時間：2023-03-23 15:18:11
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關鍵詞：高層建筑；超長結構；預應力結構；設計
1前言
預應力結構設計技術的發(fā)展，為現(xiàn)代高層建筑向更高、體型更復雜，結構形式更多樣、功能更全、綜合性更強的方向發(fā)展提供了更大的可塑空間。通?？墒菇ㄖ镌谕回Q直線上，上部樓層布置住宅、旅館，中部樓層作為辦公用房，下部樓層作商店、餐館等。以滿足綜合性的不同需要。本文所介紹的工程設計是一幢集辦公、休閑為一體的高檔辦公樓。
2工程概況
本工程位于益陽市赫山區(qū)，建筑面積31000m2，地上21層，地下一層，總高度為83m。其中一層為大型商場，二層為餐廳，三層為娛樂場所，四層及以上為公寓和辦公樓。工程結構形式采用框架一剪力墻結構，裙樓為超長結構，結構平面布置隨建筑變化而逐層變化，圖1為四層的結構平面圖，樓層主、次梁均為預應力混凝土技術。
3結構方案設計
混凝土結構構件在混凝土材料收縮和環(huán)境溫差的作用下發(fā)生的體積縮小變形從而增大結構構件的拉應力，當該拉應力大于構件的極限抗拉強度時，構件即開裂。對此，現(xiàn)行規(guī)范中規(guī)定框架-剪力墻結構伸縮縫最大為45~55m。本結構縱向長度近159.6m，遠超過上述規(guī)定，而且6個剪力筒大大增強其中間混凝土樓面水平側向約束。如增加兩道或三道結構伸縮縫，必須采用從基礎到頂層增加雙梁雙柱來實現(xiàn)，這除了增加施工難度和成本之外，還大大影響了使用功能和建筑要求。設計采用預應力技術解決這一結構超長問題，通過對結構施加預應力，在結構中預先產生壓應力。使其抵消超長結構在季節(jié)溫差和混凝土收縮過程中產生的拉應力。理論與實踐證明預應力對控制超長結構鋼筋混凝土結構裂縫是有效的。
預應力除了可有效控制裂縫的作用之外，其主要作用是能有效抵抗豎向荷載并明顯降低構件尺寸。經初算,預應力鋼筋混凝土結構8.4m跨主梁的梁高可由原來普通鋼筋混凝土主梁的700mm降為500mm，次梁梁高可由600mm降為450mm，16.4m跨主梁的梁高可由1600mm左右降為900mm~
1100mm。這樣在保持凈層高不變的情況下，每層高度可降低200mm。經綜合考慮決定采用預應力方案，使樓層數(shù)量在建筑總高不變的情況下增加一層，從而取得顯著的經濟效果。
為此，在設計中我們針對本工程的結構形式和布置特點，確定了以下主要設計原則：
3.1為有效控制混凝土裂縫以及降低層高，結構縱橫兩個方向的梁均布置預應力筋；考慮到規(guī)范要求，采取有粘結預應力，跨后澆帶的鎖縫預應力筋采用無粘結預應力。
3.2根據(jù)文獻[2]，混凝土中有效預應力大于0.7Mpa，則可基本避免溫度應力導致混凝土開裂。所以間距為2.8m的主次梁均應施加預應力，已達到在板中建立一定預壓力避免樓板開裂的目的。
3.3后澆帶位置要合理，避免布置在側向剛度很大的構件周圍，以免影響兩側板帶的自由收縮。
3.4由于結構復雜，預應力筋數(shù)量和形式多樣，設計時就必須考慮采取相應的構造和施工措施來避免預應力張拉施工時可能造成混凝土開裂。
4預應力計算
4.1設計重點
a)4~6軸部分結構地下一層至六層縱向均為8.4m跨的框架結構，其中六樓為空中花園，七、八樓中空，到九、十層縱向成為連接兩邊塔樓的16.4m跨大梁板,其中十層為空中花園。按結構整體計算結果配筋，并對兩層柱采取加強措施。另外施工時九層的支撐為兩層高，而且后澆帶的設置使地下一層至六層的A~C軸和E~F軸以及九、十層A~F軸在后澆帶未澆混凝土、鎖縫筋未張拉之前形成12.4m的大懸挑結構。所以這些部位結構的支撐均通過認真計算確定并適當加強。
b)如圖1所示，十層和十一層17~20/C~G軸之間是一個懸挑大網架，面積為25.2m×33.6m，矢高為一個樓層高度，通過大型預埋件固定在17、18、19、20、E、F、G梁柱節(jié)點上。在風荷載的作用下支座對結構產生很大的水平推拉力，十一層G點支座向外拉力最大，為1300kN。為了避免在梁柱節(jié)點預埋件處局部混凝土產生過大的集中應力，在預埋件上鉆直徑20mm的孔，采用無粘結應力筋對預埋件進行錨固,把支座拉力傳向遠端框架結構。無粘結預應力筋與原結構預應力筋不相干，基本走梁中直線，張拉控制應力為0.6fptk。
c)二十層屋面設置了冷卻塔、擦窗機以及沿周邊7m高的廣告牌。所以本樓層荷載復雜，特別是廣告牌支座在風荷載作用下，每個支座最不利彎矩為250kN·m，支座兩個支點間距為800mm則支點上下反復集中力約為300KN。支座間距為28m，對于16.8m跨大梁就有5個點落在梁中位置，荷載值很大。
針對以上所述的設計重點難點，預應力設計緊密與建筑、鋼結構、設備等專業(yè)配合，均采取了相應有效合理的設計措施。
4.2預應力計算標準
材料強度等級:混凝土C40，局部采用杜拉纖維C60混凝土;有粘結和無粘結預應力筋為1860高強低松弛鋼絞線，張拉控制應力均為0.75fptk。
本工程采用SATWE以及PREC程序進行抗裂驗算以及配筋計算。根據(jù)規(guī)范要求:結構設計應滿足正常使用極限狀態(tài)、承載能力極限狀態(tài)以及耐久性的要求。針對結構多樣復雜性。對不同情況的構件采取不同的控制標準（見表1）。
所有預應力梁普通鋼筋基本采用對稱配筋，其受壓區(qū)高度均小于0.35h0，縱向受拉鋼筋折算配筋率均不大于3％，符合規(guī)范要求。所有梁均進行兩層托一層的施工工況以及樓面自重下一次張拉反拱工況的驗算，均未開裂。
5構造設計
5.1后澆帶設置
如圖1所示，三道后澆帶把結構分成長度均為36m左右的四個區(qū)段，有效解決了側向剛度很大的剪力筒約束混凝土樓板自由收縮的問題?；炷恋氖湛s隨時間而增長，初期發(fā)展較快，兩周可完成全部收縮的1/4，一個月約可完成1/2，三個月完成60％～80％。在后澆帶澆筑之前，超長板可視為一種能接近于自由變形的構件，后澆帶選擇兩個月后而且氣溫低于主體結構澆灌時氣溫澆灌，考慮豎向結構（柱和墻）的約束影響，可認為此時收縮變形已完成50％。穿越后澆帶的鎖縫預應力筋在后澆帶混凝土達到100％強度時即可張拉。為增強后澆帶的抗裂性能，采用比原強度等級高一個等級的膨脹混凝土澆灌。
預應力對于E～F軸段結構從第三層就到17軸為止，則該區(qū)段15～16軸之間的后澆帶的作用不是很明顯。為加快施工進度，從第六層開始把該后澆帶取消，預應力筋最長55.4m。同時在16軸與剪力墻之間預留臨時施工后澆帶，以實現(xiàn)兩端張拉和避免拉裂混凝土。同理在C、E軸邊板設置200mm寬的臨時后澆帶，以防止4～6軸間的橫向次梁預應力張拉時把內部結構拉裂。
5.2錨具設計
由于荷載和結構形式復雜，預應力梁內的預應力數(shù)量種類很多，根據(jù)各種組合采用了單孔、4孔、6孔、9孔和12孔等多種型號的錨具。固定端采用了擠壓式錨具。因此本工程預應力錨具及相關配筋種類較多。
5.3張拉槽、后澆帶構造設計
由于后澆帶或梁面張拉槽處需要采用變角張拉技術，而要實現(xiàn)變角張拉的操作，梁面普通鋼筋以及箍筋必須有足夠的間隔。如設計不作預先充分的考慮，必將帶來如截筋而無法補強等施工問題，最終影響工程質量。所以設計時應對構造復雜的地方進行特殊處理，以保證施工質量。
在梁后澆帶處或梁面張拉槽處，先按張拉變角塊所需的空間以及盡量少斷鋼筋的原則排好普通鋼筋，對割斷鋼筋采取增加相應搭接筋進行補強。后澆帶及梁面張拉槽處張拉端的詳細構造設計（見圖2和圖3）。
5.4張拉順序設計
根據(jù)本工程的結構設計特點，張拉各個區(qū)域分開進行，先張拉次梁，后張拉主梁。這主要由于先張拉主梁（特別是與次梁垂直的主梁），有可能會由于主梁反拱抬起未張拉的次梁，而導致后者的開裂。預應力筋張拉順序如下：
a）先沿著一個方向張拉縱向次梁，再返回張拉縱向主梁；
b）沿一個方向張拉橫向主、次梁；
c）橫向主梁由于中間16.4m跨所配的預應力筋比兩邊兩短跨多，必須先張拉貫通全50.4m梁的預應力筋，在兩邊短跨梁內建立起預壓力，再張拉中間其余預應力筋。否則必定把兩邊短跨梁拉裂。
6結語
經各方共同努力，本工程施工進展順利，經觀察沒有發(fā)現(xiàn)結構裂縫，質量優(yōu)良。工程實踐表明：
6.1采用預應力技術和合理布置后澆帶是解決超常結構混凝土開裂的有效途徑。
6.2在高層中，施加預應力能起承受主要豎向荷載而降低構件尺寸的作用。所以在保持總高度不變的情況下，采用預應力方案可以增加建筑物層數(shù)，從而取得顯著的經濟效益。
6.3預應力結構配筋計算應根據(jù)實際情況而定，對同一幢建筑中的不同構件，同一個構件的不同工況都應采取相應不同的設計標準。
6.4預應力結構設計應全面、深入考慮合理的構造設計和恰當?shù)氖┕し椒?、順序，這有利于指導施工各方配合，保證施工進度和工程質量。
參考文獻：
[1]混凝土結構設計規(guī)范.GB50010-2002.
