钢筋混凝土高层建筑中的结构设计探析.pdf

钢筋混凝土高层建筑中的结构设计探析钢筋混凝土高层建筑中的结构设计探析导言导言随着我国经济的快速发展，一幢幢高层建筑如雨后春笋般拔地而起，人民生活水平的提高对建筑的需求也越来越高。建筑结构的设计由此也越来越复杂。钢筋混凝土建筑结构概述钢筋混凝土建筑结构概述钢筋混凝土建筑结构，就是用钢筋增强过的强度的混凝土制作出的一种建筑结构!此种建筑结构中使用钢筋混凝土充当房屋的承重部分，并且这种结构在建筑过程中需要大量使用模板，并且与其他结构，例如钢结构等相比有施工现场建设时间短成本需求量较小各项性能均较优秀等特点!此种结构利用了钢筋的韧性以及混凝土的强度，建筑结构设计是建立在精密的计算基础之上的，在设计过程中需要以钢筋水泥结构的受力性能为基准，设计出符合规范同时能满足使用者日常需求的建筑结构!在进行建筑结构设计的过程中想要对建筑结构的内力进行准确的计算，计算的方式目前通常会选用有限元分析法与计算机技术相结合!在进行建筑结构设计工作时，需要遵循三条原则，首先需要满足建筑的适用性!绝大部分建筑建成后其使用主体是人，所以在进行建筑结构设计时应当以人的具体需求为出发点，满足大多数人的要求，使建筑能在市场上有较好的竞争力!第二，需要保证建筑的安全性!建筑是人们的栖身之所，想要保障人民群众的生命财产安全就需要保证建筑结构的绝对安全!第三，建筑建设的经济性!也就是建筑建设的成本需要在一定范围内，目前市场经济条件下，建筑行业发展十分迅速，以较低的成本建设完成一个建筑工程，能让建筑企业获得较高的利润结构工程师首先应对高层建筑方案进行宏观地把握，明确其在结构的概念设计上存在哪些问题，应采取哪些措施这是至关重要的，其次应对结构模型进行准确的分析简化计算，最后进行基础设计。经过多年的设计实践，现将高层建筑结构设计过程中应注意的一些问题总结如下：结构概念设计结构概念设计根据建筑抗震设计规范（GB50011-2001）要求，结构的概念设计应注意以下几点：1.1.结构的体型结构的体型今天建筑业的发展，大量新颖的建筑方案摆在结构工程师面前，如何实现建筑师的方案，如何使结构体系合理，这是结构工程师的责任。结构工程师的设计思想尤为重要，结构总体方案的概念设计是根本无法用计算机程序来替代的，规范在这方面有相当多的限制条件。因此结构工程师要重视概念设计，不要盲目的只注意计算机的计算结果，应在建筑方案阶段积极参与使其满足结构概念设计要求。还要针对建筑方案进行结构方案的经济分析使建筑功能的需求，外型的美观与工程造价有机地结合起来，避免造成巨大的经济浪费，严格遵循规范的限制要求与建筑师密切配合，避免给施工图设计留下障碍与矛盾。2.2.地下结构设计地下结构设计高层建筑由于基础埋深的要求一般都设有一层或二层及二层以上的地下室和人防。有的结构工程师认为地下结构由于地面以下地震作用较小，把地下结构均按不考虑抗震设计这是不对的。结构工程师注意地下结构应根据不同的情况进行抗震设计。并应明确由于嵌固端设置位置的不同对计算结果会有很大影响。因此，结构工程师应注意由嵌固端的位置不同在结构设计中需注意的问题，高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2002、J186-2002）有详细的规定。3.3.短肢剪力墙结构短肢剪力墙结构首先应明确短肢剪力墙与短肢剪力墙结构是两个不同的概念。高规7.1.2条注：短肢剪力墙是指墙肢截面高度（即水平截面的长度）与厚度（即水平截面的宽度）之比为 58 的剪力墙。而短肢剪力墙结构是指剪力墙结构中存在一定数量的短肢剪力墙（规范组给出的是短肢剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩40%的底部总地震倾覆力矩）才称为短肢剪力墙结构。这里应明确高规7.1.2 条规定是针对“短肢剪力墙结构”如果结构不被界定为短肢剪力墙结构，就不用执行该条例，不管结构有没有短肢剪力墙，结构工程师应明确这个概念后确定结构形式。