高层建筑钢筋混凝土结构优化设计探讨

2016-02-16韦胜平合肥房屋建筑勘察设计院有限公司安徽合肥230000

中国房地产业 2016年4期

文/ 韦胜平合肥房屋建筑勘察设计院有限公司安徽合肥 230000

高层建筑钢筋混凝土结构优化设计探讨

文/ 韦胜平合肥房屋建筑勘察设计院有限公司安徽合肥 230000

钢筋混凝土结构是高层建筑中最常见的结构类型，具体的结构设计过程是一项系统且复杂的工程，需要做好各项工作细节和重点，稍有纰漏便容易影响到建筑的整体质量和寿命。在本文中，笔者将重点针对高层建筑的结构设计优化措施展开探讨。文章首先阐述了高层建筑钢筋混凝土结构的设计原则，而后就高层建筑钢筋混凝土结构设计的几个要点进行了详细的分析。

高层建筑；钢筋混凝土结构；优化设计

前言：

随着城市化进程的不断发展，高层建筑在城市中正发挥着愈来愈重要的作用，相应的高层建筑结构设计方案和技术水平也在逐步完善。再加上城市居民生活质量的不断提高，业主对于建筑平面造型、色彩等要求也越来越高，这些因素都增加了建筑结构设计的难度。钢筋混凝土结构是现代高层建筑中的主要材料，它具有很高的抗震性和安全系数，在结构设计过程中，工作人员一定要从各个环节做好设计的优化和管理，以便于全面提高高层建筑的工程质量。

一、高层建筑钢筋混凝土结构设计原则

随着钢筋混凝土结构在高层建筑中的广泛应用，要想确保高层建筑钢筋混凝土结构的设计质量，就必须要遵循严格的规范要求和设计原则。具体来讲，应包括如下几方面：①耐久性。经过严格设计的高层建筑，在其规定的使用年限内应当具备一定的耐久性。②安全性。安全性指的是在合理的设计年限内，高层建筑的结构应能够承担任何类型的突发性外力作用，并且在遭遇外力之后建筑结构必须仍然能够保持原有的稳定性。③适用性。适用性指的是高层建筑在设计年限以内，其结构设计应当能够满足各项使用的要求，具有较好的抗震、抗裂缝或者抗变形的性能。

二、高层建筑结构优化设计对策

1.短肢剪力墙的设置

短肢剪力墙是指截面厚度不超过300mm，且各肢截面高度与厚度最大比值介于4和8之间的剪力墙。高层建筑中的短肢剪力墙具有很强的功能性，然而具体的设计时需遵循严格的规范，不能频繁使用或者设计过多，而是应当在保证高层建筑抗震性能的基础上尽量降低短肢剪力墙的设计数量，从而降低后续高层建筑钢筋混凝土结构施工和处理过程中的难度。短肢剪力墙的形式一般可以根据建筑要求与分隔的交接形式来确定，首先考虑的是T型、L型、十字型以及Z字型等，要求短肢剪力墙的稳定性高，纵横刚度大且必须保持一致。

2.结构超高设计

高层建筑设计时，对于结构超高问题有着明确要求，尤其是抗震级别要求高的建筑，更应当严格控制好建筑的高度。最新的高层建筑设计规范中对此进行了界定，除了把原来的限制高度设置为A级高度建筑之外，还增加了B级别高度的建筑。所以，在结构设计时需要对此予以区分，属于B级建筑物就应该控制在B级规定范围之内，一旦超过了B级建筑高度就需要重新设计。

3.抗震功能设计

高层建筑的抗震功能主要由钢筋混凝土结构来实现，因此抗震设计是高层建筑中的重要组成部分。一般来讲，高层建筑的层数越多，或是建筑结构刚度系数变化越大，其振型数也应该相应地取大一些。例如，高层建筑结构中如果塔结构形式多，或是顶部有小塔楼、转换层等构件时，其振型数应不小于12，并且其大小依然不能超过房屋总层数的3倍（除了含有弹性的楼板），这样在进行总刚性分析时它的振型数才可以取得更大些。另外，高层建筑抗震设计时，应尽量调整其平面形状和结构布置，避免设置防震缝。如果必须设置防震缝时，应遵循以下要求：当框架结构的高层建筑高度在15m以内时，缝宽应大于100mm；当超过15m时，则需要根据实际情况，每增加不同的高度宜加宽20mm。在确定防震缝的宽度时，如果缝两侧的房屋高度不同，那么防震缝的宽度应按照较低的房屋高度来确定。

4.平面结构设计

一般来讲，高层建筑除了特殊的设计需求之外，其平面布置普遍都遵循简单、规则的原则，这样可以使刚度和承载力均匀分布。如果高层建筑的抗震等级不同时，其平面尺寸和突出的位置尺寸比值都要控制在合适的范围之内，尽量避免采用角部重叠的平面图形。此外，随着建筑设计的不断更新观念，现代化的高层建筑越来越重视概念设计，以追求建筑的外观美感。在具体的概念设计时，建筑设计师需要把现代化的建筑风格和环保、节能、抗震以及低碳等指标结合起来。另一方面，高层建筑在概念设计时又不能过分标新立异，无论是平面设计还是结构设计都应当首先确保科学的原则，并且在设计风格上应当体现出环保、绿色的审美观念，高层建筑还应当争取满足延伸性的建筑需要，以此来增加建筑的实用性。

5.竖向结构设计

高层建筑结构设计中应重点做好竖向设计，它能够直接影响到建筑的整体结构和使用寿命。高层建筑的竖向设计应满足均匀、规则的要求，不能出现太多的外挑和内收等构件，这样能确保建筑重心的稳定。总得来讲，高层建筑竖向结构应该是底部大顶端小，均匀、缓慢地变化。如果竖向结构不是垂直，或者不是底部大、上端小的正常结构形式，就需要单独在建筑整体的平衡上做好设计功夫。对于竖向内收型的高层建筑而言，为了提高其抗震性能，楼层的侧向刚度不能比相邻上一层的70%小，同时最好不小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%。另外，对于A级高度的高层建筑而言，它的楼层抗侧力结构层间受剪承载力一般不能小于相邻上一层受剪承载力的80%，同时不应小于其相邻上一层受剪承载力的65%。对于B 级高度高层建筑来讲，其楼层抗侧力结构的层间受剪承载力不应小于其相邻上一层受剪承载力的75%。在设计时，楼层的质量需要按照高度均匀地分布，楼层质量不宜超过相邻下部楼层质量的1.5倍。