[2]美國混凝土協(xié)會規(guī)范.AC1318.
[3]陶學康.后張預應力混凝土設計手冊.北京：中國建筑工業(yè)出版社.
關鍵詞：混凝土結構設計建筑結構
前言
1在設計方法上的差別
在建筑結構專業(yè)的《混凝土結構設計規(guī)范》GBJ10－89中（以下簡稱GBJ10－89），采用的是近似概率極限狀態(tài)設計方法。以概率理論為基礎，較完整的統(tǒng)計資料為依據(jù)，用結構可靠度來衡量結構的可靠性，按可靠度指標來確定荷載分項系數(shù)與材料分項系數(shù)，使設計出來的不同結構，只要重要性相同，結構的可靠度是相同的。
在公路橋梁專業(yè)的《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》TJT023－85中（以下簡稱TJT023－85），采用的是半概率半經驗的極限狀態(tài)設計方法。雖然也采用概率理論及結構可靠度理論，但在設計公式中是用三個經驗系數(shù)來反映結構的安全性，即荷載安全系數(shù)、材料安全系數(shù)、結構工作條件系數(shù)。
在設計中，對這種系數(shù)的差別要注意區(qū)別，不能混淆。
2材料強度取值上的差別
2．1混凝土的強度
混凝土立方體抗壓強度是混凝土的基本強度指標，是用標準試塊在標準養(yǎng)護條件下養(yǎng)護后用標準試驗方法測得的強度指標。兩規(guī)范中所采用的試塊尺寸是不同的。GBJ10－89中采用150mm立方體試塊，TJT023－85中用200mm的立方體試塊。GBJ10－89中，根據(jù)測得的具有95％保證率的立方體抗壓極限值來確定混凝土的強度等級，一共分為十級，即C10，C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C60。
TJT023－85中，根據(jù)測得到具有84．13％保證率的立方體抗壓極限值來確定混凝土的強度等級，用混凝土標號表示，一共分為七級，即15號、20號、25號、30號、40號、50號、60號。由于所采用的試塊尺寸不同，兩規(guī)范中相同數(shù)值等級的混凝土強度值是不同的，GBJ10－89的值大。如C15混凝土與15號混凝土，盡管都表示強度等級為15Mpa的混凝土，但實際強度C15混凝土比15號混凝土大。混凝土強度取值不同，這一點在設計中是要注意的。
2．2鋼筋的強度
兩規(guī)范中，鋼筋的標準強度取值是一樣的，都采用鋼材的廢品限制值作為取值依據(jù)。但鋼筋的設計強度取值不一樣，GBJ10－89中以標準強度值除以材料分項系數(shù)作為取值依據(jù)，而TJT023－85中設計強度取值與標準強度取值是一樣的。這樣，相同的鋼筋等級，TJT023－85中鋼筋的設計強度取值大。
3荷載取值的差別
兩規(guī)范中荷載分類與取值都有明確的規(guī)定，不容易混淆。在荷載效應組合中有一點差別，應注意。GBJ10－89中，荷載效應組合時，既有荷載分項系數(shù)，又有荷載組合系數(shù)，要區(qū)別開來。TJT023－85中只有荷載分項系數(shù)。
4構件計算的差別
兩規(guī)范中在構件計算上，盡管依據(jù)的原理、計算假定、計算模型基本一致，但計算公式、計算結果是有較大差別的。構件計算是關系到設計結果的最重要的一環(huán)，值得重視。限于篇幅，只以正截面受彎和斜截面受剪強度計算為例看計算上的差別。
4．1正截面受彎強度計算
兩規(guī)范在計算假定上就有差別?；炷翗O限壓應變取值，TJT023－85中為εu＝0．003GBJ10－89中εu＝0．0033。在等效矩形應力圖形中，TJT023－85取γσ＝Raβx＝0．9x。GBJ10－89中取γσ＝1．1fcβx＝0．8x。由于εu取值不同，兩規(guī)范中混凝土界限受壓區(qū)高度有些差別。從混凝土極限壓應變、等效矩形應力圖形的差別上可以看出，兩規(guī)范中安全儲備是不同的。TJT023－85的安全儲備大。
下面用算例來說明這一問題。
有矩形截面梁，截面尺寸為250mm×500mm20號混凝土，Ⅱ級鋼筋。計算截面處計算彎矩為Mj＝15KN．m試進行配筋計算。
4．1．1先按TJT023－85計算。
已知20號混凝土抗壓強度設計值Ra＝11MpaII級鋼筋抗拉強度設計值Rg＝340Mpa混凝土相對界限受壓區(qū)高度ξjg＝0．55，材料安全系數(shù)γc＝γs＝1．25。
（1）求混凝土受壓區(qū)高度x
先假定鋼筋按一排布置，鋼筋重心到混凝土受拉邊緣的距離a＝40mm，則有效高度h0＝（500－40）mm＝460mm由
得
解得X＝133mm＜ξjgh0＝0．55×460＝253mm。
（2）求所需鋼筋數(shù)量Ag，由RgAg＝Ra·bx，得
Ag＝＝＝1076mm2
（3）驗算最小配筋率μ＝＝＝1％＞μmin＝
0．1％，滿足規(guī)范要求。
4．1．2按GBJ10－89計算
C20混凝土，彎曲抗壓強度設計值fcm＝11Mpa，鋼筋抗拉強度設計值fy＝310Mpa混凝土相對界限受壓區(qū)高度ξb＝0．544
（1）求X有Mj＝fcmb×（h0－）得115×106＝11×250×（460－），解得x＝（1－1－）h0＝102．3mm＜ξbh0＝0．544×460＝250．2mm滿足要求
（2）求As由Asfy＝fcmbx得As＝fcmbx／fy＝（11x250×102．3）／310＝907．5mm2＞μminbh0＝0．15％×250×460＝172．5mm2
如果扣除由于20號混凝土與C20混凝土之間強度取值的差別，20號混凝土按GBJ10－89，fcm＝11×0．95＝10．45MPa則x＝（1－1－）×460＝108．5mm，As＝（10．45x250x108．5）／310＝914．4mm2
從上述計算中看出，按TJT023－85比按GBJ10－89鋼筋用量多17．7％。
4．1．3受彎構件斜截面強度計算
在斜截面強度計算中，兩規(guī)范都是根據(jù)斜截面發(fā)生剪壓破壞時的受力特征和試驗資料所制定的。但兩規(guī)范在計算公式表述上及計算結果上都有較大的差別。
TJT023－85中，斜截面強度計算公式為：Qj≤Qu＝Qhk＋QW，其中Qhk＝0．0349bh0（2＋p）RμkRgk，Qw＝0．06RgwΣAwsinα，式中Qj：根據(jù)荷載組合得出的通過斜截面頂端正截面內的最大剪力，即計算剪力，單位為KN；Qhk：混凝土和箍筋的綜合抗剪承載力（KN）；Qw：彎起鋼筋承受的剪力（KN）；b：通過斜截面受壓區(qū)頂端截面上的腹板厚度（cm）；h0：通過斜截面受壓區(qū)頂端截面上的有效高度，自縱向受拉鋼筋合力點至受壓邊緣的距離（cm）；μk：箍筋配筋率μk＝nk·ak／（b·s）；Rgk：箍筋的抗拉設計強度（Mpa），設計時不得采用大于340Mpa：R：混凝土標號（Mpa）；p斜截面內縱向受拉主筋的配筋率，p＝100μ，μ＝Ag／bh0當p＞3．5時，取p＝3．5；Rgw：彎起鋼筋的抗拉設計強度（Mpa）；Aw在一個彎起鋼筋平面內的彎起鋼筋縱截面面積（cm2）；α：彎起鋼筋與構件縱向軸線的夾角。
