关于在建筑结构设计中如何提高建筑的安全性

2018-03-31闫军

四川水泥 2018年10期

闫军

(临汾市建筑规划设计院，山西临汾 041000)

建筑项目安全性主要体现在其结构设计层面，所以在设计过程中要严格遵照建筑学科学原则、建筑结构安全设计要求、做到围绕技术中心展开结构设计，提高设计合理有效性，优化建筑项目设计规划安全系数。

1 某高层住宅建筑项目基本概况

某高层住宅建筑项目位于城市繁华区，与其它商业建筑相连，且拥有独立景观道，整个项目包含三幢主体建筑，其中的1号楼高层住宅最高，达到地上20层，高度达到60m，且每幢楼地下都拥有地下室，地下室与商业建筑相连。综上所述，该高层住宅建筑周围环境因素复杂，所以针对它的安全性结构设计格外关键。

1 号高层住宅建筑项目的结构总体设计布置

该高层建筑项目中的 1号楼，它所采用的是现浇混凝土剪力墙结构，因为整个建筑地上20层，所以该项目采用剪力墙结构更加安全稳妥。主要原因在于剪力墙和框架梁部分均与建筑分隔墙互为一体，所以对建筑本身的使用功能不会发生任何冲突矛盾。再一方面就是结构整体性相对较好，特别是建立起将所承受的竖向荷载与水平荷载能力较强，在结构整体的侧向刚度方面表现出色，而水平荷载的作用结构侧移相对偏小，所以说它可以基本解决高层住宅抗震问题，保证结构计算分析更加精确，参数调整也会变得更加简洁人性化。

在单体结构体系设计完成后，就要结合整个建筑结构设计进行总体布置，主要提出对建筑结构的高度、平面、立面和体型有效选择。在整个设计过程中应该考虑到建筑本身的使用功能与建筑景观相关技术要求，保证建筑结构满足刚度、强度和稳定性相关安全指标，从整体上完善建筑结构设计安全性概念，形成基本的设计原则与设计思想。同时也要结合建筑结构总体布置确定其细部构造相应技术要点，体现建筑结构布置、结构体系、结构延性等诸多方面的整体把控。在总体设计该建筑项目还合理把握了建筑中的抗震薄弱环节，希望提高结构整体抗震能力，配合剪力墙结构从总体上合理布置剪力墙所处位置。在设计过程中还要确定剪力墙的基本数量、长度与厚度，确保剪力墙结构刚度均匀适宜。

2 号高层住宅建筑项目的结构设计技术要点

（一）地基加固处理设计

高层住宅建筑项目在结构方面必须按照规范要求进行相应的抗震性能设计，并根据建筑高度及基底荷载进行合理地基处理，准确测量地形与地貌情况，做好施工标记与施工记录，严格遵照项目所在地的地形地貌展开设计。

另外，1号楼单体在基础结构设计方面还采用到了水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩），CFG单体桩径为400mm，有效桩长18米，复合地基承载力特征值要求达到420kpa以上，确保建筑单体最大沉降量被控制在20mm以内，以满足建筑设计结构安全性。

（二）剪力墙总体设计

根据建筑方案，1号高层住宅建筑楼体的单体建平面从东西向轴线长度为41.5m，南北向轴线宽度为17.5m，每层层高为3.0m，其标准层的建筑平面则采取了规则布局，如此可保证单体结构小开间剪力墙布局合理，完全遵循均匀、对称和连续性布局原则，整体美观大方。在 1号楼的两个正交轴线双向位置则布置了两个方向的接近抗侧刚度轴线，保证剪力墙布置的绝对对称优化。另外在结构设计中也十分注重了对剪力墙刚度中心与质量的有效重合控制，目的是为了减少传统高层建筑中容易出现的结构扭转现象，同时发挥剪力墙的抗扭作用。在单体剪力墙的布置方面则基于“弱中央、强周边”的基本思路展开设计，保证所布置的剪力墙做到刚度有效传递，整体性能良好。而在 1号楼的单体中间位置不但设计了楼梯、电梯间，还运用到了大量的竖向荷载设计，保证建筑竖向平面转角位置剪力墙的较少分布，同时提高建筑单体周边的围护墙合理布局，保证围护墙能够沿着墙体轴线方向垂直设计墙肢，从整体上提高建筑结构的抗扭刚度，最终确保建筑剪力墙结构控制周期比与位移合理。在具体的 1号楼结构设计过程中，还融入了结构计算位移限值布局理念，1号楼在设计中相应减少了暗柱数量，大幅度节约了建筑工程施工中的钢筋用量，为项目节约成本]。

