浅析钢筋混凝土高层结构设计的常见问题 潘平

发表时间:2021/3/17   来源:《基层建设》2020年第28期   作者:潘平1 苏勇2
[导读] 摘要:近年来,随着我国经济和科技日新月异的飞速发展,价值人口数量与日俱增,也带动了高层建筑的快速发展。
        湖北省城建设计院股份有限公司  湖北武汉  4300502.武汉临空港经济技术开发区城市建设发展投资集团有限公司  湖北武汉  430050
        摘要:近年来,随着我国经济和科技日新月异的飞速发展,价值人口数量与日俱增,也带动了高层建筑的快速发展。由于建筑物的高度不断增加,也使得建筑的难度日渐加大,最终使结构体系出现了多样化的特点。因此,在当前时期,建筑企业中的一项关键性工作就是高层建筑结构设计,为此,本文对其中存在的一些问题进行了分析,并提出了相应的解决方式,以供借鉴和参考。
        关键词:钢筋混凝土;高层结构设计;问题
        引言
        随着城市化进程的深入推进,区域经济发展需求同日益紧张的城市用地之间形成了强烈的反差。工程建筑正朝着高层、超高层的方向发展,这一举措能够提升城市建筑规划的科学性、彰显城市发展的新形象,然而却也对钢筋混凝土结构的高层运用提出了更高的要求。改革开放以来,我国高层建筑迎来了建设热潮,经过三四十年的使用,最早的高层建筑逐渐暴露出大量安全质量问题。安全性作为工程设计的首要准则,在任何时候都不能忽视。新世纪以来,建筑高度屡创新高,钢筋混凝土高层结构急需加强顶层设计,通过设计创新助力混凝土结构的安全运用。
        1高层结构分类
        1.1框架结构体系
        框架结构体系的最大特点是竖向荷载和水平荷载均由梁、柱承担,充分发挥混凝土的抗压强度和钢筋的抗拉强度,此种框架结构在多层公共建筑中最常用,一般不用于超高层建筑。框架结构的布置有很多细节需要注意,例如,传力途径的直接、结构的均衡及结构的美观等。框架结构在进行布置时传统多采用主次梁法,近年来逐步向扁梁与无梁楼盖方向发展。除此之外,框架柱的设计是非常重要的一方面,它要承受竖向与横向应力,特别是有抗震要求时要注意柱子的构造要求和“强柱弱梁”的概念设计。
        1.2简体结构
        随着我国建筑物高度的不断增加,传统框架结构由于荷载承受强度的限制已经无法满足人们的需要,因而简体结构应运而生,它在抵抗水平力方面具有良好刚度,是由框架-剪力墙结构改进而来,常见的有中央钢筋混凝土核心筒和周边框架结构的布置方式。
        2当前钢筋混凝土高层结构设计中存在的问题
        2.1结构体系构架问题
        结构体系是国家施工标准相对应,针对城市高层建筑标准,我国出台了一系列建设指标。在方案设计阶段,需要对工程量、设计高度进行规划,并按照不同高度对应的具体设计标准进行结构设计。设计过程中,普遍存在应用标准不规范,结构设计同实际建设高度不匹配。设计人没有根据设计标准进行科学规划,仅仅通过计算数据很难判断建筑结构设计是否存在受力问题。此外,建筑设计环节对现代化信息技术的使用率低下,没有结合BIM、CAD等虚拟建模系统进行模拟分析,结构体系设计存在诸多不严谨、不规范等现象。
        2.2钢筋混凝土裂缝问题
        钢筋混凝土结构在进行使用的过程中,裂缝的产生无法有效的杜绝。在施工过程中可能因为施工人员疏忽产生施工裂缝,还可能因为施工人员施工错误产生裂缝。如何处理裂缝是钢筋混凝土结构一个很重要的问题。在对钢筋混凝土进行施工的过程中,如果施工人员操作不够规范,那么就会导致混凝土在实施浇筑的过程中振捣不够充分,产生结构裂缝。在施工过程中最常见的钢筋混凝土裂缝属于温度裂缝,钢筋混凝土极易受到周围温度的影响产生裂缝,而这种裂缝会在屋面大范围出现。另外在进行钢筋混凝土结构养护的过程中也会使钢筋混凝土产生硬化和脱水的现象,这种现象属于混凝土的自身性质,同时这种性质也会导致钢筋混凝土结构产生收缩性裂缝。


        3钢筋混凝土高层结构设计问题的解决对策