上式中工作條件系數(shù)、安全系數(shù)均已記入。公式的適用條件采用上限值和下限值來保證。上限值要求截面最小尺寸滿足Qj≤0．051Rh0（KN）。滿足下限值，Qj≤0．038R1bh0（KN）可按構造要求配置箍筋，式中R1：混凝土抗拉設計強度（Mpa）。GBJ10－89中，斜截面承載力的計算公式為V≤Vu＝Vcs＋Vsb其中Vcs＝0．07fcbh0＋1．5fyv（Asv／S）h0Vsb＝0．8fyAsbsinαs當為承受集中荷載的矩形獨立梁，Vcs＝0．2／（λ＋1．5）fcbh0＋1．25fyvh0，式中V：構件截面上的最大剪力設計值（N）；Vcs：混凝土與箍筋的綜合抗剪承載力（N）；Vsb：彎起鋼筋所承受的剪力（N）；b：矩形截面的寬度，T形截面或I形截面的腹板寬度（mm）；h0：通過斜截面受壓區(qū)頂端截面上的有效高度，自縱向受拉鋼筋合力點至受壓邊緣的距離（mm）；fc：混凝土的抗壓強度設計值（Mpa）；fyv：箍筋的抗拉強度設計值（Mpa）；S：沿構件長度箍筋間距（mm）；fy：彎起鋼筋的抗拉強度設計值（Mpa）；Asb：在一個彎起鋼筋平面內的彎起鋼筋縱截面面積（mm2）；αs：彎起鋼筋與構件縱向軸線的夾角。
公式的適用條件也是采用上限值和下限值來保證。上限值要求截面最小尺寸滿足V≤0．25fcbh0當為薄腹梁，V≤0．2fcbh0。滿足下限值V＝0．07fbh0，可按構造要求配置箍筋。從上述公式中，可以看出，公式的表達形式不同，各物理量的單位也不同。
下面以實際例子看看計算結果上的差別。
已知T形截面簡支梁，25號混凝土，縱筋采用II級鋼筋，箍筋采用I級鋼筋，計算截面的計算剪力為416．27KN受拉區(qū)有2Φ32的縱筋，保護層厚30mm。進行腹筋設計。
下表是根據(jù)兩規(guī)范進行的計算比較。
TJT023－85中，對斜截面抗剪計算，要求彎起鋼筋承擔40％的計算剪力，混凝土與箍筋共同承擔60％的計算剪力。另根據(jù)規(guī)范對計算剪力的定義，TJT023－85中的計算剪力與GBJ10－89中的設計剪力是一致的。所以在GBJ10－89計算中，也按4：6比例分擔剪力。
關鍵詞：建筑工程；混凝土；結構設計
近年來，隨著我國城鎮(zhèn)化發(fā)展的深入推進，建筑需求量越來越多。在現(xiàn)代建筑工程施工過程中，混凝土結構是普遍使用的一種結構形式。這種結構具有承載力強、耐久性好、剛度大、耐火性高、安全性高等特點，同時在施工過程中施工成本較低，得到了廣泛的應用。在實際中，為了確保建筑混凝土結構的施工質量，實現(xiàn)建筑工程的各項功能，必須對混凝土結構設計中可能存在的問題進行嚴格的管控，合理分析，并制定相應的解決對策，為建筑工程施工質量的提高打下良好基礎。
1建筑工程混凝土結構設計中的不足
1.1地基與基礎設計中的問題
在混凝土結構設計中，天然地基獨立基礎有時因為持力層土層分布不均勻，使基礎坐落在軟硬不均的土層上，相鄰基礎沉降差過大，導致基礎變形過大；由于地下室在提高建筑穩(wěn)定性、地基承載力、減少地震破壞以及解決建筑埋深等方面有十分重要的作用。因此，在很多建筑工程中，經常會設置地下室。當建筑選址在山地上時，由于原始地貌水位較低，設計過程中往往會忽視建筑工程竣工后由于回填土體毛細現(xiàn)象，導致地下室底板及外墻承載力不足，出現(xiàn)墻體裂縫和底板涌水現(xiàn)象，給工程項目帶來難以解決的問題和損失。
1.2混凝土上部結構設計中的問題
在混凝土結構上部設計時，還存在一些問題，框架結構中抗震設防防線較少；因梁跨度大，梁截面高度就大，而框架柱截面較小，導致強梁弱柱情況出現(xiàn)；框架—剪力墻和剪力墻結構中，剪力墻布置不均勻，出現(xiàn)單肢剪力墻剛度過大，應力集中，連梁剛度過強等；高層結構中忽視零應力區(qū)等現(xiàn)象。這樣類似問題出現(xiàn)，會給建筑結構的安全帶來隱患。
2混凝土結構設計不足的應對策略
2.1混凝土結構地基與基礎設計
在實際工程中，采用天然地基基礎形式時，要么基礎情況非常好，地基承載力非常高；要么上部荷載較小，樓層數(shù)較低，對地基承載力要求也較低，采用天然地基可以使工期短、造價低。但無論如何都要滿足地基的強度和變形要求。根據(jù)地基基礎設計規(guī)范的規(guī)定，地基承載力特征值低于130kPa、相鄰建筑物距離過近可能導致發(fā)生傾斜、建筑物附近堆載過大等都應進行變形驗算。當基礎處于軟硬不均的持力層土層上時，要采用褥墊層以調整不均勻沉降。根據(jù)具體情況，進行厚度約為500～600mm的換填，并進行分層碾壓夯實。采用錐形獨立基礎時，斜面坡度小于1:3，混凝土能夠振搗密實，保證基礎強度和高度的要求。在對基礎間拉梁設計時，要充分考慮梁上土的重量和柱底荷載拉力的作用，適當?shù)脑黾优浣睿瑥亩ＷC基礎的整體剛度。對于地下室工程，宜建造在密實、均勻、穩(wěn)定的地基上。當處于不利地段時，應采取相應措施。充分考慮各個構件所承受的荷載，尤其是水浮力，回填土后水的壓力會升高。底板的浮力會加大，墻體的水平壓力也會增高。針對這樣的問題，在建筑使用功能允許的情況下，應將底板和地下室外墻盡量分隔成小跨，以減小壓力對底板和外墻的影響，減少開裂情況的發(fā)生。同時，可以提高墊層混凝土強度等級，厚度也不小于100mm。
2.2混凝土結構上部設計
上部設計中，宜設置多道防線。（1）對整體建筑的抗震要求進行全面考慮，也就是重視概念設計?？拐鹪O計宜采用平面布置基本均勻，豎向剛度無明顯變形、承載力無明顯突變的結構體系，不應采用嚴重不規(guī)則結構。因此應選擇合理的抗震結構體系和構件截面尺寸以及合適的配筋方式，確保豎向構件有足夠的延性，增大構件的塑性變形能力。框剪結構和剪力墻結構設計時，剪力墻應沿著縱橫兩個方向，布置在建筑周邊、電梯間、樓梯間及荷載較大的位置，墻體間距滿足規(guī)范，同時單片剪力墻的水平剪力不能高于結構底部總水平剪力的30%。在設計第二道防線時，要對剪力墻連梁的跨高比進行嚴格控制。實踐表明，剪力墻連梁跨高比為5時，各項性能是最好的。（2）在進行剪力墻梁、柱設計時，應該堅持強柱弱梁、強剪弱彎、強節(jié)點強錨固的原則。此外，對于中震程度建筑混凝土結構，需要考慮第一級別剪力墻，墻肢數(shù)量最少要保持4肢。當?shù)谝患墑e的剪力墻進入塑性階段后，需要在級別較小的剪力墻進行多道設防，避免建筑在震動下過度變形，從而對級別小的剪力墻造成危害。在上部結構設計中，設計者應有選擇的將縱橫兩片剪力墻連接在一起，在遇到中震或者大震時，剪力墻開裂會達到耗能的作用，這樣就保持了建筑延性破壞，確保了建筑整體性能不損壞，真正做到小震不壞、中震可修、大震不倒，以保證人民生命財產的安全。
3結束語
在新時期下，不管是業(yè)主，還是建設單位都對建筑工程的整體質量有很高的要求，即使是墻體開裂都會對人的心理帶來不好的影響。因此結構設計時必須根據(jù)具體情況，認真、仔細的對混凝土結構進行設計，并反復審查，發(fā)現(xiàn)問題后及時解決，不斷優(yōu)化混凝土結構設計方案，從而促進建筑工程施工質量的提升，為整個建筑工程各項功能的實現(xiàn)提供保障。
作者:毛亞鳳 單位:昆明理工大學
參考文獻：
[1]張立軍.論房屋建筑混凝土施工技術[J].工程技術研究,2017,(2):73+75.