（三）剪力墙墙肢设计

1号楼的单体剪力墙墙肢设计以均匀且相对较长的墙肢为主，其长度大约在2.5～5m不等，考虑到该类小于8m的墙肢在建筑受外界压力过程中容易出现较小裂缝，所以要保证墙肢配筋发挥作用。1号楼设计了带有翼缘的L型和T型墙肢，这些墙肢的主要优势就在于它们的延性较高，且能够保证墙肢的整体稳定性，对剪力墙的截面抗剪性能改善也非常利好。在构件刚度方面 1号楼则设计其与墙肢长度呈现3次方正比，与厚度呈现1次方正比。举个例子，在施工中如果有意削减薄剪力墙墙肢截面厚度，则必须在减轻建筑总重量时保证建筑结构整体刚度到位。因此在设计过程中需要明确剪力墙厚度，在满足墙肢厚度稳定性要求的同时考虑设计厚度相对薄一些的剪力墙。1号楼的单体剪力墙从10层以下为240厚度，10层以上则在墙肢内部增加200厚度，但在墙肢变化方面要错开楼层设计，这是为了有效规避刚度冲突问题。再者，该建筑剪力墙墙肢的设计还遵循从上到顶、从下到底的基本原则，保证竖向刚度设计呈现连续渐变变化。

以 1号楼的建筑的单体联肢墙设计为例展开分析，它的竖向高度设计与水平长度设计比例在 3以上，整体来看其剪力墙形态细高，所以可以将其设计为具有一定弯曲度的延性墙，进而避免脆性墙肢被剪切破坏。另外在墙肢连梁的设计与布置方面则充分考虑到 1号楼相连墙肢的刚度强弱因素，可以将剪力墙结构的连梁刚度设计的相对较弱，目的是为了减小连梁的整体弯矩及剪力，以便于后期施工配筋要求，同时增加连梁的整体延性。总的来说，1号楼的剪力墙墙肢及连梁设计就严格遵循“强剪弱弯”基本设计原则，在满足强墙肢、弱连梁的安全设计要求后也使得剪力墙墙肢的屈服度达标[2]。

（四）建筑单体连梁设计

在建筑单体连梁设计方面，1号楼取连梁为500高，梁顶直接与楼板面相连，且连梁的跨高比基本控制在2.5～5.5之间，跨高比基本大于2.5连梁，保证连梁本身具有较强的变形能力。在延性构件设计方面，则设计了跨度高接近 5的剪切变形连梁，保证连梁位移较小，同时连梁位移主要以弯曲变形为基本设计理念，目的是减小建筑内力，提高建筑的抗弯承载力，最后通过连梁令墙肢退到第二道抗震防线位置。

（五）建筑抗震设计

最后看 1号楼的抗震设计，抗震结构设计本身要结合建筑整体的受力特征展开深入计算分析，然后才提出必要的抗震措施。1号楼依然结合剪力墙结构分析建筑整体抗震性能，保证使用荷载设计正常，整体建筑结构处于弹性工作状态等等。该建筑在抗震计算方面采用了弹性计算配合内力位移计算这样的定量评价预估方法预测地震反应，希望确保建筑结构具有足够的刚度与承载能力。在计算过程中还运用到了设计软件对建筑整体性能进行有效控制，避免建筑竖向楼层受剪承载力突变，即要从整体上控制建筑结构稳定性[3]。