高层建筑结构设计中常遇问题的改进思路

高层建筑结构设计中常遇问题的改进思路 张亮沧州市建 筑设计研究院有 限公司 河北沧州 061000摘要 ： 建筑结构设计质量 ,密切关系到建筑工程的质量是否可靠 ,责任重大 ， 本文主要对高层建筑钢筋混凝土结构这个我们最常采用的结 构 形式 进 行分 析 ,通 过 发掘 设 计过 程 常 见的 通 病 ,做 具 体深 入 的研究 ,并提出相对应的解决思路是本文的重点。 关键词：高层 建筑 钢筋 混凝土 结构 设计 问题 措施中图分类号： TU208.3 文献标识码： A 文章编号：随着我国城市的发展 ,高层建筑数量与日俱增，对于高层建筑的设计工作中的常遇问题 ,需要我们高度重视，下面主要对结构设计中常遇到的问题进行分析，以供大家交流学习。一、地基与基础设计过程中存在的问题 1、 柱下独立基础带梁板式的地下室底板设计中 ,地下室底板设计中 ,容易忽视因建筑物沉降所引起的附加应力的影响。因为实际上整个地下室底板与柱下独立基础在上部荷载作用下 ,将会一起发生沉降变形 ,共同受力 ,如未考虑因此产生的附加应力 ,对底板而言是偏于不安全的 ,有可能会导致地下室底板承载能力不足而开裂。尤其对于采用天然地基的情况时 ,其影响则更为显著。对于总沉降量较小的工程 ,可考虑在地下室底板与持力层之间采取褥垫处理措施 ,当然 ,是否采用 ,还要综合考虑其他因素 。 另外 ,对于地下水位季节性变化较大的地区 ,应考虑高低两种不同水位对地下室底板的不同影响 ,求出包络图 ,再做配筋设计。2、对于有地下室的建筑 ,当地下水位较高时 ,在室外地坪之下的结构部分 ,外轮廓形状应尽量简洁 ,这样有利于建筑防水的施工 。 尤其对于柱下承台的形式 ,更为明显。此时 ,由于柱下承台的影响 ,基槽地模形状很复杂 ,有很多的阴阳角和放坡 ,即加大了防水施工的难度 ,有加长了施工时间 ,都不利于保证质量 ,并且还增加工程造价 。 对于这种情 况 下 ,建 议 考虑 反 承台 法 ,即 统 一地 下 室底 板 和 承台 的 下皮 标 高 相同 ,承 台 需要 加 厚部 分 向 上作 ,然 后 地下 室 内部 作 滤 水层 和 覆土 等 地面做法。这种做法的优点是 ,基槽地模形状很简单 ,方便施工 ,利于施工质量得保证 ,同时也缩短了施工时间 。 并且 ,内部的覆土重量也平衡掉了部分作用在底板上的水浮力 ,减小配筋 ,这种自相平衡的思路最科学 。同时也提高了建筑物的抗倾覆能力。3、 地 下室 底 板和 外 墙 配筋 计 算时 ,往 往 假设 条 件与 实 际 情况 不符 。 例如地下室外墙配筋计算 :有的工程外墙配筋计算中 ,凡外墙带扶壁柱的 ,不区别扶壁柱尺寸大小 ,一律按双向板计算配筋 ,而扶壁柱按地下室结构整体电算分析结果配筋 ,又未按外墙双向板传递荷载验算扶壁柱配筋。按外墙与扶壁柱变形协调的原理分析 ,其外墙竖向受力筋配筋不足、扶壁柱配筋偏少、外墙的水平分布筋有富余量。建议 :除了垂直于外墙方向有钢筋砼内隔墙相连的外墙板块或外墙 扶 壁柱 截 面尺 寸 较 大 (如 高 层建 筑 外框 架 柱 )之 间 外墙 板 块按 双 向板计算配筋外 ,其余的外墙宜按竖向单向板计算配筋为妥。4、 天然地基锥体独立基础设计问题 ,有的基础设计锥体斜面坡度大于 1:3,该锥 体部 分砼 很难振 捣密 实 ,现场 施工 往往 是砼自 然堆 上 ,采 用 铲 子 或 抹 灰 刀 拍 捣 成 形 ,其 锥 体 部 分 的 砼 很 难 达 到 设 计 强 度 要求 。 因此建议优先采用阶梯形独立基础 ,利于施工 ,才能更好地保证施工质量。5、 柱下独立基础之间的拉梁 ,如同时又是首层维护墙的承重梁的时候 ,不应该再简单地按拉梁进行设计 。 而且在考虑荷载时 ,要考虑梁上皮以上土扩散角之内的土重。 三、上部结构设计过程中存在的问题与改进思路1、框剪结构 ,剪力墙的布置要均匀 ,不要出现单肢刚度过大的剪力墙 ,以免应力过于集中 ,一旦破坏 ,将构成严重影响 。 