[2]仇文法.建筑工程混凝土施工技術與質量管理[J].住宅與房地產,2015,(28):53+57.
關鍵詞：鋼骨混凝土柱鋼骨截面形式鋼骨含鋼率
前言
所謂超限高層建筑工程是指超出國家現(xiàn)行規(guī)范、規(guī)程所規(guī)定的適用高度和適用結構類型、體型特別不規(guī)則以及有關規(guī)范、規(guī)程規(guī)定應進行抗震專項審查的高層建筑工程。中廣大廈是集辦公，住宅,商場,餐飲,娛樂為一體的大型高層綜合性建筑。包括三棟高層塔樓(A,B,C棟).裙房五層,地下二層。地下一、二層為設備用房，汽車庫，地下二層戰(zhàn)時為六級人防。地上一~五層為商場。A、B棟塔樓為6~26層蝶形平面的高層住宅，房屋高度89.1米，包括局部突出在內，建筑總高度106.1米。C棟塔樓為6~28層大空間辦公室，房屋高度99.6米。包括局部突出在內，建筑總高度118.800米。五層商場總面積為26745平方米，總建筑面積100010平方米。
因房屋總長度遠超過鋼筋混凝土結構伸縮縫最大間距55米的限值，為此設二道抗震縫將房屋分為三段，形成三個結構單元。即A、B棟高層為大底盤、雙塔樓；C棟為獨立帶裙房的框架剪力墻結構高層建筑；其余為框架結構。建筑抗震設防類別均為乙類，場地類別為Ⅱ類?；A采用鋼筋混凝土平板式筏形基礎，底板厚度1600mm（住宅部分）、1800mm（辦公部分），持力層為強風化砂巖，地基承載力標準值400Kpa，壓縮模量Es=12~17Mpa.。本建筑的結構安全等級為一級，設計基準期為50年。本文以A、B棟為論及對象。
1、結構布置特點
A、B棟高層為滿足上部住宅建筑的舒適性、規(guī)則性要求（即住宅室內無柱角）及下部五層商場大空間的使用要求，采用五層大底盤雙塔樓框支剪力墻結構，在五~六層中間利用設備層做轉換層，采用梁式轉換，轉換層設置標高為23米。高寬比為3.22，長寬比為4.13，轉換層上下剪切剛度比值γ=1.395。
1、房屋高度超限
A、B棟高層房屋高度為89.1米，超過了《鋼筋混凝土高層建筑結構設計與施工規(guī)程》（JGJ3-91）中規(guī)定的框支剪力墻結構8度區(qū)適用高度80米的限值。
2、采用雙塔樓聯(lián)體結構，質量、剛度分布不均勻，豎向不規(guī)則。
3、高位轉換：
在五~六層之間利用設備層做轉換層，標高23米。超過8度區(qū)轉換層宜控制在3層以下的限制。
4、由于住宅建筑平面的要求，局部存在二次轉換。
5、由于商場使用功能的限制，A、B棟塔樓的落地剪力墻數(shù)量偏少，且大都布置在商場后部，主體結構與大底盤中心的偏心矩與底盤尺寸之比大于0.2。
6、6~26層住宅部分在剪力墻局部開設角窗。
2、構造措施
經我院多次分析論證，認為其主要不利因素為：框支剪力墻結構在轉換層以下，支撐框架與落地剪力墻并存，形成了“支撐框架—剪力墻“體系。此中，支撐框架是一個薄弱環(huán)節(jié)。這種結構體系，在高位轉換時，由于在轉換層附近的剛度、內力和傳力途徑發(fā)生突變，易形成薄弱層，對抗震不利。同時，支撐框架柱要直接承擔上部傳來的重力荷載，直接承擔其上剪力墻由于傾覆力矩產生的軸力，要直接承擔不可能依靠樓板全部間接傳力給落地剪力墻而有一部分直接傳來的地震水平剪力。這樣使得轉換層以下支撐框架柱的內力遠大于計算分析結果。對此采取以下措施：
1、在塔樓范圍內五層以下框支部分采用鋼骨混凝土柱，鋼筋混凝土梁混合結構（鋼骨混凝土柱共48個）。作為解決高位轉換和高度超限的一項重要措施。
2、A、B棟塔樓的裙樓樓屋面板，在塔樓高振型的影響下，承受較大反復作用下的縱向拉壓力及橫向剪力，受力十分復雜。同時，由于建筑使用功能的要求，在裙樓中部開設大洞以便設置電梯，對樓板削弱較大。針對這一不利因素，在設計中采用了加強開大洞處樓板四周梁的斷面及配筋，加大樓板厚度，增設斜筋的措施。
3、由于上部住宅為蝶形平面，在轉換層個別部位出現(xiàn)了二次轉換梁。根據(jù)《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》（JGJ3-2002）第10.2.10條的規(guī)定：轉換層上部的豎向抗側力構件（墻、柱）宜直接落在轉換層的主結構上。當結構豎向布置復雜，框支主梁承托剪力墻并承托轉換次梁及其上剪力墻時，應進行應力分析，按應力校核配筋，并加強配筋構造措施。B級高度框支剪力墻高層建筑的結構轉換層，不宜采用框支主、次梁方案。針對這一不利因素，我們采取了加強框支主梁的配筋構造措施，并在框支主梁的下部配筋區(qū)設置鋼梁的措施。
4、在住宅部分開設角窗，削弱了剪力墻結構體系的整體性，對其抗震性能帶來了不利影響，改變了剪力墻與框支梁之間的傳力方式。針對這一不利因素，我們決定從受力計算和構造措施兩方面予以加強處理。
3、計算結果分析
3.1、總體計算結果
1、計算軟件：
采用中國建筑科學研究院的PKPM系列中的TAT（多層及高層建筑結構三維分析與設計軟件），SATWE（多、高層建筑結構空間有限元分析與設計軟件）兩種不同程序分別進行對比計算，其總體計算結果接近。下面列出TAT、SATWE的計算結果。地震影響系數(shù)采用《建筑抗震設計規(guī)范》GBJ11-89中的數(shù)值：多遇地震0.16，罕遇地震0.9，阻尼比取0.05
2、設計參數(shù)：
地震烈度8度；場地土類別Ⅱ類；抗震等級框架、剪力墻均為一級；樓層自由度數(shù)：每個塔樓每層3個自由度（兩個平動，一個扭轉）；地震作用按側剛分析模型考慮扭轉耦連，用18個振型計算，固定端取在±0.000處。
3、結構基本周期：
SATWE結果：T1=1.3611T2=1.3455T3=1.2611
T4=1.1075T5=1.0510T6=1.0458
（僅列出前六個振型）
TAT結果：T1=1.5046T2=1.4899T3=1.3669
T4=1.2368T5=1.1506T6=1.0749
(僅列出前六個振型)
4、地震作用下的底層水平地震剪力系數(shù)：
SATWE結果：Qox/G=4.44%Qoy/G=4.35%
TAT結果：Qox/G=4.08%Qoy/G=4.08%
5、地震作用下按彈性方法計算的最大層間位移與層高比值：
SATWE結果：Ux/h=1/2262Uy/h=1/2187
TAT結果：Ux/h=1/1573Uy/h=1/1583
6、地震作用下按彈性方法計算的最大頂點位移與總高比值：
SATWE結果：Ux/H=1/3021Ux/H=1/2649
TAT結果：Ux/H=1/2428Ux/H=1/2373
7、結構振型曲線及時程分析的部分圖形
3.2、計算結果分析
根據(jù)以上計算結果來看，兩種計算結果接近。下面以SATWE程序為主進行分析：
1、自振周期在合理范圍之內，結構扭轉為主的第一自振周期與平動為主的第一自振周期之比為0.9，滿足規(guī)范要求。
2、振型曲線光滑符合規(guī)律。
3、底層剪重比>3.2%,滿足規(guī)范要求。
4、最大層間位移和頂點位移<1/1000，滿足規(guī)范要求。從最大樓層位移曲線可以看出，五層以下較緩，而轉換層以上較陡，說明底盤剛度比塔樓剛度小。
5、分析表明，時程分析的最大位移均不超過反應譜法計算的位移值，y向樓層剪力，X、Y向樓層彎矩均不超過反應譜法計算的樓層剪力及樓層彎矩，僅X向樓層剪力TAF-2波大于反應譜法，但三個波的平均值仍小于反映譜法樓層剪力。動力時程分析復核結果表明，不需要調整個樓層構件的內力和斷面配筋。
3.3、局部計算及構造處理
1、框支梁：采用SATWE程序中的框支剪力墻有限元分析程序進行計算，并進行應力分析。同時，加強框支梁的配筋構造措施，為避免框支梁鋼筋過密，在框支主梁的下部配筋區(qū)加設一根580mm高的鋼梁。
