高层（或超高层）的民用建筑结构设计中概念设计与结构措施的应用

2019-07-10王小军深圳市华阳国际工程设计股份有限公司长沙分公司湖南长沙410000

中国房地产业 2019年13期

文/王小军深圳市华阳国际工程设计股份有限公司长沙分公司湖南长沙 410000

如今，民用建筑正向高层和超高层方向发展，在这种局势下，对结构设计提出了更高要求，为保证结构设计的合理性，需要在实际的设计工作中采用概念设计及结构措施，这是满足实际要求的重要手段，也是适应建筑发展基本要求。

1、高层（或超高层）的民用建筑结构设计中概念设计的应用

1.1 平面与立体

平面形状应尽可能简单和规则，不可采用太多外凸与内凹，避免地震发生时造成太大灾害。结构应做到对称，如果平面刚度没有做到对称，将在地震发生后造成扭转破坏。竖向布置应达到均匀，在立面设计过程中需要充分考虑对称性。无论建筑采用何种平面形式，其抗力结构都是按照使平面中心处在结构刚度中心基本原则进行布置的。刚度与承载力均在平面当中均匀布置，防止突变与应力集中，以此避免子结构产生倒塌与破坏，促使地震作用可以在不同的子结构之间进行重分布，发挥应有作用。但在实际情况中，质量的分布无法做到绝对意义上的均匀，所以难免产生扭转，对此，不仅要保证平面对称性，而且还要采用抗力构件增强结构整体抗扭水平。通过研究发现，将立柱布置在平面周围，相较于对立柱进行均匀分布，可以提高结构整体抗扭水平。基于此，对抗力构件进行布置时，应按照以上基本原则。对结构破坏过程与机制进行深入分析，据此加强容易产生破坏的薄弱部位[1]。

1.2 电梯间布置

建筑中，电梯间对楼板有一定削弱作用，此时在设计过程中需要防止在开洞以后把建筑分成两个区段，当建筑采用纯框架结构时，电梯井应避免使用钢混井筒，而对于框架与框剪结构，需要注意框架不可设计剪力墙，而抗剪中剪力墙数量应切实满足相关要求。另外，在高层结构中，应减少错层，针对由于局部不采用梁板产生的联层柱，需要对其高度进行严格控制。防震缝和建筑之间也有十分紧密的关系，表现在对建筑整体立面效果有直接影响方面，对此不可采用分、连比较模糊的方案。

1.3 抗震与抗风设计

对于高层建筑，尤其是超高层建筑，不仅要承受垂直方向的荷载，还要承受一定地震与风荷载持续作用。抗侧力刚度沿建筑高度方向不断变化，在这种情况下，多层间将产生薄弱层，这是在设计过程中应引起高度重视的。实际工作中，建筑设计需要和结构设计紧密配合，以此减小或避免刚度偏心距发生的变化[2]。

1.4 延性设计

受中等地震作用后，部分构件将进入到弹塑性状态，而受到大震作用后，结构应能不倒塌。基于此，概念设计过程中，应高度重视并做好延性设计，对于延性和整体性，都需要采用构造措施来控制与保证。所谓延性，指的是构件与结构达到屈服状态后，使承载力保持不变，并且有一定塑性变形性能的能力，通常采用延性比来表示。通过塑性变形，能消耗一定地震能量，很多抗震结构都是利用这一特点来消除地震能量。延性设计过程中，需要严格遵循强柱弱梁与强剪弱弯等基本原则，此外也可通过对不同构件自身延性的增强来保证整体延性。针对框剪与纯剪结构，不同段中剪力墙的高度和宽度之比应达到2以上，以此确保在受到地震作用后发生弯剪破坏和塑性区服，从而充分发挥抗震性能。设计中也可采用图1、2的方式提高建筑延性。

图1 大底盘建筑

另外，可采取以下方法保证梁的延性：（1）在梁上配置一定数量的受压钢筋；（2）做好梁断面的合理选取；（3）优先考虑现浇结构，并采用强度等级较高的混凝土，以及中低强度等级的钢筋，最后对梁的箍筋进行加密。可采取以下方法保证柱的延性：（1）对柱轴压比进行严格控制；（2）优先考虑剪跨比相对较大的结构柱，并且在设计过程中应减少或不采用短柱；（3）对柱的箍筋进行加密，可使用复合式的箍筋；（4）采用强度等级更高的混凝土，并在双向进行纵向配筋。

图2 框托墙结构体系

1.5 三缝设计

三缝即防震缝、伸缩缝与沉降缝，对于高层或超高层的建筑，为了避免结构由于温度或混凝土发生干缩产生开裂，需要按照一定间隔距离布置伸缩缝；如果结构在平面比较狭长，且立面上有明显变化，则需要采用沉降缝；当建筑对抗震设防有很高要求时，需要采用防震缝。采用以上三缝，能使结构保持规则，减小沉降和温度带来的不利影响[3]。