钢筋混凝土高层结构设计难点研究

ＬｏＷ　ＣＡＲＢ０Ｎ　ＷｏＲＬＤ　２ｏｌ４，３　建筑・节能　钢筋混凝土高层结构设计难点研究　罗庆刚（广东省华城建筑设计有限公司佛山分公司，广东省佛山市５２８０００）　【摘　要】近年来，随着我国社会经济的快速发展和建筑行业的进步，钢筋混凝土高层结构设计成为该领域的关注焦点问题。钢筋混凝土高层　结构设计水平，在很大程度上关系着整个建筑结构的承载强度和安全可靠性，因此应当加强重视。本文将以某花园东区结构设计思路为例，就　其中的钢筋混凝土高层结构设计注意事项，谈一下笔者的观点和认识，以供参考。　【关键词】高层建筑；钢筋混凝土；结构设计；研究　【中图分类号】ＴＵ９７３　【文献标识码】Ｂ　【文章编号］２０９５—２０６６１２０１４）０６—０２０７—０２　实践中可以看到，对于钢筋混凝土而言，其自身的结构特　用考虑过程中，高层建筑楼层竖向上的构件最大水平、层间位　性。在很大程度上决定或制约了高层结构设计规则和必须坚　移应当严格要求．其中Ａ级高度的建筑以不超过楼层平均值　持的原则。基于此，实践中我们应当加强对钢筋混凝土高层结　构设计问题研究。并结合工程实际情况。设计一套科学、合理　以及可行的方法。　１．２倍为宜，同时也不能超过楼层平均值的１．５倍。实践中可　以看到．该条规定主要是从结构的平面设置视角着手。对结构　平面不规则性进行了严格的限制，有效地避免了因偏心过大　而出现的结构性扭转效应。　１钢筋混凝土高层结构设计要点　１．１地基基础设计要点　地基是高层建筑结构的基础，起到了非常重要的作用，因　此实践中应当对此加强重视。实践中可以看到。地基基础在一　定程度上决定着该高层建筑工程项目建设的造价合理与否．　以免对整个高层工程建设项目的设计产生更大的负面影响。　实践中可以利用ＰＫＰＭ中的ＳＡＴⅣＥ系统对每层进行计　算，将最大水平位移、层间位移角、水平位移以及平均层闻位　移角和比值数值输出。计算中应注意如下问题：如果位移比超　过了１．２．此时需在总信息参数中考虑是否有双向地震的影　响；扭转位移比验算过程中，采用“规定水平地震力”并需充分　地基基础设计过程中，应当将地方规范作为参考项目，虽然国　家实行了地基基础设计规范．而且在一些规定中做出了明确　考虑偶然偏心影响；而在对层闻位移角进行验算过程中，无需　对偶然偏心问题进行考虑。可采用ＣＱＣ的效应组合；位移比　验算时．应当有效选择强制刚性楼板进行假定，然而遇到凸凹　不规则、楼板局部出现断层等现象时，建议采用刚度变化型的　的要求，但因不同地区的地质条件因素影响，使得设计参考规　范也表现出较大的差异性。基于此，地基基础设计过程中，应　当以国家规定的标准作为总体思想指导．在具体设计过程中　计算模型。对于构件设计、位移信息并非同条件下所得的结果　问题处理时．建议先选择刚性楼板将位移计算出来，然后利用　弹性楼板对构件进行全面的分析。　（２）周期比设计　以地方标准作为主要依据，这样设计出来的方案才更有针对　性和可行性。就当前国内形势而言。各地出现了以国家规范为　主导．结合实际现状的设计范式．并且给出了比较符合实际条　件的设计规范和要求。对于设计人员而吉。应当将地方性设计　所谓周期比．实际上就是以结构扭转为基础的第一自振　周期与平动基础上的第一自振周期之比。根据《高规》之要求，　以结构扭转作为第一自振周期与以平动为基础的第一自振周　期之比．其中Ａ级高屡建筑结构应当控制在０．９范围之内。在　钢筋混凝土高层结构设计过程中。限制周期比的主要目的在　规范有效的落实到设计实践之中。　