高层建筑钢筋混凝土结构分析与设计要点

2018-03-29刘同新王业顺秦凤艳

四川水泥 2018年8期

关键词：高楼大厦耐久性剪力墙

刘同新王业顺秦凤艳

（1.中煤科工集团重庆设计研究院有限公司 404100；2.皖西学院建筑与土木工程学院，安徽六安 237012）

0 引言

城镇化发展使得城镇的土地资源紧张起来，进而使建筑行业的建设成本也就大幅度增加；人们对生活品质的要求也越来越高，这样一来也就大大加快了建筑行业的发展。如今在城区内高楼万象，同时也对建筑结构设计师提出了更高的要求。

1 高层建筑钢筋混凝土结构中存在问题探讨

钢筋混凝土是房屋建筑中最重要也是使用量最大的合成材料，但是由于钢筋混凝土结构的密度不够，极易受自然环境因素影响导致其结构发生变形、开裂等现象，严重的可能危害到人们的生命和财产安全。另外，当钢筋混凝土合成材料遇到某种不可抗的外力碰撞或敲击时，该结构会受到一定的破坏，使其结构极其不稳定。此外，由于高层建筑工程量大、周期长、工序繁杂、技术要求较多等不定性因素影响，致使施工难度不断增大。钢筋混凝土合成材料在房屋建筑中的重要性同时也决定了其结构设计的的重要性，对其设计要求自然也相对较高。但在其实际设计时，大多数设计人员都没有亲临施工现场进行实地查看和监督，从而导致其结构设计不够严谨，容易出现问题，造成施工安全隐患，甚至对企业经济效益造成影响。

2 高层建筑混凝土结构设计准则

2.1 安全准则

高层建筑钢筋混凝土结构的质量直接关系着人们生命和财产安全。因此，在进行混凝土结构设计时，要以安全为设计之根本，只有确保其安全性能，才能使建筑本身富有意义和价值。所以，在实际设计时，设计师要确保结构设计安全的前提下结合有关施工技术、施工安全、行业标准和规范等进行设计，只有这些全部达到要求以后方能追求美观、大方，甚至追求富有艺术气息的设计。

2.2 适用准则

高层建筑建成后最终是由人来使用它，所以在对其进行结构设计时一定要综合各方面因素考虑建筑的使用功能。比如说，在实际结构设计时，要对室内空间布局有很好的构思，需要什么样的空间就要选用什么样的结构设计模型，在梁柱布置时，要充分考虑到该布局是否影响了室内面积的实用性，是否防碍了某种功能的使用等等。只有在结构设计中保持良好的适用准则，才能使建筑自身的特点充分发挥其作用，更能赢得广大消费者的喜爱，从而使企业实现良好的经济效益。

2.3 可靠准则。

由于建筑有其使用年限要求，因此，建筑结构设计一般会根据设计其本身的用途以及重要程度综合分析后进行的设计。在设计中，材料的选择也相当重要，这是因为所有的材料不管它的性质如何均有其本身的使用寿命。一般来说，结构设计会根据建筑的使用年限来进行，以确保建筑的安全、可靠、耐用。古往今来，也出现了许多古建筑的使用年限远远超过了其设计年限依然屹立不倒，这是因为其在结构设计时坚持可靠准则，其所运用的技术及材料都要符合其可靠、耐用性。现今，常常能听到所谓的豆腐渣工程，这是因为其使用年限远不能达到其结构设计标准，发生这种现象的原因有许多，但其在设计时很大程度上与没有注重使用材料的可靠、耐用性能有关。

3 浅析钢筋混凝土结构设计

3.1 强化抗震设计

城市化进程，促使高层建筑发展，以此满足人们日益增长的工作生活需求；然而，较之传统低矮建筑，高层建筑其抗震功能要求更为严格，对于高楼大厦有着至关重要作用，特别是就地震等恶劣环境所具有的抵抗能力。钢筋混凝土作为高楼主要抗震结构，经过多年研究实践证明具有极高安全性及抗震性。因此，在进行高层建筑设计时必须重点关注钢筋混凝土结构设计中抗震功能。对于高楼大厦建设当中，它的楼层数量与结构刚度突变系数比较大时，要选取它的振型数值。对于高楼当中多塔结构设计、顶部塔楼和转换层等振型数应当大于12，同时它的大小原则上不允许大于楼层总数3倍；特别是在进行弹性楼板建设刚性要求分析时，振型数应该取更大值。因此，为保障高层建筑结构安全，必须做好其钢筋混凝土抗震结构设计。

3.2 加强耐久性

人们生活水平日益提高，对于楼房建设要求越来越高，加强钢筋混凝土耐久性设计，关乎人们使用体验。通常在进行高楼建筑设计时，钢筋混凝土结构耐久性设计往往忽略一些来至于项目周边地质等环境因素，极有可能给项目大楼结构功能带来危害，因此，在钢筋混凝土结构设计时，其建设标准的保障必须是强化建材性能管控，结合有效控制成本造价的前提下，最大化选取具有更好性能的建材，以保障建筑大楼本身耐久性要求。高楼大厦的耐久性直接关系着用户使用体验，保障着人们生命财产安全，因此必须加强钢筋混凝土耐久性设计。

3.3 融入创新设计理念

创新是社会进步永恒动力，对于高楼大厦钢筋混凝土结构设计也必须融入创新设计思维，为我国建筑事业发展增添动力。在进行高层建筑设计时融入一些创新理念，设计出一个新颖楼层方案，同时能保证钢筋混凝土结构具有较高抗震、抗风及抗弯等属性，此类创新设计不仅能很好满足市场需求提高竞争力，还能就高楼大厦钢筋混凝土弹性功能达标的前提下，尽可能设计出它的延展性，融入创新设计将是我国高层建筑钢筋混凝土结构设计发展方向。

3.4 注重剪力墙设计

剪力墙作为高层建筑钢筋混凝土结构中的关键，是保障高楼大厦本身可靠性重要手段，因此必须注重其设计。在进行剪力墙设计时应当注意在其端部配以边缘构件，好比端柱，它具有约束柱功能，在高楼其楼层间及顶点位移足够大，此时把柱体加大即截面积加大，此状态才能最好发挥约束柱性能；反之，在楼房高度不大时，且剪力墙截面积与楼层面积比值大时，其约束柱性能几乎为零。除了做好剪力墙约束柱等设计，还要注重剪力墙抗变能力设计。在进行剪力墙抗变设计时，可采取剪力墙截面部分加设连梁，对于多肢墙变单肢墙，应当把连梁设计降弱一点，如果连梁设置过强会在发生地震时造成墙肢拉伸变形，给高楼带来安全隐患；反之当连梁设计不够强时，就会造成墙肢变为单肢强，把它的岩性及抗震性能等降低。由此当我们进行钢筋混凝土抗变形结构设计时，必须科学合理获取剪力墙截面最大允许值，将连梁刚度作必要降低，符合最大值范围内。

3.5 注重基础设计

正所谓“地下基础决定上层建筑”，要想建筑经久不衰，持久耐用，就必须要有良好的地下基础。然而，地下基础结构也和上层建筑一样，同是采用钢筋混凝土结构合成材料制成的；所以，在进行结构设计时一定要注重地下基础设计。这就要求设计人员在进行地下基础设计时一定要亲临施工现场进行实地查看和监督，并与施工人员达成良好的沟通协作关系，共同结合当地抗震要求和稳定性要求有关数据进行探讨，最终确定设计方案，施工人员必须严格按照方案进行施工，确保地下基础的稳固。