试述建筑结构设计中一些技术措施方法

文/黎宇红 北京正东国际建筑工程设计有限公司 北京 102218

试述建筑结构设计中一些技术措施方法

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随着建设工程中多高层混凝土建筑越来越普遍，结构设计中对于 混凝土裂缝和位移问题也更加重视。简单介绍一些结构设计选型和控制混凝土裂缝、结构位移的方法。

结构设计；基础设计；混凝土裂缝；位移比

建筑结构设计包括主体和基础两部分，分为承载能力极限状态设计和正常使用极限状态设计。在结构方案对比中结构选型是重要的一部分，而混凝土裂缝会影响建筑的耐久性，结构位移会影响建筑的安全性和适用性。

一、基础设计

1.1 基础选型

基础通常分为深基础和浅基础。浅基础常见的类型有：A、 独立基础：最常用的是柱下独立基础。 B、 条形基础：墙下条基，柱下条基是最常用的一种基础形式。 C、 筏板基础：也称为满堂基础。D、箱形基础。深基础常见的类型有：A、桩基础。 B、沉井沉箱基础。 C、地下连续墙深基础。

1.1.1框架结构 当地基条件较好时，可选用独立柱基。若设有地下室且有防水要求时，可采用独立柱基加抗水板。且抗水板下宜铺设有一定厚度的易压缩材料，以减少柱基沉降对抗水板的不利影响，板内亦可在柱间设置暗梁。

1.1.2剪力墙结构 当地基条件较好时，可选用墙下条形基础。若设有地下室且有防水要求时，可采用筏板基础，也可采用墙下条基加抗水板。（高层建筑优先选用筏板基础。

1.2 设计中控制裂缝的措施

1.2.1 控制裂缝可在设计时增设后浇带、变形缝，并在施工缝、混凝土浇筑和养护方面采取措施合理处置。

对于高层建筑一般设有大底盘的地下室和多层裙房。在结构基础设计成整体时，应考虑各部分不均匀沉降带来的影响。一般采用后浇带做法，在施工时把两部分暂时分开，待主体结构施工结束完成大部分沉降量以后再浇筑后浇带部分的混凝土，将高低层建筑连成整体。后浇带混凝土其强度等级应提高一级，且宜采用早强、补偿收缩的混凝土。

后浇带为临时留设的施工缝，设置后浇带的技术要求参见《混凝土结构设计规范》、《建筑地基基础设计规范》、《地下工程防水技术规范》、《高层建筑混凝土结构技术规程》，这里不再赘述。

1.2.2 因为施工时混凝土凝固产生的收缩变化和水化热等影响会随水泥用量的增加而加大。对于大面积的混凝土，若养护不及时不到位，极易产生裂缝（收缩裂缝、温度裂缝）。

1.2.3 对于大体积混凝土还应注意控制温度变形裂缝的发生和开展，设法降低混凝土内部的最高温度，减少其内外温差。可在施工中采用技术措施，也可在材料上考虑混凝土外加剂。例如添加粉煤灰，能降低普通硅酸盐水泥的水化热，增加混凝土微结构的均匀性。粉煤灰混凝土伐板基础具有质轻，抗渗性、抗冻性好的优点，同时它相比而言具有良好的韧性，对地基的要求较低，较适合于软弱地基。经济上与钢筋混凝土整板基础及桩基相比，亦可节省造价。

二、上部结构设计

2.1 结构选型

建筑结构形式按结构材料可以分为木结构、砌体结构、混凝土结构和钢结构四大类，其它还有砖木结构、混合结构等。 钢筋混凝土结构中里又分为：框架结构、剪力墙结构、框架—剪力墙结构、筒体结构、框架—筒体结构、板柱—剪力墙结构，还有复杂高层结构。

一般在多高层钢筋混凝土建筑常采用的结构形式有：框架结构、剪力墙结构、框架—剪力墙结构。在高层、超高层建筑中常采用筒体结构、框架—筒体结构。

这是由于其结构特点决定的。A：框架结构建筑平面布置灵活，利于大空间的房间设置，竖向荷载作用下承载力较高，结构自重较轻；但结构抗侧刚度较小易产生位移，水平力作用下的变形较大（框架的水平位移曲线以剪切型为主，自下而上层间位移减小）。B：剪力墙结构 刚度大、承载力高、整体性好；水平力作用下的变形较小，抗震性能好（剪力墙的水平位移曲线以弯曲型为主，其特点是在结构上部层间位移较大，越到底部层间位移越小）；但在平面布置上不够灵活局限性较大，结构自重较大。C：框架—剪力墙结构框架承受竖向荷载，剪力墙承受水平荷载。综合了框架和剪力墙结构的特点，增大了结构的总刚度、（在侧向力作用下，其水平位移曲线呈弯剪型，层间位移上下趋于均匀）提高了结构的抗震性能，又保持了框架结构易于分割、使用方便的优点。

2.2 提高抗侧抗震性能，控制位移比和层间位移角

设计中进行整体结构分析时，常需要注意的一些控制指标：周期比、位移比、层间位移角、刚度比、楼层受剪承载力之比等。

2.2.1 控制位移比其实是小震不坏、大震不倒的一个抗震措施，目的是限制结构的扭转；限制层间位移角目的是控制结构的侧向刚度，确保结构应具备的刚度及稳定。

按照规范规定在多高层建筑中结构平面布置应减少扭转的影响，需要满足的楼层位移比：在考虑偶然偏心影响的规定水平地震力作用下（不考虑双向地震作用），楼层竖向构件最大的水平位移和层间位移为——A 级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的 1. 2 倍，不应大于该楼层平均值的 1. 5 倍。（A级高度多为高度不大于150米的常规高度的高层建筑）

需要满足的弹性层间位移角限值（不考虑偶然偏心）：A.钢筋混凝土框架 1/550。 B.钢筋混凝土框架—抗震墙、板柱—抗震墙、框架—核心筒 1/800。 C.钢筋混凝土抗震墙、筒中筒1/1000。

在工程实践中一些建筑屋顶会设有高度较大的构筑物或建筑构架，对此应根据实际情况具体分析，加入结构建模参与整体的分析计算。位移曲线应上下渐变，不应有大的突变。

2.2.2 层间位移角不满足规范要求时的调整方法：A、通过调整增强竖向构件，加强墙、柱等竖向构件的抗侧刚度。B、调整平面布置减少扭转效应，结构布置上尽量均匀，注意加强角部竖向构件刚度。

结语：

结构工程师在结构的方案设计阶段进行方案比较时就需注意结构类型的选取及建筑材料的选择，结合设计规范、规程对建筑结构的一般规定和原则，及在结构抗震性能设计、构造要求等方面的设计建议和要求，合理地选取设计参数，对结构进行正确的分析、调整。使设计更加满足安全、适用、耐久、经济和施工可行的要求。