１．２钢筋混凝土高层结构设计要点　在高层建筑钢筋混凝土结构设计过程中，应当对设计中　的位移比、周期比以及刚度比进行分析，这是钢筋混凝土高层　结构设计的要点。　（１）位移比设计　于使高层建筑结构具有一定的抗扭刚度和强度。通过对抗侧　力结构的有效调控和布设．可有效增大结构整体的抗扭刚度　和强度。比如，剪力墙应当沿周边布设以最大限度加大抵抗扭　转内力臂等方式．来全面提升高层建筑结构抗扭能力。同时，　所谓位移比．实际上就是楼层竖向上的相关构件可取得　的最大、平均水平位移比值。所谓层间位移比，实际上就是楼　层竖向上的相关构件最大层间位移角和平均层间位移角之间　要注意限制结构要点．其抗扭刚度一定不能过于弱，难点在于　对结构扭转为主的自振周期、以平动为基础的自振周期比控　Ｄ　的对应比值　根据相关规范要求．在对偶然偏心影响的地震作　０　及实施外墙改造设计的意义出发，并着重就外墙在夏季隔热　和冬季保温性能上的具体改造设计措施进行了分析与探讨，　北京：中国建筑工业出版社，２００８．　【２】竹祥钊，韩爱兴．夏热冬冷地区建筑节能技术［Ｍ】．北京：中国建筑工　业出版社．２００３．　≥　Ｚ　ｏ　∞　正　以此希望对当前我国夏热冬冷地区旧有建筑改造工作能提供　一《　Ｕ　定的参考与借鉴。　【３】涂逢祥．建筑节能［Ｍ】．北京：中国建筑工业出版社，２００２．　；　ｏ　参考文献　［１】清华大学建筑节能研究中心．中国建筑节能年度发展研究报告［Ｍ］．　收稿日期；２０１４—２—２２　劐　襻　出　２０７　建筑・节能　制．从而使其能够实现对周期比的合理限值。如果难以有效满　足上述要求，则应＂３适当的对抗侧力结构进行调整，以增大结　－ＬｏＷ　ＣＡＲＢｏＮ　ＷＯＲＬＤ　２０１４／３　程》（ＤＢＪ１５—９２—２０１３）的要求桩中心距按２．５倍桩径布桩，一　方面让设计工作简化，一方面也节省了承台造价，得到了较好　的效果。　构自身的抗扭强度和刚度。在层间位移比满足条件的情况下，　可适当的减小中部位置的竖向构件刚度，通过增大平动周期、　２．２结构布置　针对工程特点．剪力墙采用均匀、对称布置，使结构刚度　和承载力布置均匀．避免平面不规则及扭转效应的不利影响：　由于Ｙ向受风面较宽且配筋、刚度均为风荷载控制，故Ｙ向　提高端部竖向上的构件抗扭刚度等方式，来实现扭转周期的　减小。　（３）侧向刚度比设计　所谓刚度比设计．实际上就是高层建筑结构竖向上的不　同楼层侧向刚度之间的比值．其主要目的在于对高层建筑结　构竖向规则性进行控制．避免竖向上的刚度出现突变，因此而　剪力墙比重相应加大：核心筒部分墙厚度注意保证筒内净空　满足电梯安装要求：其余墙厚应满足轴压比及墙体稳定性要　求，渐进并尽早缩至２ｏｏ，既要使结构竖向刚度连续亦要满足　住宅内部的使用要求：一、二级的一字形独立剪力墙底部加强　形成薄弱层。实践中，对于那些以地下室结构顶板作为嵌固　端．或者转换层结构刚度是否能够有效满足要求等情况判断　时，均可以层刚度比为主要参考依据。根据《高规》之要求，抗　震设计过程中的高层建筑结构楼层侧向刚度应当不小于相邻　上部楼层侧向刚度的７０％；同时还规定高层结构计算过程中，　地下室顶板是上部结构嵌固端时．此时地下室楼层侧向刚度　应当在相邻上部楼层侧向刚度２倍以上；在此过程中，结构刚　度通常会沿着竖向上发生突变、或者外形出现了严重外挑，这　些均会导致楼层出现集中变形，甚至出现严重的倒塌现象，因　此层间刚度比控制是设计的重点和难点所在。　