关于钢筋混凝土高层建筑钢筋混凝土结构设计理由及实例

论文导读：大。（3）控制柱的轴压比与短柱问题。在钢筋混凝土高层建筑结构中，往往为了控制柱轴压比而使柱的截面很大，而柱的纵向钢筋却为构造配筋。即使采用高强混凝土，柱断面尺寸也不12下一页
摘 要：文章主要结合笔者多年的工作经验，就钢筋混凝土结构设计中的常见问题进行了详细地探讨与研究，并结合某工程实例进行论述，旨在有效地提升高层建筑钢筋混凝土结构设计及保证工程的质量与安全。
关键词：高层建筑钢筋混凝土结构设计问题

一、概念设计

结构概念设计是保证结构具有优良抗震性能的一种方法。结构概念设计是要求建筑师和结构师在建筑设计中应特别重视规范、规程中有关结构概念设计的各条规定，设计中不能陷入只凭计算的误区。以下问题应值得注意：
（1）在结构体系上，应重视结构的选型和平、立面布置的规则性，择优选用抗震和抗风性能好且经济合理的结构体系。结构应具有明确的计算简图和合理的传递地震力途径，结构在两个主轴方向的动力特性宜相近。
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（2）水平地震作用是双向的，结构布置应使结构能抵抗任意方向的地震作用，应使结构沿平面上两个主轴方向具有足够的刚度和抗震能力；结构刚度选择时，虽可考虑场地特征，选择结构刚度以减少地震作用效应，但是也要注意控制结构变形的增大，过大的变形将会因P-Δ效应过大而导致结构破坏；结构除需要满足水平方向刚度和抗震能力外，还应具有足够的抗扭刚度和抵抗扭转震动的能力。
（3）对于独立的结构单元，应避免应力集中的凹角和狭长的缩颈部位；避免在凹角和端部设置楼、电梯间；减少地震作用下的扭转效应。竖向体型尽量避免外挑，内收也不宜过多、过急，结构刚度、承载力沿房屋高度方向不宜均匀、连续分布、避免造成结构的软弱或薄弱的部位。应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载力。根据具体情况，结构单元之间应遵守牢固连接或有效分离的方法。高层建筑的结构单元应采取加强连接的方法。

二、地基与基础设计

（1）对于柱下扩展基础宽度较宽(大于4米)或地基不均匀及地基较软时宜采用柱下条基，并应考虑节点处基础底面积双向重复使用的不利因素，适当加宽基础。
（2）建筑地段较好，基础埋深大于 3 米时，应建议甲方做地下室。当地基承载力满足设计要求时，地下室底板可不再外伸以利于防水。每隔 30~40米设一后浇带，并注明两个月后用微膨胀混凝土浇注、设置地下室可降低地基的附加应力，提高地基的承载力(尤其是在周围有建筑时有用)，减少地震作用对上部结构的影响。不应设局部地下室，且地下室应有相同的埋深。
（3）新建建筑物基础不宜深于周围已有基础。如深于原有基础，其基础间的净距应不少于基础高差的2倍，否则应打抗滑移桩，防止原有建筑的破坏 建筑层数相差较大时，应在层数较低的基础方格中心的区域内垫焦碴来调整基底附加应力。
（4）独立基础偏心不能过大，必要时可与相近的基础做成柱下条基 柱下条形基础的底板偏心不能过大，必要时可作成三面支承一面自由板(类似筏基中间开洞)。两根柱的柱下条基的荷载重心和基础底版的形心宜重合，基础底板可做成梯形或台阶形，或调整挑梁两端的出挑长度。

