高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)分析

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摘要：基于目前高層建筑進(jìn)行鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中存在的問題影響，本文分析了研究其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化策略的重要性與設(shè)計(jì)運(yùn)用現(xiàn)狀，并提出了優(yōu)化設(shè)計(jì)的方式方法，其目的是為相關(guān)建設(shè)者提供一些理論依據(jù)。結(jié)果表明，要想提高高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的作用穩(wěn)定性，需通過優(yōu)化抗震結(jié)構(gòu)功能設(shè)計(jì)、高強(qiáng)夯與高強(qiáng)鋼筋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及構(gòu)造周期性折減系數(shù)設(shè)計(jì)，來滿足工程建設(shè)的耐久性目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：高層建筑；鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)抗震功能設(shè)計(jì)；構(gòu)造周期性折減系數(shù)設(shè)計(jì)

引言

高層建筑建設(shè)使用的安全穩(wěn)定性已經(jīng)成為地區(qū)進(jìn)行現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)建設(shè)水平的重要體現(xiàn)。然而，受高層建筑建設(shè)環(huán)境復(fù)雜、工程量大且技術(shù)局限問題的影響，使得鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效果未達(dá)到規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求。為此，研究人員應(yīng)從鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)現(xiàn)有問題出發(fā)，通過掌握問題控制的節(jié)點(diǎn)，從而提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效性。這是實(shí)現(xiàn)地區(qū)進(jìn)行現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)建設(shè)可持續(xù)目標(biāo)的關(guān)鍵，研究人員應(yīng)將其重視起來，從而作用于實(shí)際高層建筑的建設(shè)使用。

1高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的重要性

目前，隨著我國市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)建設(shè)水平的不斷加快，高層建筑已經(jīng)建筑行業(yè)高水平發(fā)展的重要體現(xiàn)。然而，建筑類型與作用功能的復(fù)雜性，據(jù)統(tǒng)計(jì)，高層建筑應(yīng)用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)成為提高建設(shè)使用安全穩(wěn)定性的重要形式。然而，在進(jìn)行實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，存在一系列的問題影響，這就降低了其作用于高層建筑的結(jié)構(gòu)效果。針對(duì)這一問題，研究人員應(yīng)在明確其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀的情況下，找出具有針對(duì)性的設(shè)計(jì)優(yōu)化策略。

2高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)問題主要體現(xiàn)在短肢剪力墻、結(jié)構(gòu)體系建設(shè)以及結(jié)構(gòu)超高，三個(gè)方面。在設(shè)置短肢剪力墻結(jié)構(gòu)過程中，設(shè)計(jì)人員未按照規(guī)范要求進(jìn)行數(shù)量控制。這種情況下，就會(huì)在一定程度上增加后期處理的難度。結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)選擇，是保證高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)作用穩(wěn)定性的重要組成部分。然而，對(duì)于地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)環(huán)境較為穩(wěn)定的情況，當(dāng)建筑上部結(jié)構(gòu)能夠保證變形限制后，設(shè)計(jì)人員應(yīng)通過減小剛度的設(shè)置，來提高建筑物的外觀設(shè)計(jì)效果。而規(guī)范要求中，對(duì)層間位移與頂點(diǎn)位移的限值設(shè)置存在一定局限，這就要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員須充分結(jié)合高層建筑工程的實(shí)際情況，來提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)合理性。例如，在增加結(jié)構(gòu)水平加強(qiáng)層的側(cè)向剛度時(shí)，外柱剪力會(huì)有所增加，而規(guī)范設(shè)計(jì)中并未涉及到這一問題影響。對(duì)于結(jié)構(gòu)超高問題，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行抗震規(guī)范設(shè)計(jì)應(yīng)用過程中，存在不同等級(jí)的高度要求。而實(shí)際設(shè)計(jì)過程，部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員并未將其重視起來，這就導(dǎo)致超高問題難以通過竣工審查。工程項(xiàng)目建設(shè)只能通過二次施工設(shè)計(jì)，才能保證結(jié)構(gòu)作用的問題性。為此，控制上述幾方面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用問題，研究人員應(yīng)從規(guī)范控制節(jié)點(diǎn)出發(fā)，從而提高高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)有效性[1]。

3優(yōu)化高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略

3.1抗震結(jié)構(gòu)功能設(shè)計(jì)

在進(jìn)行工程圖紙?jiān)O(shè)計(jì)過程中，抗震結(jié)構(gòu)的功能性目標(biāo)，應(yīng)按照規(guī)范要求進(jìn)行區(qū)別設(shè)計(jì)。即根據(jù)建筑物結(jié)構(gòu)類型、高度以及烈度要求，來確定高層建筑的抗震等級(jí)。例如，當(dāng)高層建筑結(jié)構(gòu)處在層數(shù)較多或是結(jié)構(gòu)剛度突變系數(shù)較大的情況，設(shè)計(jì)人員應(yīng)多取振型數(shù)，否則就會(huì)影響高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震效果[2]。