在刚度比设计过程中，对电算结果的应用应注意以下问　题：规范给出的计算侧向刚度比的方法有很多种，计算时应结　合结构自身特点采用合理的方法；通常情况下，高层建筑结构　侧向刚度为沿高度均匀或者逐渐减少．而框支层、错层通常为　薄弱层或软弱层，应予注意；实践中．因薄弱层或软弱层很可　能会遭到严重损害，所以对应的地震作用应乘以放大系数方　可确保建筑结构的安全可靠性。　以上是钢筋混凝土高层结构设计的重点．同时也是设计　的难点，因此实践中应当加强思想重视和设计创新，以确保设　计方案的科学性、合理性以及安全经济性。　２工程案例　工程位于佛山市顺德区乐从镇南区某地块东区。南面为　小河冲，东面、北面为水泥道路，西面为空地及民宅。本期工程　包括地下通道、二层地下车库、１栋４Ｆ框架结构幼儿园、１４栋　多层框架别墅住宅、１４栋３２—３８Ｆ剪力墙结构高层住宅楼。总　建筑面积约３２万ｍ２。抗震设防烈度Ⅶ度，二类场地，３２　３８Ｆ　高层住宅按二级抗震．基本风压０．６ｋＮ／ｍ　。　２．１基础设计　抗浮水位取值：根据勘察资料地下室抗浮设计水位高程　建议取２．５０ｍ。一２层地下室底板面高程一３．３０ｏ．底板６００ｍｍ．　即水头Ｈ＝２．５一（一３＿３一Ｏ．５５）＝６．３５ｍ，具体按底板厚度调整。采　用抗拔桩抗浮；地基基础设计等级为甲级．据勘察资料暂定旋　挖成孔灌注桩，以中风化为持力层．轴力按桩身承载力控制　（Ｃ３０），桩长４０－５０ｍ。根据《地基》（ＧＢ５０ｏ０７—２０１１）　《桩基》　（ＪＧＪ９４—２００８）等国家标准及行业标准，摩擦型非挤土灌注桩　桩中心距不宜小于３倍桩径，但由于本工程有３８层高层建　筑，墙柱底部轴力大，按此标准控制桩距非常困难。而本工程　根据＂３地经验及广东省标准－《建筑地基基础设计规范》　（ＤＢＪ１５—３１—２００３）、广东省标准《高层建筑混凝土结构技术规　部分截面厚度不应小于２２０；尽量避免短肢剪力墙（即截面高　度不大于１６００ｍｍ，且截面厚度小于３００ｍｍ的剪力墙），亦不　宜采用“一字”形短肢墙，保证剪力墙自身的稳定性及延性要　求；地下室顸板与单体首层、商铺与地下室顶板错层处剪力墙　提高一级构造；平面细腰处楼板加厚、加大配筋率并双层双向　配筋，减轻平面凸凹不规则的不利影响。　２＿３结构分析及结果　本工程采用ＰＫＰＭ结构分析软件ＳＡ　Ｅ模块进行结构　分析，并补充结构的弹性时程分析。分析结果表明结构各项指　标均可满足规范要求．多组时程曲线的平均值与标准谱的曲　线在统计意义上相符，２５层以上楼层时程分析计算的地震力　较标准谱的大，对该部分楼层作放大地震力处理　３结语　总而言之，钢筋混凝土高层结构设计是一个非常复杂的　过程，关系着整个工程的施工质量和安全可靠性，因此应＂３加　－强思想重视和设计技术创新．以满足不断发展的建筑结构技　术需要　参考文献　【１】梁杰斌．钢筋混凝土高层结构设计常见问题探讨［Ｊ］．城市建设理论　研究（电子版），２０１２（１４）．　［２］宋广然，甄艳丽．浅析钢筋混凝土高层结构设计中应注意的几个问　题们．中国科技纵横，２０１０（１４）．　［３］郑硕锋．高层混凝土结构设计思路分析［Ｊ】．中国科技博览，２０１０（１５）．　ｆ４］张瑞红．高层框架结构设计中应注意的若干问题ｌＪ１．长沙铁道学院　学报（社会科学版），２０１０（０１）．　［５】徐金鑫．对小高层钢筋混凝土房屋结构设计的分析ｆＪ１．商品与质量・　建筑与发展．２０１０（０８）．　收稿日期：２０１４—２—２３　作者简介：罗庆刚（１９８１一），男，汉族，中级工程师，本科，２００５　年毕业于四Ｊ１１大学，从事建筑结构设计工作。