2、角窗：整體計算時，角窗上部墻體按雙懸臂梁進行計算。配筋設計時同時滿足剪力墻連梁的要求。同時，加強角窗周圍的暗柱及連梁的配筋，邊墻剪力墻加墻垛，角窗部分樓板加斜筋。
3、鋼骨柱的計算：首先，確定鋼骨的截面形式，預定鋼骨柱的鋼骨含鋼率，帶入SATWE程序中進行整體計算，并根據(jù)計算結果調整含鋼率。有關鋼骨柱的構造及具體做法見下面的詳細介紹。
4、鋼骨混凝土結構設計前的準備工作
采用鋼骨混凝土是解決超限問題的重大技術措施，也是本次設計的重要組成部分，在我省也是首次采用。在本次設計中，鋼骨柱采用的是實腹式十字型鋼，鋼骨梁采用的是工字型鋼。在鋼骨混凝土結構設計中需要注意的幾個問題如下：
4.1、鋼骨的含鋼率：
關于鋼骨混凝土構件的最小和最大含鋼率，目前沒有統(tǒng)一的認識，但當鋼骨含鋼率小于2%時，可以采用鋼筋混凝土構件，而沒有必要采用鋼骨混凝土構件。當鋼骨含鋼率太大時，鋼骨與混凝土不能有效地共同工作，混凝土的作用不能完全發(fā)揮，且混凝土澆注施工有困難。因此，在冶金部行業(yè)標準《鋼骨混凝土結構設計規(guī)程》YB9082-97中將鋼骨含鋼率定為2%~15%。一般說來，較為合理的含鋼率為5%~8%。另在建設部行業(yè)標準《型鋼混凝土組合結構技術規(guī)程》JGJ138-2001中定為4%~10%。在中廣大廈鋼骨混凝土柱的設計中，考慮到建設單位盡量節(jié)約鋼材，節(jié)省資金的要求，經專家委員會認可，鋼骨柱的含鋼率確定為3.5%。
4.2、鋼骨的寬厚比：
鋼板的厚度不宜小于6mm，一般為翼緣板20mm以上，腹板16mm以上，但當鋼板厚度大于36mm時，鋼材的厚度方向的斷面收縮率應符合現(xiàn)行國家標準《厚度方向性能鋼板》GB5313中的Z15級的規(guī)定。這是因為厚度較大的鋼板在軋制過程中存在各向異性，由于在焊縫附近常形成約束，焊接時容易引起層狀撕裂，焊接質量不易保證。鋼骨的寬厚比應滿足規(guī)范的要求。
4.3、鋼骨的混凝土保護層厚度：
根據(jù)規(guī)范規(guī)定，對鋼骨柱，混凝土最小保護層厚度不宜小于120mm，對鋼骨梁則不宜小于100mm。
4.4、要重視鋼骨混凝土柱與鋼筋混凝土梁在構造連接上的配合協(xié)調問題。
5、鋼骨的制作與構造措施
5.1、鋼骨的制作
鋼骨的制作必須采用機械加工，并宜由鋼結構制作廠家承擔。型鋼的切割、焊接、運輸、吊裝、探傷檢驗應符合現(xiàn)行國家標準《鋼結構工程施工及驗收規(guī)范》GB50205、《建筑鋼結構焊接技術規(guī)程》JGJ81、《鋼結構工程質量檢驗評定標準》GB50221的規(guī)定，鋼材、焊接材料、螺栓等應有質量證明書，質量應符合國家有關規(guī)范的規(guī)定。焊接前應將構件焊接面除油、除銹，焊工應持證上崗。施工中應確保施工現(xiàn)場型鋼柱拼接和梁柱節(jié)點連接的焊接質量，型鋼鋼板的制孔，應采用工廠車床制孔，嚴禁現(xiàn)場用氧氣切割開孔，在鋼骨制作完成后，建設單位不可隨意變更，以免引起孔位改變造成施工困難。
5.2、鋼骨混凝土中設置抗剪拴釘?shù)囊?/p>
鋼骨混凝土與鋼筋混凝土結構的顯著區(qū)別之一是型鋼與混凝土的粘結力遠遠小于鋼筋與混凝土的粘結力。根據(jù)國內外的試驗，大約只相當于光面鋼筋粘結力的45%。因此，在鋼筋混凝土結構中認為鋼筋與混凝土是共同工作的，直至構件破壞。而在鋼骨混凝土中，由于粘結滑移的存在，將影響到構件的破壞形態(tài)、計算假定、構件承載能力及剛度、裂縫。通?？捎脙煞N方法解決，一是在構件上另設剪切連接件(栓釘)，并按照計算確定其數(shù)量，即滑移面上的剪力全由剪切連接件承擔，稱為完全剪力連接。這樣可以認為型鋼與混凝土完全共同工作。另一種方法是在計算中考慮粘結滑移對承載力的影響，同時在型鋼的一定部位：如（1）柱腳及柱腳向上一層范圍內；（2）與框架梁連接的牛腿的上、下翼緣處；（3）結構過渡層范圍內的鋼骨翼緣處加設抗剪栓釘作為構造要求。構件中設置的栓釘應符合國家現(xiàn)行標準《園柱頭焊釘》GB10433的規(guī)定，栓釘直徑一般為Ø19,長度不宜小于4倍栓釘直徑，間距不宜小于6倍栓釘直徑，且不宜大于200mm。并采用特制的設釘槍進行焊接，焊接質量應滿足規(guī)范要求。
5.3、鋼骨的拼接
鋼骨柱的長度應根據(jù)鋼材的生產和運輸長度限制及建筑物層高綜合考慮，一般每三層為一根，其工地拼接接頭宜設于框架梁頂面以上1~3m處。鋼骨柱的工地拼接一般有三種形式：（1）全焊接連接；（2）全螺栓連接；（3）栓、焊混合連接。設計施工中多采用第三種形式，即鋼骨柱翼緣采用全溶透的剖口對接焊縫連接，腹板采用摩擦型高強度螺栓連接。中廣大廈設計中的鋼骨工地拼接采用第三種形式。
5.4、鋼骨柱的柱腳構造
1、鋼骨柱的柱腳分為埋入式和非埋入式兩種，在抗震區(qū)宜采用埋入式柱腳，柱腳鋼骨的混凝土最小保護層厚度為：中間柱：不得小于180mm，邊柱和角柱：不得小于250mm。
2、鋼骨柱埋入式柱腳的埋入深度不應小于3倍型鋼柱截面高度，在注腳部位和柱腳向上一層的范圍內，鋼骨柱翼緣外側設置栓釘，栓釘直徑不小于Ø19，間距不大于200mm,且栓釘至翼緣板邊緣的距離大于50mm。
3、在中廣大廈的鋼骨設計中，由于建筑物嵌固端取在±0.000米處，為保證地下一層汽車庫的使用功能，經多次反復研究、討論，最終確定了底層框架梁水平、垂直加腋，鋼骨伸入框架柱內長度為1.5m，下部與鋼筋混凝土柱柱心鋼筋焊接。在施工過程中，施工單位提出，鋼骨注腳放在半層柱上施工有困難，施工質量無法保證。后經施工單位、設計單位、制作單位及建設單位多次研究，決定在鋼骨柱柱腳底部另設格構式支架，將支架一延伸至地下一層底板（支架必須保證拉力傳遞），比上述方法容易施工，加快了施工進度。經實踐證明在今后的設計中若遇到同類問題，宜將鋼骨直接伸入地下一層，這樣即滿足了埋入式柱腳的埋深問題，又取消了底層梁加腋的施工工序、支架的制作安裝工序，節(jié)省了時間，施工質量較易保證。
5.5、鋼骨柱的節(jié)點構造
框架梁、柱節(jié)點核心區(qū)是結構受力的關鍵部位，設計時應保證傳力明確，安全可靠，施工方便，節(jié)點核心區(qū)不允許有過大的變形。
在鋼骨混凝土結構中，梁、柱節(jié)點包括以下幾種形式：（1）鋼骨混凝土梁—鋼骨混凝土柱的連接；（2）鋼梁—鋼骨混凝土柱的連接；（3）鋼筋混凝土梁—鋼骨混凝土柱的連接。在中廣大廈設計中我們遇到的是第三種情況。
規(guī)范規(guī)定，節(jié)點區(qū)鋼骨部分的連接構造應與鋼結構的節(jié)點連接相一致，在柱鋼骨的鋼牛腿翼緣水平位置處應設置加勁肋，其構造應便于混凝土澆灌，并保證混凝土密實。柱中鋼骨和主筋的布置應為梁中主筋貫穿留出通道，梁中主筋不應穿過鋼骨翼緣，也不得與柱中鋼骨直接焊接，鋼骨腹板部分設置鋼筋貫穿孔時，截面缺損率不宜超過腹板面積的25%。
根據(jù)規(guī)范要求，在中廣大廈鋼骨設計中，我們采用的方法是：在鋼筋混凝土梁與鋼骨柱連接的梁端，設置一段工字型鋼梁（牛腿），鋼梁的高度由鋼筋混凝土梁高決定，一般為鋼筋混凝土梁高的0.7倍以上，鋼筋混凝土梁內鋼筋的一部分與鋼牛腿焊接或搭接，鋼牛腿的長度應滿足梁內鋼筋內力傳遞要求。因鋼骨柱主筋穿過鋼牛腿翼緣，鋼牛腿強度有所削弱，因此梁內鋼筋焊接或搭接長度應從牛腿根部起算。在實際施工中，由于鋼牛腿長度較長，運輸有困難，鋼牛腿的長度均取滿足梁內主筋焊接長度要求。在鋼牛腿的上、下翼緣上設置栓釘，栓釘?shù)闹睆綖?Oslash;19，間距200mm，從框架梁梁端至鋼梁（牛腿）端部以外2倍梁高范圍內為框架梁端箍筋加密區(qū)，梁內主筋保證有不少于1/3主筋面積穿過鋼骨連續(xù)配置。
為方便鋼骨的工廠化制作，鋼骨混凝土結構與普通鋼筋混凝土結構設計中不同且難度最大的是：
（1）需確定鋼骨柱中每根鋼筋的準確位置；
