供各项所需功能，具备抗震、抗裂缝与抗变形等能力，不出现功能性问题[2]。

2　高层建筑钢筋混凝土结构的选型问题

2.1结构体系的选择

对于高层建筑钢筋混凝土结构设计来说，结构体系选型是设计重点之一，如果建筑地基基础比较稳固，且建筑上部结构可满足变形限值，则应重点考虑建筑外观，尽可能减少结构刚度。设计规范中规定，转换层上下刚度比，应控制在1左右较为合理。同时设计规范还认为，结构顶点位移与层间位移限值不合理，可采取一定的措施，突破限值，并增加侧向刚度，以提高外柱剪力。

2.2短肢剪力墙设计

短肢剪力墙在高层建筑钢筋混凝土结构中发挥着重要作用，功能性强，但在设计短肢剪力墙时，应遵循相关规范，而不能在设计中频繁使用，同时也不能设置太多，保证高层建筑抗震性能符合要求，并减少短肢剪力墙数量，以便降低后续高层建筑钢筋混凝土结构施工的处理难度[3]。

2.3钢筋混凝土结构高度的控制

高层建筑钢筋混凝土结构设计，经常发生超高问题，影响结构的抗震性能。且在高层建筑结构设计中，如高度不同，则需遵循不同设计规范，增加设计难度，尤其是出现结构超高问题时，应重视结构设计工作，避免出现问题。

3　关于高层建筑钢筋混凝土结构设计的探讨

3.1结构抗震性能的设计

由于高层建筑层数多、高度高，对抗震性能有较高的要求。在高层建筑钢筋混凝土结构设计中，抗震功能设计是重要的内容之一，也是关键因素。在设计高层建筑图纸时，应根据结构的抗震规范，分类对待抗震设防。比如，房屋抗震等级，可按照房屋建筑的结构类型、高度和烈度来明确。而对于高层房屋结构，由于结构层数、结构刚度突变系数较大，则应多取振型数。比如房屋建筑结构中，具备多塔结构、顶部存在转换层、小塔楼等，则振型数量应控制在≥12，不过同样可根据大小来确定，应≥房屋总层数的3倍。在分析结构总刚性时，振型数也应取较大值[4]。

3.2高强钢筋、混凝土的设计

为了降低高层建筑工程造价、降低建筑基本设施作业难度，在设计高层建筑钢筋混凝土结构时，应确保高强混凝土、钢筋设计的合理性。其中，建筑工程造价包括施工材料费用、基础物件费用等，而对建筑工程造价影响较大的就是建筑构件的截面积、建筑钢使用量[5]。因此，为了减少钢筋使用量，在进行建筑结构设计过程中，应合理使用钢筋混凝土与高强度钢筋，以降低建筑成本。

高层建筑经常遇到软土地基情况，由于地基的承载力不够，需对地基做强化处理，以确保可承受上部建筑结构荷载。所以，如果高层建筑是建立在软弱地基上，因为矗立在地基上的荷载相对较大，就应优化结构设计，合理使用高强钢筋和混凝土，以减少结构重量，通过合理设计来降低施工作业难度、减少工程造价，实现经济收益的最大化。

3.3建筑构造周期性折减系数的设计

在高层建筑结构框架中，如果结构填充墙体使用的是砌体，则在计算周期时，折减系数取值可在0.6～0.7之间；如果填充墙体使用的是轻质砌块或墙体使用较少时，则在计算周期时，折减系数取值可在0.7～0.8之间；而如果填充墙体使用轻质墙板，则计算周期时，折减系数取值可为0.9。如果建筑结构中无墙框架结构，则需要做适当折减[6]。

而在建筑框架结构与顶盖结构设计中，由于填充墙会增加结构的实际刚度，可能超过设计刚度，则这种情况下，计算周期大大超过了实际周期。这时，计算出的结构剪力，会比实际的结构剪力小，可能影响房屋建筑的安全性。因此，这就要求在计算建筑结构周期时，将计算周期适当折减，以此来完善建筑的功能，确保建筑结构的安全性。

3.4高层建筑结构耐久性功能设计

高层建筑钢筋混凝土结构设计应遵循相关规范，坚持以结构优化为目的，同时按照建筑结构设计规范，处理设计中的问题，并分清主次，优化单一目标、多种目标，以收到令人满意的效果。而在过去的建筑钢筋混凝土结构设计中，由于对混凝土结构耐久性设计未收到足够的重视，导致在使用年限内，建筑的使用功能可能受到一定的影响。从目前的设计情况看，不少的结构设计方案，均不符合要求，主要是在进行结构设计时，没考虑建筑环境所在的环境、各种条件等，使得建筑的可靠指数明显降低[7]。所以，在这种观念下，在设计高层建筑钢筋混凝土结构时，就只是重视造价、材料的重视，而未能重视结构耐久性设计。

当前，随着人们生活水平的提高，建筑质量意识不断提高，人们对建筑使用功能的要求越来越高。为了确保建筑功能可满足人们期待，应加强建筑结构耐久性设计，在设计中，对施工材料、施工工艺、施工技术和人员配置等，均进行分析与论证，制定多个设计方案，选择最优化的耐久性功能设计方案。为了提高建筑使用功能，在设计时，可能与技术指标、经济指标等发生冲突，这时应果断放弃经济与技术指标，首先保证建筑结构的质量，即耐久性要求。

3.5结构的概念设计

高层建筑中的概念设计，是指包括了建筑结构受力与变形特性的整体性概念，同时也包括建筑的外观设计。与一般的商品相比，建筑具有其特殊性，一个建筑有一个建筑的风格，而不能千篇一律，否则会给人带来审美疲劳。因此，这就要求加强高层建筑的概念设计。在设计过程中，多选用新型的建筑样式，同时也应加强建筑的抗震设计、抗风设计等基础性设计。不过，也不能一味标新立异，应选择结构强度较大的设计方案，且平面设计、立体设计均应遵循这一原则。在高层建筑弹性设计上，应尽可能满足延展性要求。对于高层建筑来说，加强概念设计是必须的，概念设计强调在设计过程中，建筑设计师应遵循和重视各项规范、规定，而不能陷入仅重视设计、忽视计算的误区。

由以上分析可知，高层建筑钢筋混凝土结构设计是结构施工的依据，包括耐久性设计、概念设计、周期性折减系数设计等，通过优化设计来完善建筑结构功能，进而为人们提供一个功能完善的高层建筑。