建筑设计论文发表钢筋混凝土高层结构浅析

来源：职称论文发表咨询网作者：qifan时间：2013-07-17 10:14

　　摘要：随着改革开放以来我国国民经济整体的发展与繁荣，国内建筑行业水平也迅猛提升，钢筋混凝土高层建筑随处可见。建筑类型与功能的愈来愈复杂，结构体系多样化，就给高层建筑结构设计提出了更高的要求。本文就高层建筑中普遍涉及的地下室结构设计问题、平面不规则问题、带转换层高层建筑结构设计问题等进行了详细的分析。

　　关键词：高层,结构设计,问题,分析

　　1地下室结构设计

　　1.1地下室嵌固端问题

　　高层建筑是一个完整承载力体系，主要由上部结构和地下室两部分组成，两者在同一个位移场之间互相协调变形。结构一定程度受到地下室外的回填土的约束作用，仅受到水平位移约束，并没有对竖向位移和竖向转动限制。在高层建筑结构设计时，地下室的顶板是否做为上部结构的嵌固成为一个重要问题。有些高层建筑存在不满足条件的情况下就将地下室作为嵌固端进行设计的问题。事实上满足下列条件才适宜将地下室作为嵌固端：

　　1.1.1地下室顶板避免开设大洞口，地下室在地上结构相关范围的顶板应采用现浇梁板结构，确保嵌固层的整体性;其楼板厚度不宜小于180mm，混凝土不宜低于C30,双层双向配筋，每个方向每层配筋率不小于0.25%，目的采取结构措施，加强楼层的平面内和平面外刚度并确保楼层整体性的实现。

　　1.1.2地下室的楼层侧向刚度不宜小于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍。楼层侧向刚度比的计算中不考虑土对地下室外墙的约束作用;实际上，回填土对地下室结构的约束作用很大。按照地下室结构自身与回填土约束的地下室总侧向刚度考虑，不会小于上部结构的3倍，因此设计中应考虑地下室顶板实际存在的嵌固作用，采取相应的加强措施。

　　1.1.3地下室结构布置应该保证地下室顶板及地下室各层楼板有足够的平面内整体刚度与承载力，能够将上部结构的地震作用传递到全部地下室抗侧力构件。

　　1.1.4各类框架柱在地下室顶板部位的嵌固弯距有地下室顶板与基础之间构成的力偶及柱端两侧的框架梁所承担，其中前者占主要部分。为了避免柱塑性铰下移，地下室顶板柱两端框架梁的约束弯距设计值之和，不宜小于该部位的上柱下端实际嵌固弯距设计值。

　　1.1.5地下室内结构的底部剪力易按各抗侧力构件的剪切刚度进行分配，求的各抗侧力构件的底部剪力。地下室内的墙、柱截面，强度等级及配筋面积不宜小于上部构件相应要求。地下室各层柱端面每侧实配筋不宜小于对应上部柱每侧实配纵向钢筋面积的1.1倍。

　　1.2地下室结构超长问题

　　现代高层建筑由于层数高、要求地基深，因此一般都设有大底盘地下室，通常为1～2层，地下室面积约占整个建筑面积的10%左右。高层建筑地下室设计中往往存在结构超长的问题。

　　由于建筑布局的要求，地下室结构多数情况下都超过了40～60m。地下结构虽然受温度变化的影响较地上结构小，但周边约束作用较强，结构超长问题的重要性仍然不容忽视。目前比较成熟的做法有以下几种：

　　1.2.1设置伸缩后浇带。地下结构一般在结构长度大于40～60m时宜设置一道伸缩后浇带，普通的伸缩后浇带宽度约为800～1000mm，钢筋贯通不切断。对于平面尺寸特别长的地下结构，应设置钢筋断开的伸缩后浇带，后浇带的宽度按钢筋搭接所需最小尺寸和必要的操作空间确定。

　　1.2.2不设置伸缩后浇带，采取其它相应措施。主要有：采用低强度等级混凝土;混凝土中添加微膨胀剂;采用粉煤灰混凝土技术;适当加大分布钢筋配筋量;施工缝处设置膨胀止水条;设置膨胀加强带。

　　2 结构平面不规则

　　当代的建筑设计为了追求各种新异造型，往往忽视了结构设计的平面规则性。建筑设计和建筑结构的平面不规则性是建筑抗震设计的一个重要控制指标，对建筑抗震性能具有重要影响。结构平面不对称、不规则、不连续容易诱发造成结构扭转脆性破坏，严重者导致整体结构破坏倒塌。平面不规则类型包括：扭转不规则、凹凸不规则、楼板局部不连续。

　　在结构设计过程中尽量做到三心合一,即建筑结构的几何形心、刚度中心、结构重心，避免在水平荷载作用下结构发生扭转振动效应。在水平荷载作用下,高层建筑扭转作用的大小取决于质量分布。为使楼层水平力作用沿平面分布均匀,减轻结构的扭转振动,应使建筑平面尽可能采用方形、矩形、圆形、正多边形等简单平面形式。在某些情况下,由于城市规划对街道景观的要求以及建筑场地的限制,高层建筑不可能全部采用简单平面形式,当需要采用不规则l形、t 形、十字形等比较复杂的平面形式时,应将凸出部分厚度与宽度的比值控制在规范允许的范围之内,同时,在结构平面布置时,应尽可能使结构处于对称状态。