4.4.剪力墙结构剪力墙结构（1）许多建筑由于在外纵墙上开窗，内纵墙由于使用的要求也布置得较少。横向剪力墙却布置的较多，造成结构两主轴方向刚度相差较大，抗震严重不合理。这种情况结构工程师应在纵向设计强连梁。横向尽可能开结构洞，使两主轴方向侧向刚度接近。（2）结构工程师应注意在设计当中与设备专业的配合。有的工程中出现剪力墙上设置较大的表箱，导致出现小墙肢，有的甚至墙肢的高厚比小于3，而设计人员并未对此情况采取必要的措施，这对工程的安全造成了隐患。因此结构工程师必须与设备工程师密切配合，避免出现上述问题。结构分析计算结构分析计算在结构计算之前最重要的是对结构体系进行准确的内力分析，才能确保计算结果的可靠性。1.1.结构工程师应根据实际建筑隔墙的多少确定结构自振结构工程师应根据实际建筑隔墙的多少确定结构自振周期的折减系数。隔墙多少影响整体结构的刚度，因此隔墙多折减系数取小值，隔墙少拆减系数取大值。高层结构的填充墙结构，工程师应建议建筑师首选轻质材料，因为水平地震力与建筑自重成正比，采用轻质隔墙会减小地震作用，对抗震设计是有利的。2.2.是否满足在该条款的设计与分析是否满足在该条款的设计与分析设计者往往忽视该条款的前提为“框架柱数量从上至下基本不变的规则建筑”，从而对所有框架-剪力墙结构都进行判断。另外，在规范中，又对该条款进行了修改和补充，增加了结构竖向的分段处理，尤其是在现在较多的高层建筑都存在裙房的情况下，更需注意该条款的应用范围和条件。3.3.剪重比是否满足剪重比是否满足在地震力计算中，规范有一个楼层最小地震剪力系数限值，即剪重比限值。该最小地震剪力系数对结构各楼层均有要求，因此必须加以注意。基础设计基础设计基础设计是整个高层设计中的重中之重，也直接影响到后期主体结构的设计。1.1.筏板基础按倒楼盖计算的适用性问题筏板基础按倒楼盖计算的适用性问题在钢筋混凝土高层建筑的基础类型中，筏板基础是比较常用的一种，而当进行筏板基础的设计计算时，相当多的结构工程师都是无条件地选择倒楼盖方法，可是在规范中已经明确而严格地规定了基础按倒楼盖法计算的适用条件，这一点要尤为注意。2.2.采用后浇带时，先、后期沉降的比例问题采用后浇带时，先、后期沉降的比例问题为了解决大体量、体型复杂性的高层建筑各部分之间的沉降差异，相当多的工程采用了设置沉降后浇带的措施。而在确定后浇带混凝土的浇注时间时，必须在计算高层建筑高、低层之间的沉降差后，再了解的浇带对沉降差的释放情况。因此，为了能比较准确地提供后浇带混凝土浇注时间并进行合理的结构设计，必须通过对工程地质条件和当地的地方性规范进行相当的了解以确定采用后浇带时先、后期的沉降差异。混凝土结构计算与分析混凝土结构计算与分析准确高效在结构计算与分析阶段进行内力分析并依据规范设计和处理，对于工程设计质量具有决定性作用。因新规范对结构整体计算和分析进行了一定调整和改进!结构设计工程师要认真学习领会。1.1.结构整体计算软件结构整体计算软件目前常用 SATWE、ETABS、SAP 等软件用于结构整体计算，但因各软件采用的计算模型具有较大差异!就造成了各软件的计算结果差异也较大。因此，在工程整体结构计算和分析时就要结合实际情况和计算软件模型特点选择适合的计算软件，这是结构设计工程师在设计工作中的首要任务若选择的计算软件不合适!就会浪费时间和精力!甚至给结构设计造成安全隐患。2.2.地震力放大地震力放大地震力放大是否需要考虑在于建筑隔墙等对自振周期的影响。新规范中增加了振型参与系数，并明确提出了限值。所以，在计算分析阶段就要结合计算结果中该参数数值确定是否需要对振型数目进行调整，以及是否需要分开计算多塔之间各地震周期的互相干扰。结束语结束语总之，钢筋混凝土高层建筑的结构设计是一个复杂的过程。结构工程师应不断加强对结构概念，规范细节的学习，使结构设计这门技术成为一门艺术。