3.2強(qiáng)化高強(qiáng)夯與高強(qiáng)鋼筋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為達(dá)到控制基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)難度與造價(jià)成本目標(biāo)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)強(qiáng)化高強(qiáng)度混凝土以及高強(qiáng)度鋼筋的作用效果。具體來說，高層建筑造價(jià)控制的主要對(duì)象包括：框架結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)物料、施工以及材料費(fèi)用等，其中左右造價(jià)成本的構(gòu)筑件為：用鋼量以及截面積大小。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員通過合理化高強(qiáng)度鋼筋與高強(qiáng)度混凝土使用。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)通過合理選擇高強(qiáng)度混凝土與高強(qiáng)度鋼筋，從而優(yōu)化構(gòu)件截面積，以減少地基所受的結(jié)構(gòu)荷載。這是降低工程建設(shè)難度，從而實(shí)現(xiàn)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)的關(guān)鍵，設(shè)計(jì)人員應(yīng)將其作用于實(shí)踐[3]。

3.3構(gòu)造周期性折減系數(shù)設(shè)計(jì)

在對(duì)其框架結(jié)構(gòu)加以設(shè)計(jì)的時(shí)候，可以選擇用砌體來填充墻體，那么周期性折減系數(shù)的計(jì)算應(yīng)取0.6~0.7；對(duì)于輕質(zhì)砌塊或是墻體較少結(jié)構(gòu)的高層建筑設(shè)計(jì)，應(yīng)將折減系數(shù)控制在0.7~0.8之間。在采用輕質(zhì)墻板后，計(jì)算周期折減系數(shù)的取值應(yīng)為0.9[4]。為不同構(gòu)造進(jìn)行周期性計(jì)算的折減系數(shù)取值。值得注意的是，對(duì)于沒有墻體的高層建筑框架結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)人員無需對(duì)其進(jìn)行折減系數(shù)控制。

4高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)踐

本次研究選擇某商場(chǎng)辦公區(qū)域，其地上結(jié)構(gòu)有三棟高層塔樓與一棟兩層商業(yè)裙樓組成。其中一塔樓與兩層裙樓以伸縮縫形式相連，而其他兩座塔樓的連接則以頂部三層樓板相連。該地區(qū)地震防裂度為Ⅵ度，剪力墻抗震等級(jí)為Ⅲ級(jí)、框支柱Ⅱ級(jí)、框架為Ⅲ級(jí)。為實(shí)現(xiàn)高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)功能，設(shè)計(jì)人員應(yīng)將現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)充分利用起來[5]。由此上述內(nèi)容可知，該工程項(xiàng)目具有復(fù)雜性結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，即轉(zhuǎn)化層為薄弱部位，相關(guān)建設(shè)人員采取的如下措施來提高轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的抗震效果。具體來說，將框支梁、框支柱以及剪力墻底部加強(qiáng)部位的抗震等級(jí)設(shè)置為一級(jí)，并把薄弱層的地震剪力乘以增大系數(shù)1.15，從而調(diào)整框支柱的剪切應(yīng)力作用。此外，由于框支梁所在樓層樓板的厚度屬于雙層雙向配筋構(gòu)造，因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)將樓板厚度增加至180。由于該高層建筑的兩座塔樓需在52m的高空進(jìn)行連接，為保證連接體結(jié)構(gòu)的安全性，在施工設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)在塔樓48m高處搭建一個(gè)鋼結(jié)構(gòu)的臨時(shí)施工平臺(tái)。這樣一來，如果連接體的梁板自重過大，施工建設(shè)也不會(huì)出現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)造價(jià)成本過高或是施工作業(yè)較復(fù)雜問題。此過程，施工設(shè)計(jì)要求混凝土應(yīng)采用分階段澆搗的施工方式，來保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的穩(wěn)定性。即通過先澆梁再澆板的方式，使鋼平臺(tái)僅承受梁體的自重，而不會(huì)受到其他作用力的影響。值得注意的是，為配合上述連接體結(jié)構(gòu)施工方案的要求，相關(guān)人員還要對(duì)連接體的設(shè)計(jì)進(jìn)行了調(diào)整。[6]。對(duì)于連接體結(jié)構(gòu)的抗震效果，因工程屬于Ⅰ類扭轉(zhuǎn)不規(guī)則狀態(tài)，這就意味著其受地震災(zāi)害的影響主要集中在連接體本身結(jié)構(gòu)的破壞，即踏落較多且使主體結(jié)構(gòu)與連接體連接部分受到破壞。針對(duì)這一問題，設(shè)計(jì)人員應(yīng)將連接體及連接體相鄰的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震等級(jí)提高一級(jí)，并通過加強(qiáng)連接部位周邊板材的配筋，從而實(shí)現(xiàn)水層雙向構(gòu)造的貫通布置目標(biāo)[7]。

5結(jié)束語

總體而言，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要結(jié)合工程建設(shè)使用的需求，來進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)。具體來說，就是在明確短肢剪力墻、結(jié)構(gòu)體系建設(shè)以及結(jié)構(gòu)超高問題影響的情況下，找出優(yōu)化控制的方式方法，從而提高高層建筑建設(shè)使用的安全穩(wěn)定性。事實(shí)證明，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)合理性會(huì)直接影響高層建筑結(jié)構(gòu)的作用穩(wěn)定性，因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)強(qiáng)化高強(qiáng)夯與高強(qiáng)鋼筋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、抗震結(jié)構(gòu)功能設(shè)計(jì)以及構(gòu)造周期性折減系數(shù)設(shè)計(jì)，滿足用戶對(duì)建筑工程的基本功能性需求。

參考文獻(xiàn)

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作者：雷小艷 單位：湖南成益建設(shè)集團(tuán)有限公司