（2）根據(jù)鋼骨這種型鋼翼緣的寬度確定框架梁的寬度；
（3）確定框架梁中每根鋼筋的位置；
（4）根據(jù)柱梁鋼筋的位置確定鋼骨穿孔的位置；
（5）鋼骨中穿鋼筋的孔徑由鋼筋直徑確定，一般比鋼筋直徑大4~6mm；
（6）,鋼骨中縱橫兩方向穿鋼筋孔的位置至少應錯開一個孔徑。
5.6、鋼骨的柱頂構造
根據(jù)規(guī)范規(guī)定，但結構下部采用鋼骨混凝土柱、上部采用鋼筋混凝土柱時，其間應設置過渡層。在本次設計中，過渡層設置在轉換層中，柱頂加設一塊25厚柱頂錨固板。但在實際施工過程中，轉換大梁配筋較多，柱頂錨固板直接影響轉換大梁鋼筋的錨固，經多方研究，取消了柱頂錨固板，為轉換大梁的順利施工創(chuàng)造了條件。
6、經濟比較
未采用鋼骨混凝土柱前，框支柱截面尺寸為1300X1300mm,上部住宅為6~25層。采用鋼骨混凝土柱后，框支柱截面尺寸為1100X1100mm,上部住宅為6~26層，框支柱截面面積減少了30%左右，住宅面積增加了1860平方米。
在整個建筑中，共使用型鋼650噸，型鋼的材料、制作、安裝綜合預算價約為6500元/噸，減去縮小柱截面及減少鋼筋面積的費用后，增加費用257.63萬元，柱截面縮小后商場部分增加使用面積115.2平方米，按20000元/平方米計算，增加收益230.4萬元。增加住宅面積增加收益372萬元（1860平方米，按2000元/平方米計算），變更后增加凈收益352.77萬元。
由此可以看出，采用鋼骨混凝土結構既可滿足設計要求，又能為建設單位增加經濟效益，為在高層建筑設計中解決超限問題提供了可靠途經。是一種值得推廣的良好的結構體系。
論文摘要:使結構安全適用、經濟合理、是結構工程師的任務和責任。根據(jù)長期工作體會從概念設計的觀點出發(fā)，介紹抗震設計中遵循的原則，提高房屋抗震性能的措施。結合工程實際介紹了環(huán)境類別和保護層厚度的確定、按簡支梁計算構造鋼筋的設置等問題。
一、概念設計和結構構造
抗震設計中，影響整個結構抗震能力的因素很多，如：結構構件的承載力和變形能力;非結構構件的材料性能及提供的強度儲備；結構的連接構造；結構的穩(wěn)定性；結構的整體性能在經受第一次地震后多次余震反復作用下的抗破壞能力。目前只對第一種因素作了計算，其它因素尚無法進行計算，靠概念設計和結構構造做到結構體系具備必要的承載力、剛度、穩(wěn)定性、能力吸收及耗能能力，也就是具有足后的延性。對復雜結構，七分計算三分構造，更重要的是概念設計。
（一）概念設計
材料性能、構件性能、連接構造、結構體系通過實驗、實踐檢驗，但還不能計算，稱為概念設計，抗震設計中應遵循以下原則：(1)結構的承載力、剛度、質量在平面內和沿高度應均勻、對稱和連續(xù)分布，避免應力集中：(2)應盡可能設置多道抗震防線，布置超靜定結構及延性較高的耗能構件，注意適當加強靜定結構部位、關鍵部位和薄弱環(huán)節(jié)；(3)注意結構的連接整體性，結果單元應采用牢固連接，不同結構單元應遵守徹底分開的要求；(4)估計和控制塑形鉸區(qū)出現(xiàn)的范圍和部位，有針對性的進行構造布置，掌握結構的屈服過程以及最后形成的屈服機制；(5)做到強柱弱梁、強剪弱彎；(6)采取有效措施防止過早的混凝土剪切破壞，鋼筋錨固滑移和混凝土壓碎等脆性破壞；(7)構件和節(jié)點連接的承載力和剛度要與結構的承載力和剛度相適應，節(jié)點連接的承載力不低于構件的承載力；(8)應該避免盲目增加鋼筋，某一部分結構設計承載力超強或不足，都可能造成結構的相對薄弱，梁端、柱端及抗震墻的加強部位受彎配筋在滿足承載力和抗震構造要求的條件下，應減少鋼筋超配；(9)考慮非結構性部件對主體結構抗震產生有利和不利的影響。
（二）結構構造
結構體系靠力學計算保證構件的承載力及變形，又靠構造措施將構件連接在一起，形成結構體系，合理的構造保證構件傳力明確；保證在力的多次作用下能力的吸收及耗散；避免因部分構件破壞而使結構體系喪失承載能力及抗震能力；保證在設計使用年限內的耐久性?？梢哉f結構構造是概念設計的具體化。我國通過幾十年的實踐，特別是唐山地震所總計的經驗教訓，后來試驗研究都有完整的結構構造措施。但是認識在不斷提高，概念設計在不斷發(fā)展，結構設計除正確運用目前的構造措施，同時還需要不斷總結、充實、提高。
二、結構計算
（一）荷載要準確
荷載包括結構自重，建筑材料做法，設備荷載（設備自重、管道重），建筑功能需要的活荷載，風、雪荷載、地震力、溫度變化產生應力以及其它偶然作用等。有的荷載規(guī)范有所規(guī)定，可作依據(jù)，有的需要各專業(yè)提高。建筑專業(yè)提高的不僅僅是荷重，而應該是具體的材料做法，設備專業(yè)則應提供所選用的樣本。由于建筑做法和設備一般要到訂貨時才能落實，在這以前變換的可能性很大，結構設計人員應該意識到這一點，并要求有相關的知識，準確計算所采用的荷載。
隔墻荷載占總荷載的比例較大，隔墻材料品種繁多，但尚無十分理想的隔墻材料，不是荷重偏大就是隔音差、抗撞擊差或板塊之間易出現(xiàn)裂縫。當隔墻位置固定且隔墻材料確定時，預留荷載是必要的，但考慮過重的隔墻會使結構用鋼量過大。一般可與建筑專業(yè)配合，易采用輕質材料并在施工圖中說明隔墻材料，允許荷載值及位置。
結構計算最忌諱漏掉荷載，他將使計算白費或使結構存在隱患，應引以為戒。
（二）應分析計算結果
對復雜或重大工程一般需要用兩種不同單元模型的程序進行分析和比較，對特殊工程應選擇適當?shù)挠嬎愠绦?。建立的模型，邊界、支撐條件應盡量符合實際。程序中的輸入數(shù)據(jù)應弄明其緣由，弄清其概念，對提高設計質量是不可缺少的。
（三）環(huán)境類別與保護層的確定問題
混凝土設計規(guī)范第3.4.1條規(guī)定了耐久性設計的原則及構件環(huán)境類別的分類標準。規(guī)范第9.2.1條給出了各類環(huán)境條件下的構件縱向受力筋保護層最小厚度。這是新規(guī)范重視耐久性問題的具體體現(xiàn)。由于規(guī)范是依據(jù)構件所處的環(huán)境類別來確定縱向受力筋保護層最小厚度的，對于處在兩種環(huán)境交界部位的構件，如地下室墻，迎水面?zhèn)纫话銥槎惌h(huán)境，而其室內一側一般為一類環(huán)境，兩側面的受力筋保護層最小厚度也應有所區(qū)別。因此筆者認為，對于處在兩種環(huán)境交界部位的構件，在選用最低混凝土級別、確定混凝土配合比等耐久性基本要求（規(guī)范第3.4.2～3.4.8條）時應接交界面上兩種環(huán)境類別中的最不利環(huán)境類別確定，在確定受力筋保護層最小厚度時，則應按構件表面所處的環(huán)境類別分別考慮。否則，對于基礎地板、地下室外墻，隨著保護層厚度的增大，采用商品混凝土時，構件表面出現(xiàn)早期收縮縫的機率也隨之增大，而構件表面開裂后，反而影響構件的耐久性。所以保護層厚度不是越大越好，而應構件表面所處的環(huán)境類別有針對性地選用。
（四）安簡支計算的梁端部上部構造鋼筋設置問題