        3.1依托信息技术,实现规范化结构体系设计
        在建筑结构设计中,应当严格杜绝结构超高问题,严格执行国家关于高层建筑建设设计规范,不同高度级别的建筑在设计时不能超越其应属范围。换言之结构设计应当同建筑设计高度相匹配。钢筋混凝土高层结构设计需要在整体受力分析的基础上,对钢筋强度、混凝土厚度、配比等具体数据进行计算。运用计算机虚拟建模技术能够有效提升结构设计水平的规范性,扫除高层结构设计的视野盲区。BIM技术的合理运用能够通过数字建模,动态可视化的模拟高层建筑施工过程,消除设计初期存在的设计漏洞和不规范的情况。BIM技术的产生是建立在计算机技术不断发展的基础上的。BIM能够将图纸信息完整的转化为立体建模。这种建模方式在缩短了建模时间的同时,为建筑工程的精确化、立体化处理提供了新思路和新方法。通过信息化的模型,可以对其中的某一结构进行方法,在力学计算和材料用量的计算上更加明确,相比于纸质工程图,这种立体的建筑模型能够给人更加直观的视觉感受,为科学决策、科学规划提供指导。BIM技术的应用凸显了材料管理的信息化发展。在此基础上,应当不断完善设计流程,加强对结构设计的审批,初期结构设计方案的制定应当由多个部门、专家组成员反复核对、检验,确保主体设计安全可行。结构设计方案的漏洞将会对钢筋混凝土结构高层设计产生严重影响。
        3.2对钢筋混凝土高层结构的构件进行合理的设计
        “强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件”这是我们结构设计需遵循的一个原则。强柱弱梁,也就是梁先于柱子破坏,梁破坏是构件破坏是局部的,而柱子破坏是整体的,将影响到整个结构的安全,会导致整体的坍塌,破坏相当严重。所以我们首先要保证柱子的安全。强剪弱弯,是要求弯曲破坏先于剪切破坏。弯曲破坏是延性破坏是有预兆的,一般在破坏之前会有裂缝的产生,以便能让人提前预知。而剪切破坏是脆性破坏,是毫无预兆的,瞬间的破坏,所以我们要避免剪切破坏的发生。
        3.3优化上部结构设计
        设计者在设计上部结构时,要始终秉承着“强柱弱梁”的原则,然后对建筑梁柱各节点的剪力强度进行计算,使机构设计得以优化,此外,设计上部结构时,设计者也需要遵守下面两点要求:①上部结构荷载不可随意增加。②对归家制定的有关规范进行严格遵守。上部结构的优化能够实现钢筋混凝土高层结构稳定性的提升。
        3.4钢筋混凝土高层结构设计的嵌固端的选取
        嵌固部位的选取,其实就是我们预期塑性铰出现的部位。结构下部的嵌固部位应能限制结构上部的平动和转动,并将上部的剪力传递到下部。所以我们需要对嵌固端以下的部位的刚度和承载力加以控制和调整,使塑性铰出现在预期的部位。
        结语
        总而言之,高层建筑结构的设计非常重要,建筑师、设备师、施工管理人员等各方面工作人员需沟通协调好,才能确保高层建筑结构设计与施工的顺利进行。因此,本文主要对钢筋混凝土高层建筑结构设计中的常见问题进行阐述,保证选型的科学性、细节处理的准确性、抗震的有效性。我国高层建筑结构设计虽较前几年有了较大发展,但与一些西方国家还存在一定差距,这就要求相关从业人员不断实践,总结经验,努力创新,改善施工工艺,为我国建筑行业的发展贡献出自己的一份力量。
        参考文献
        [1]梁秒霞.钢筋混凝土高层结构设计的常见问题与处理[J].居舍,2020(14):26.
        [2]骆继龙.钢筋混凝土高层结构设计的常见问题分析[J].工程建设与设计,2020(09):26-28.
        [3]王洋.钢筋混凝土高层结构设计的常见问题与处理[J].建材与装饰,2019(36):125-126.
        [4]吴抒闻.试析钢筋混凝土高层结构设计常见问题及对策[J].四川水泥,2019(12):67.
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