　　为了尽量满足扭转规则的要求，在调整结构布置时主要方法有：(1)可能情况下，将较长的建筑物(主体结构长度大于60米)通过伸缩缝兼抗震缝将其切割成若干个规则子结构，既有利于减少水平温差收缩影响，又可又有利于避免结构整体扭转，减少结构扭转变形;

　　(2)可能情况想，尽量加强周边主体结构，或可充分利用消防要求均匀布置楼电梯间筒体，同时适当弱化内部主体结构，提高结构抗扭刚度，有利于缩短扭转周期，减少扭转变形。

　　3 带转换层高层建筑结构设计

　　高层建筑采用带转换的结构形式，可形成内部底下大空间，同时能进行灵活的建筑平面布置，优势明显、突出，因此该体系在结构设计中应用甚广。

　　在带转换层结构设计中，抗震设计的概念尤其重要。

　　(1)带转换层高层建筑结构由于上、下层竖向构件不连续，结构竖向刚度发生变化，转换层上下楼层构件内力、位移容易发生突变，对抗震不利。对于转换层位置较低的结构，控制侧向刚度比可以控制转换层附近的层间位移角及内力突变;对转换层位置较高的结构，还应该控制转换层上下部结构的等效刚度比。

　　(2)转换构件除要满足刚度、强度、延性的要求外，还要注意保证转换层楼盖的刚度。

　　(3)落地剪力墙与框支柱的布置宜均匀、对称，结构刚度偏心不宜过大，以免地震中由于扭转效应使框支柱严重破坏。

　　(4)抗震设计中需要加强部分应包括底部及转换层以上1~2层的楼板、剪力墙和柱。结构的延性耗能机制宜呈现在加强部位以上的结构中。

　　同时，在实际工程中，对于带转换层高层建筑结构构件设计需要注意一些细节问题。带转换层的高层结构的下部转换结构为结构的薄弱部位，为确保安全，规范规定对转换结构的设计内力进行诸多调整。计算过程中，一般情况下转换构件的内力调整能够利用SATWE自动调整，但对于框支柱的剪力调整则需要人工干预： SATWE是根据高规8.1.4(框剪结构0.2Q0调整)进行，即框架总剪力不小于min(0.2Q及1.5Vfmax),而高规10.2.7则规定对于一层框支柱布多于10根的场合，当框支层为1～2层时，每根柱所受的剪力应至少取基底剪力的2%;当框支层为3层及3层以上时，每根柱所受的剪力应至少取基底剪力的3%;对于每层框支柱的数目多于10根的场合，当框支层为1～2层时，每层框支柱承受剪力之和应取基底剪力的20%;当框支层为3层及3层以上时，则每层框支柱的剪力应至少取基底剪力的30%。这样，当0.2Q>1.5Vfmax时，就会出现调整的系数偏小。此时可以通过SATWE提供的接口进行人为修改调整系数。框支柱剪力调整后，应相应调整框支柱的弯矩及柱端梁(不包括转换梁)的剪力、弯矩，框支柱轴力可不调整。规范特别注明，转换梁的剪力和弯矩不做调整，是因为高规10.2.6规定带转换层的高层建筑结构，其薄弱层的地震剪力应按本规程第5.1.14条的规定乘以1.15的增大系数。特一、一、二级转换构件水平地震作用计算内力应分别乘以增大系数1.8、1.5、1.25;8度抗震设计时转换构件尚应考虑竖向地震的影响，而且转换梁截面都很大，足以保证高规10.2.7.的意图实现，即保证框架有足够的抗侧能力作为第二道防线，因此转换梁的内力无需再次放大。但在SATWE中，在调整过框支柱剪力、弯矩后，同时也调整了转换梁的内力，造成转换梁的内力偏大，造成浪费，在实际工程中，为了实现此过程，我们需要计算两遍，第一次，不考虑框支柱的内力调整，从而来设计转换梁;第二次考虑框支柱内力调整，从而来设计一般框架梁。

　　结束语

　　钢筋混凝土高层结构设计是一个长期、复杂甚至循环往复的过程，任何在这过程中的遗漏或错误都有可能使整个设计过程变得更加复杂或使设计结果存在不安全因素。在高层建筑的结构设计与施工过程中，设计、技术人员只有概念清晰，措施得当，才能不断地完善和发展高层建筑。

　　参考文献：

　　[1]崔立成.钢筋混凝土高层结构设计中的几个问题[J].中国新技术新产品. 2010(01).

　　[2]厉宽松,徐勤,刘运林.钢筋混凝土高层结构设计中常见问题探讨[J].工程与建设. 2007(05).

　　[3]于险峰.高层建筑结构设计特点及其体系[J].建筑技术，2009(24).

　　[4]肖峻.高层建筑结构分析与设计[J].中化建设，2008，(12).

　　[5]范小平.高层建筑结构概念设计中相关的几个问题应用分析[J].福建建材，2008(12).

　　[6]韩绍娟.建筑结构设计中的几个问的观点[J].辽宁建材,2008(03).

　　[7]傅学怡著.实用高层建筑结构设计(第二版)2012(16).

　　[8]李宝来,王爱利著.建筑结构设计的常见问题浅析[J].今日科苑,2009(14).

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