混凝土結構設計規(guī)范第10.2.6條對實際受約束的簡支梁端上部構造筋作了規(guī)定。此時梁端實際受到部分約束，如按梁端的實際約束條件采用彈性理論進行整體內分析，計算所得的實際彎矩除與梁上承受的荷載大小有關外，更與梁端的約束構件即邊梁或構件柱的相對剛度有關。將梁端構造鋼筋的截面面積與梁跨中下部縱向受力鋼筋計算所需截面面積相關聯(lián)，只體現(xiàn)了梁上承受荷載的大小，而沒有考慮梁端實際約束程度，如果梁端實際約束程度很弱，非常接近于簡支，即使梁上承受的荷載很大，梁端實際彎矩仍很小，因而沒必要配置太多鋼筋，這是其一。其二，條文所指部分約束梁端的構件通常是指磚混結構的構造柱、框架和主次梁體系中的邊梁，如果梁端實際配筋較大，梁承受的負彎矩也較大，與之平衡的構造柱彎矩或邊梁的扭矩也較大，當約束構件是構造柱時，由于構造柱配筋較小，一般為4φ12，很可能造成構造柱的配筋不足；當約束構件是框架或主次梁體系中的邊梁時，雖然按彈性理論計算邊梁有較大的扭矩，但國外的試驗資料表明5，邊梁開裂后，其抗扭剛度約相當于彈性抗扭剛度的1/10。塑性內力重分的結果使得邊梁扭矩和梁端實際彎矩值都很小，沒比要配置太多的鋼筋。新的混凝土結構設計規(guī)范實施前，我院設計的大部分工程終于邊梁相交的梁端實際配筋統(tǒng)一為2φ12（四肢箍為4φ12），20世紀六七十年代設計的部分工程甚至為2φ10或2φ8這些工程已正常使用了30年綜上所述，規(guī)范所給的這種配筋策略是否合適值得商榷。
參考文獻
[1]混凝土結構設計規(guī)范(GB50010-2002).2002
[2]中國建筑科學研究院.混凝土結構設計.中國建筑工業(yè)出版社.2003
[3]呂西林。高層建筑設計(第二版).武漢理工大學出版社.2003。
【關鍵詞】混凝土；結構設計；耐久性；抗震性
1.前言
從傳統(tǒng)的觀念來看，鋼筋混凝土結構具有很多優(yōu)點，它有良好的物理力學性能、取材容易和造價可觀的優(yōu)點，但它最為顯著的特點主要耐久性，混凝土本身的耐久是毋庸置疑的，雖然鋼筋容易發(fā)生腐蝕，但是有混凝土的保護層的包裹，鋼筋不能和空氣接觸，鋼筋不會發(fā)生銹蝕，所以鋼筋混凝土結構的使用壽命是相當長的。所以成為了世界工程建筑使用最廣泛的結構形式。當然這只是從傳統(tǒng)的觀念來看的，但從科學的角度來看，這是不符合科學的探索觀點的，正是由于人們收傳統(tǒng)觀念的影響，只片面了考慮的混凝土的耐久性，忽視了混凝土結構的整體耐久性，并且很多地區(qū)屬于地震多發(fā)段，地震對其的危害相當?shù)拇?，所以抗震性也不容忽視，特別是高層建筑中，抗震性尤為重要，越是樓層高，高樓層的頂部在受到地震作用時側向位移也越大，就更容易發(fā)生坍塌的危險。本文主要從混凝土結構的耐久性和抗震性來分析設計中的一些值得注意的問題。
2.混凝土結構的耐久性
雖然混凝土結構存在的很多的優(yōu)點，但是也存在一些內部因素和外部因素對混凝土結構的耐久性產生影響。
2.1內部因素。內部因素首先便是混凝土的自身問題，混凝土內部存在堿性的水化物，當大氣環(huán)境里的CO2侵入混凝土內部時，會使得混凝土中的這些堿性水化物與CO2發(fā)生中和反應，也就是使得pH值下降，俗稱混凝土的碳化過程。這個過程會讓混凝土急劇收縮，導致混凝土開裂，加上碳化也會破壞鋼筋外表面的氧化膜，使得鋼筋容易銹蝕，發(fā)生危險。提高混凝土的強度等級的，使得內部孔隙率降低，混凝土內部更加的密實，提高了抗?jié)B透性能，減緩了外部有害物質的入侵。值得注意的是當混凝土中加有堿活性的骨料的時候，在露天潮濕環(huán)境下，堿與骨料里的活性顆粒會產生反應，混凝土表面也會產生裂縫，加速侵蝕性物質的入侵破壞。再者的內部因素便是鋼筋本身的影響，當混凝土有裂縫存在且較大的時候，鋼筋肯定會受銹蝕，經過銹蝕的鋼筋體積會膨脹，將混凝土保護層脹裂，又加快了鋼筋的銹蝕。鋼筋銹蝕后，鋼筋的有效受力面積減小，相對應的強度會降低，致使結構承載力削弱。另一方面，銹蝕后的鋼筋抗滑移的能力也會降低，很可能使得結構發(fā)生滑移破壞。時間越長，結構出現(xiàn)承載力問題會加大，有時甚至會突然斷裂的脆性破壞，十分危險。所以影響混凝土耐久性的根源就是混凝土自身的碳化和鋼筋銹蝕。
2.2外部因素
影響混凝土結構耐久性外部重要因素便是外界環(huán)境的影響?！痘炷两Y構設計規(guī)范》規(guī)定：
“一類：室內干燥環(huán)境；永久的無侵蝕性靜水浸沒環(huán)境
二類a：室內潮濕環(huán)境；非嚴寒和非寒冷地區(qū)的露天環(huán)境；非嚴寒和非寒冷地區(qū)與無侵蝕性的水或土壤直接接觸的環(huán)境；寒冷和嚴寒地區(qū)的冰凍線以下的無侵蝕性的水或土壤直接接觸的環(huán)境
二類b：干濕交替環(huán)境；水位頻繁變動環(huán)境，嚴寒和寒冷地區(qū)的露天環(huán)境；嚴寒和寒冷地區(qū)的冰凍線以上與無侵蝕性的水或土壤直接接觸的環(huán)境
三類a：嚴寒和寒冷地區(qū)冬季水位冰凍區(qū)環(huán)境；受除冰鹽影響環(huán)境；海風環(huán)境
三類b：鹽漬土環(huán)境；受除冰鹽作用環(huán)境；海岸環(huán)境
四類：海水環(huán)境
五類：受人為或自然的侵蝕性物質影響的環(huán)境?！?[1]
根據(jù)混凝土結構耐久性的調查，一類環(huán)境中設計使用年限為50年的質量安全基本可以保證。而一類環(huán)境中大部分使用年限超過了100年的都是一些紀念性建筑，數(shù)量上相對來說很少。一類環(huán)境中使用年數(shù)在70到80年的混凝土結構基本符合要求，這些構件的混凝土立方體抗壓強度在15N/mm2 [2]。所以，在設計時，在一定程度上提高混凝土的強度等級并且定期維護，可以使混凝土結構的使用年限適當增加；
第二、三類的環(huán)境情況有些復雜，設計時要規(guī)定水灰比并適當提高混凝土的強度等級，提高密實性以降低混凝土的滲透性，設計時要采用環(huán)氧涂層鋼筋，這種鋼筋就是普通的光圓鋼筋和帶肋鋼筋表面噴涂環(huán)氧樹脂，有很強的耐腐蝕性，注意構造上不能有積水?？梢赃m用于潮濕環(huán)境的工業(yè)與民用房屋、橋梁、碼頭等一些鋼筋混凝土結構；（下轉第505頁）
（上接第503頁）
第四、五類環(huán)境下的混凝土結構的耐久性應該符合有關的標準規(guī)定。
3.混凝土結構的抗震性
當?shù)卣鸢l(fā)生時，作用時間極短，破壞力極大，而建筑本身結構也十分復雜，當其遇到地震力作用的時候，其破壞形式和破壞過程也是相當?shù)膹碗s，如果僅僅依靠結構的計算設計是片面的，是不能夠滿足在地震作用時結構的實際受力狀態(tài)需要的，所以抗震性的問題不能僅僅依賴結構計算設計，還要重視結構抗震的概念設計。概念設計就是在有利于提高結構抗震性的基礎上，對結構進行全面合理的宏觀控制。對于這樣的設計思路我們就應該注意下面幾個問題：
3.1合理場地選擇。場地是影響結構抗震性的一個重要的因素，如果場地地形復雜，依靠工程措施是很難彌補復雜地形的缺陷的。所以選擇場地的時候應該進行詳細的勘察，弄清楚地質情況，避開軟弱土層，容易滑坡，易液化等這樣的不利地段，若不能避開就采取有效的措施，如用樁基礎，加強基礎的剛度和整體性等。
3.2合理選擇建筑體型。在選擇建筑體型的時候，不要選擇太復雜的建筑體型，復雜的建筑體型沒有直接明確的傳力途徑，不利于分析結構的內力，很難找到薄弱部位，特別是有凸起凹進的地方容易產生應力集中的現(xiàn)象，在地震時最容易產生破壞，所以一般最好采用圓形、方形等對稱的建筑體型，受力均勻，布局合理，方便進行內力以及位移分析，美學上也有良好的視覺觀。
3.3合理選擇結構體系。結構體系應該保證有足夠的承載力分布和剛度，并在此基礎上還有足夠的延性。一般來說結構的承載力和剛度是分不開的，剛度越大，則承載力也越大，結構的延性可以吸收很多地震時產生的能量，可以產生較大的變形不讓結構在地震時產生突然的破壞，給人員安全撤出留下了足夠時間。為了更好的提高抗震性能結構所用的材料也要符合相關的抗震要求。
4.結語
總之，雖然在進行混凝土結構設計的時候需要考慮的問題很多，但是混凝土結構的耐久性和抗震性是必須要考慮的問題，把握好這兩個問題的關鍵，可以減少很多的工程事故，提高工程質量，提高工程的安全系數(shù)，保障人員的生命與財產安全。
【參考文獻】
[1]百度百科.[EB.OJ].