而且 ,与之相关联的基础 ,连梁等构件的设计难度都会加大。刚度较大的第一级别的剪 力 墙 (同 一 级别 的 剪力 墙 是 指刚 度 相近 ,比 值 小于 2时 的 墙肢 ),其墙肢数不应少于 4肢 。 另外 ,当遇到中震时 ,我们应考虑第一级别的剪力墙进入塑性后 ,还应有小级别的剪力墙来维持建筑物变形不致过大 ,产生次生灾害。这就是多道设防的概念。但当遇到大震时 ,小级别的剪力墙也进入塑性阶段后 ,建筑物基本已经破坏了 。 此时 ,我们应该通过 我 们的 设 计有 选 择 地让 梁 破坏 ,从 而 保证 柱 子的 完 整 性 ,来 保 证建筑不倒 ,或缓倒 ,以争取时间 ,减少人员的伤亡。这就是我们说的延性设计。 2、框剪结构的连梁设计很重要 ,但我们看到 ,目前很多设计在这个环节上做的并不好。有的是因为重视不够 ,有的是应为认识不足。首 先 ,什 么是 连 梁 呢 ?简 单的 说 ,就 是那 些 连 接两 片 剪力 墙 ,当 遇到 中震或大震时 ,它会首先开裂 ,起到耗能作用 ,从而使建筑物保持一定延性的梁 。 只有满足了这种情况 ,才是连梁 ,或者说我们才有意义把它按连梁进行设计。 根据它的特性 ,我们就应该设计时注意几点 ,第一 ,不要盲目地增大它抗弯的能力 ,否则会使连梁延迟破坏 ,起不到及时耗能的作用 ,致使其他重要构件破坏 ,使结构失去延性 。 第二 ,我国现行结构规范中规定 ,连梁上不许搭框架梁 ， 引文我们设计连梁会在遇到中震或大震时 ,首 先 开裂 ,所 以 它的 抗 剪能 力 也 会急 剧 下降 ,如 果 此时 它 还承 受 着 很大的竖向荷载 ,就会引起连锁破坏。3、 “ 强柱弱梁 ,强剪弱弯 ,强大节点 ” ,是我们钢筋混凝土结构延性设计的基本原则。但在震害调查中发现 ,我们设计的 “ 强柱弱梁 ”的延性破坏机制有时难以实现 ,这是因为我国的 建筑抗震设计规范 对一 、 二 、 三级框架节点的 “ 强柱弱梁 ” 设计有以下要求 : Mc=Mb, Mc 节 点 上下 柱 端同 向 弯 矩之 和 , Mc 节 点 左右 梁 端同 向 弯矩 之 和 , 柱 弯 矩 增 大 系 数 ,7度 区 的 多 层 框 架 抗 震 等 级 为 三 级 =1.1,但 这 仅针 对 于小 震 弹 性设 计 ；当 建 筑 遭受 “ 中 震 、大 震 ” 时 ,由于地震作用 ,框架梁 、 柱的弯矩增大很多 ,而框架梁端弯矩为竖向荷载 和 地震 作 用产 生 的 弯矩 之 和 ,其 增 大比 例 相对 柱 要 小很 多 ,由 于 钢筋的超强效应过大 ,因而造成框架节点处梁受弯承载力大于相对应柱正截面承载力而出现柱铰。另 外 ,当 结 构采 用 现浇 板 时 ,结 构 分析 计 算时 考 虑 板的 作 用而 加大 梁 刚度 ,梁 设 计配 筋 时却 没 有 考虑 板 钢筋 的 作 用 ,再 者 设计 人 员人为加大梁配筋 ,这对于框架节点无疑是雪上加霜 ,因而框架结构 “ 弱柱强梁 ” 的破坏形态就产生了 。 所以 ,我们在设计时 ,不要盲目加大框架梁支座处的上部钢筋 ,但应适当柱子的配筋。4、 在悬挑的挑梁的端头 ,应设置构造柱 ,把每层的挑梁联系起来 ,并按受拉构件要求 ,设计构造柱。这样做的优点是 ,通过构造柱 ,协调了挑梁的变形 ,即使出现局部超载的情况 ,也可以把力传到其他层上 ,共同承担 ,从而变相的提高了结构安全度。另外也加大了对外维护墙的约束 ,防止墙体外闪。5、 另外还有一些构造上的细节问题 ,要多注意 ， 比如如钢筋混凝土构件在不同条件下的钢筋保护层厚度的取值 ， 框架梁端纵向受拉钢筋配筋率大于 2%时 ,箍筋直径应按要求增大 2mm，框架梁端截面的底面和顶面纵向钢筋配筋量的比值偏小 ， 框架梁高小于 400时加密区箍筋间 距偏 大， 框架梁 端纵 向受 拉钢筋 配筋 率大 于 2.5%，框 架柱 全部纵向钢筋的配筋率偏小等等 ,这些都是我们设计的构件能够正常工