三、结构选型

（1）结构体系问题。高层建筑的地基较好时，上部结构在满足变形限值的前提下，应尽量减小刚度。可以通过合理的基础和上部结构设计来突破规范中对高宽比的限值。可以将塔楼较长肢的剪力墙用轻质墙隔为短肢墙，使转换层上下刚度均匀。规范中确定转换层上下刚度比的公式宜改为控制上下层转角的比值在1左右较为合理。规范中顶点位移和层间位移限值不尽合理，可以通过采取措施来突破这些限值。水平加强层在增加侧向刚度的同时，会使外柱的剪力有较大增加，应慎重设计。
（2）结构的超高问题。在抗震规范与高规中，对结构的总高度都有严格的限制，尤其是新规范中针对以前的超高问题，除了将原来的限制高度设定为高度的建筑外，增加了B级高度的建筑。因此，必须对结构的该项控制因素严格注意，一旦结构为B级高度建筑甚至超过了B级高度，其设计方法和处理措施将有较大的变化。在实际工程设计中，出现过由于结构类型的变更而忽略该问题，导致施工图审查时未予通过，必须重新进行设计或需要开专家会议进行论证等工作的情况，对工程工期、造价等整体规划的影响相当巨大。
（3）控制柱的轴压比与短柱问题。在钢筋混凝土高层建筑结构中，往往为了控制柱轴压比而使柱的截面很大，而柱的纵向钢筋却为构造配筋。即使采用高强混凝土，柱断面尺寸也不论文导读：800两种，主楼部分采用￠800的桩，其它部分为￠700的。桩基持力层为8~2层圆砾层，桩进入持力层2.5~6.4m，有效桩长为48.1~56m，单桩竖向承载力特征值结合设计试桩结果和地质报告情况分别确定为3500KN和4100kN。两层地下室平面呈“厂”字形，局部为两层人防地下室，人防等级为6级。地下室东西向最长150m，南北向最长120m，中间不设
能明显减小。限制柱的轴压比是为了使柱子处于大偏压状态，防止受拉钢筋未达屈服而混凝土被压碎。柱的塑性变形能力小，则结构延性就差，当遭遇地震时，耗散和吸收地震能量少，结构容易被破坏。但是在结构中若能保证强柱弱梁设计，且梁具有良好延性，则柱子进入屈服的可能性就大大减少，此时可放松轴压比限值。另外，许多高层建筑底几层柱的长细比虽然小于4，但并不一定是短柱。因为确定是不是短柱的参数是柱的剪跨比，只有剪跨比小于2的柱才是短柱。有专家学者提出现行抗震规范应采用较高轴压比。但是即使能调整轴压比限值，柱断面并不能由于略微增大轴压比限值而显著减小。因此在抗震超高层建筑中采用钢筋混凝土是否合理值得探讨。

四、结构计算与分析

（1）抗震等级的确定。对常规高层建筑，可按《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）第4.8节规定确定抗震等级，与主楼连为整体的裙楼的抗震等级不应低于主楼的抗震等级；对于复杂高层建筑还应符合第10章的规定；对于地下室部分，当地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，地下一层的抗震等级应与上部结构相同，地下一层以下的抗震等级可根据具体情况采用或更低等级。
（2）振型数目是否足够。振型数的多少与结构的层数有关，在《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）中对阵型的取值都有较为明确的规定。因此，在计算分析阶段根据规范要求对计算结果进行判断，并决定是否要调整振型数目的取值。
（3）非结构构件的计算与设计。在高层建筑中，往往存在一些由于建筑美观或功能要求且非主体承重骨架体系以内的非结构构件。对这部分内容尤其是高层建筑屋顶处的装饰构件进行设计时，由于高层建筑地震作用和风荷载较大，必须严格按照新规范中增加的非结构构件的处理措施进行设计。

五、工程实例分析

某高层综合楼，地下两层为停车库及设备房，局部为人防地下室，地上建筑由 A、B、C三栋高层塔楼及一栋两层的商业裙楼组成，一、二层为商业用房，三层至顶层为办公用房 其中C塔楼为19 层，总高度58.6m，与两层裙楼通过伸缩缝相连；A、B塔楼为 18 层，两栋塔楼顶部两层相连，总高度64.4m，本工程 A、B 塔楼采用框架-剪力墙连体结构，底部局部大空间转换剪力墙结构，转换层在第3层顶面。

5.1 基础及地下室设计

本工程采用桩基础，桩型采用抗拔性能较好的钻孔灌注桩，桩径根据上部荷载情况选用￠700和￠800两种，主楼部分采用￠800 的桩，其它部分为￠700的。桩基持力层为 8~2层圆砾层，桩进入持力层2.5~6.4m，有效桩长为48.1~56m，单桩竖向承载力特征值结合设计试桩结果和地质报告情况分别确定为3500KN和4100kN。
两层地下室平面呈“厂”字形，局部为两层人防地下室，人防等级为6级。地下室东西向最长150m，南北向最长120m，中间不设伸缩缝，超过规范建议的结构伸缩缝最大间距，设计采用纵横向设置多道后浇带等措施减小温度变化和混凝土收缩对结构的影响。