根據(jù)建筑物投入使用中的需求進行設計，這種理念稱為概念設計。先對場地進行考察，得出一個宏觀的設計方案，再將方案中的各結構進行探討，得出優(yōu)化方案，這種設計方法具有科學合理、節(jié)省時間的優(yōu)點，在現(xiàn)代建筑中得到了廣泛使用。高層建筑結構特殊，對抗震性能的要求高于其他建筑，概念設計通過對設計結構中的承載力進行分析計算，對不符合規(guī)范的主要承重部位進行加固。混凝土結構在高強度的壓力作用下很容易出現(xiàn)裂縫，內部鋼筋材料也會出現(xiàn)彎曲情況，促成這種質量問題的因素一方面是材料選取不合理，更重要的是設計方案不夠科學，高層結構概念設計中容易出現(xiàn)的問題主要分為以下幾方面：
1.1結構不合理、性能缺少驗證。在高層建筑設計中同時要考慮多種因素，保證結構承載力的前提下盡量減少造價成本，需要將建筑結構從總體至細節(jié)進行優(yōu)化。優(yōu)化工作多數(shù)是將設計圖紙中的一些參數(shù)進行計算分析，適當?shù)募庸虊w厚度，常出現(xiàn)缺少對地基承載力的實際考察情況。高層建筑的抗震能力規(guī)定在中等強度地震時建筑物不會產生高危裂縫，并可通過修補達到預期效果，在發(fā)生高強度的地震時建筑物保證結構不出現(xiàn)坍塌。地震發(fā)生的幾率很小，一旦發(fā)生具有極大的毀滅性，高層建筑抗震性能只停留在設計層面，從數(shù)據(jù)上分析已經達到了國家要求，但各施工地點基層土壤礦物質組成存在差異，松軟程度也就不同，缺少驗證，真正發(fā)生危險時其穩(wěn)定性很難保證。
1.2結構設計缺少創(chuàng)新。高層建筑結構復雜，設計過程中受多種因素限制，為同時滿足多種需求，工程設計師都施行保守方案，缺少創(chuàng)新精神。鋼筋混凝土材質的墻體承載能力與結構有很大聯(lián)系，在剪力墻設計方案中，應充分借鑒國外先進技術，基于傳統(tǒng)結構進行創(chuàng)新，解決承載力不足的問題，同時使高層建筑整體結構更符合大眾審美，減少造價支出。概念設計在結構優(yōu)化上的運用還受很多施工技術以及設備使用方面的限制，阻礙建筑工程行業(yè)進步。
1.3受力分布不均勻。高層建筑上下層的結構是不同的，為保證自身重力不會對建筑物造成破壞，基層修筑中會應用到大量的鋼筋混凝土材料，加固底層的同時削弱上層，可減輕對地基的壓力，同時建筑物承受風力和地震破壞的能力更強。進行概念設計過程中，沒有充分考慮轉換層占據(jù)的空間和對受力平衡的影響，承重柱滿足了承載上層壓力的要求，但墻體產生的剪力不能與內部的應力平衡，作用在水平方向時形成了破壞力。概念設計中缺少優(yōu)化環(huán)節(jié)導致這一現(xiàn)象的產生，很難保障整體結構的穩(wěn)定性。
1.4概念設計中常見問題的解決方案。設計過程中不可脫離實際情況，在前期準備工作中對建筑場地進行詳細的測量，將地區(qū)可能出現(xiàn)的自然災害進行模擬實驗，根據(jù)測試結果對設計結構進行優(yōu)化。充分考慮建筑物的自重，滿足對抗震性能的要求，同時在結構上進行改進，應用力學知識，節(jié)省建筑過程中的原材料使用。合理修筑剪力墻，結構在成體建筑中起到承重作用，但不能破壞空間整體性，注重格局的設計，將各單元的樓梯間進行分別設計，根據(jù)不同區(qū)域的需求，可將方案進行更改，保證整體結構統(tǒng)一又各有特點。在樓體外觀的設計中加入符合當?shù)厝宋奶厣脑?，使建筑物更具有中國特色。應用概念設計法時加強后期的優(yōu)化工作，注重從宏觀到細致的過渡，設計方案要具有靈動性，應對施工進展過程中的突況工程師要及時進行探討，對原有結構做出更改，保障施工連續(xù)進展。設計測量工作中會涉及到很多變量，對這些數(shù)據(jù)進行反復測量，確定合理的浮動范圍，作為施工開展的有力依據(jù)。
2結構選型的問題
2.1結構的超高。在抗震規(guī)范與高規(guī)中，對結構的總高度都有嚴格的限制，尤其是新規(guī)范中針對以前的超高問題，除了將原來的限制高度設定為A級高度的建筑外，增加了B級高度的建筑。因此，必須對結構的該項控制因素嚴格注意，一旦結構為B級高度建筑甚至超過了B級高度，其設計方法和處理措施將有較大的變化。在實際工程設計中，出現(xiàn)過由于結構類型的變更而忽略該問題，導致施工圖審查時未予通過，必須重新進行設計或需要開專家會議進行論證等工作的情況，對工程工期、造價等整體規(guī)劃的影響相當巨大。
2.2控制柱的軸壓比與短柱問題。在鋼筋混凝土高層建筑結構中，往往為了控制柱軸壓比而使柱的截面很大，而柱的縱向鋼筋卻為構造配筋。即使采用高強混凝土，柱斷面尺寸也不能明顯減小。限制柱的軸壓比是為了使柱子處于大偏壓狀態(tài)，防止受拉鋼筋未達屈服而混凝土被壓碎。柱的塑性變形能力小，則結構延性就差，當遭遇地震時，耗散和吸收地震能量少，結構容易被破壞。但是在結構中若能保證強柱弱梁設計，且梁具有良好延性，則柱子進入屈服的可能性就大大減少，此時可放松軸壓比限值。
3結構計算與分析
3.1計算模型的選取。對于常規(guī)結構，可采用樓板整體平面內無限剛假定模型；對于多塔或錯層結構，可采用樓板分塊平面內無限剛模型；對于樓板局部開大洞、塔與塔之間上部相連的多塔結構等可采用樓板分塊平面內無限剛，并帶彈性連接板帶模型；而對于樓板開大洞有中庭等共享空間的特殊樓板結構或要求分析精度高的高層結構則可采用彈性樓板模型。在使用中可根據(jù)工程經驗和工程實際情況靈活應用，以最少的計算工作量達到預期的分析精度要求，既不能不分情況一概采用剛性樓板模型，造成小墻肢計算值偏小，不安全；也沒必要都采用彈性樓板模型，無謂地增大計算工作量。
3.2抗震等級的確定。對常規(guī)高層建筑，可按《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》（JGJ3-2002，J186-2002）第4.8節(jié)規(guī)定確定抗震等級，與主樓連為整體的裙樓的抗震等級不應低于主樓的抗震等級；對于復雜高層建筑還應符合第10章的規(guī)定；對于地下室部分，當?shù)叵率翼敯遄鳛樯喜拷Y構的嵌固部位時，地下一層的抗震等級應與上部結構相同，地下一層以下的抗震等級可根據(jù)具體情況采用三級或更低等級。
3.3非結構構件的計算與設計。在高層建筑中，往往存在一些由于建筑美觀或功能要求且非主體承重骨架體系以內的非結構構件。對這部分內容尤其是高層建筑屋頂處的裝飾構件進行設計時，由于高層建筑地震作用和風荷載較大，必須嚴格按照新規(guī)范中增加的非結構構件的處理措施進行設計。
4結論
