浅谈某工程结构设计分析

蒋晖张德刚

摘要：随着我国建筑业的发展,建筑物越来越多,然而建筑物结构设计作为建筑工程中最重要的一个环节, 必须将建筑结构设计问题放在重要位置上进行探讨，笔者根据自身实践经验以及设计原则，对以下工程结构设计作出了分析。

关键词：概念设计超长结构设计结构抗震设计

中图分类号：TU3文献标识码：A文章编号：

Abstract: with the development of the construction industry, building more and more, however the structure design in construction engineering as one of the most important link, must will be building structural design on important position carries on the discussion, the author''s own practice experience and according to the design principle of the following engineering structure design to make the analysis.

Keywords: concept design super-length structure design structure seismic design

1、工程概况

该工程地下为2层，地上为16层，总建筑面积为36850㎡，在水平方向的长度为119.8m，主要用途为商务办公楼，结构形式为框剪结构，根据规范要求，本工程抗震设防类别为标准设防类，框架的抗震等级为三级，剪力墙的抗震等级为二级。

2、概念设计以及选型

概念设计就是指要求设计人员在整个设计过程中，包括结构的选型、结构分析计算、截面的设计以及细部的处理等方方面面，结合自身的工程实践经验，通盘考虑各种影响因素，选择合适的分析、处理方法，最终设计出一个最为经济、合理的结构方案。然而，无论结构形式如何复杂多样，高层建筑概念设计的设计原则都相同，都是力求使结构布置简单，传力明确，从而得到经济合理的设计方案，笔者大致归纳了以下几点主要设计原则：

2.1 对于超长结构的概念设计来说，其要求所设计的结构体型应简单规则，质量和刚度较均匀变化，结构的抗侧力构件应对称布置以防止结构的不利扭转影响。只有遵循这个设计原则，才有利于使所设计的构件传力明确，才有助于所设计的结构经济合理。

2.2 所设计的高层建筑方案，其结构布置应尽量规则、对称，尽量使高层结构的刚心和质心重合，以避免结构产生较大的扭转效应。

2.3 布置受力构件时应把受力构件布置在有利于承受水平荷载作用和温度应力的位置。故本高层建筑中，把剪力墙对称地布置在结构平面周边，以使剪力墙受力构件抵抗更大的扭转效应。

对于建筑结构来说，一般顶层楼板结构受到的温度应力比较大，因此在进行楼板设计时可把楼板结构划分为不同的长度的区段，从而减小楼板结构的温度应力，减小温度裂缝。同时办公楼的结构选型一般可采用框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构等。

3 超长结构设计

对于超长结构来说，由于平面某一个方向的长度较大，因此一般都采用伸缩缝的形式来减小温度应力，从而避免楼层混凝土开裂。但根据本工程实际使用的要求，本超长结构无法采取设计伸缩缝的形式，而本超长结构的长度已超过规范所要求的设计伸缩缝的长度，这无疑给结构设计带来难度。为了使本超长结构的设计合理而且避免裂缝的产生，在设计中作了以下措施，值得借鉴。

3.1 材料选取。

由于本超长结构不得设有伸缩缝，因此为了有效防止混凝土的收缩开裂，整个楼板结构的混凝土都采用DS-U膨胀纤维配制的补偿收缩混凝土。这样当混凝土由于温度应力而收缩时，膨胀纤维就会发挥作用，弥补混凝土的收缩裂缝。同时，对于地下室的混凝土则采用混凝土强度等级为C30的防水混凝土，抗渗标号要求为P6。另外对于标高位于-0.05m以下的框架柱、剪力墙结构则采用C45的混凝土，根据楼层高度逐渐减小框架柱、剪力墙的混凝土强度等级，在标高为-0.05～19.750m之间的框架柱以及剪力墙采用C40混凝土，对于标高19.750m以上的采取C30混凝土。对于底部为办公楼的超长结构的楼层梁、板则采用C40混凝土。

3.2 结构构造措施。

进行超长结构设计时，构造措施的采用对于超长结构的合理设计有着必要性。针对本超长结构的特点，主要采取以下几种构造措施来满足超长结构设计要求。

（1）配置结构构造钢筋。

构造钢筋的配置是减小裂缝等出现的有效构造措施。因此在超长结构设计中，对于顶层楼板配置双层双向的钢筋网，直径不宜小于10mm，间距不宜大于200mm。同时增大楼板配筋率，楼板以及框架梁上部钢筋采用贯通配置方式。

（2）后浇带的设置。

对于超长结构设置后浇带是解决混凝土开裂的一个行之有效的构造措施之一。后浇带的设置应通过超长结构的整个横截面，把全部剪力墙、框架梁以及楼板等分开。同时后浇带一般设置在结构受力较小的部位。如本超长结构，在7～8轴之间设置有宽度为800mm的后浇带，在施工完成30天以后采用提高5MPa的微膨胀混凝土进行浇筑。另外，后浇带的钢筋连接采用搭接连接方式。

（3）配置无黏结预应力钢筋。

本超长结构的框架梁以及楼板同时配置无黏结预应力钢筋以避免裂缝产生。依据计算结果，本结构适宜在楼板以及框架梁中张拉预应力钢筋。楼板采用2.4～2.8MPa之间的有效预压应力。为此，本超长结构在一层以及顶层的框架梁中另外配置有4φs15.2的预应力钢筋。在一层以及顶层的楼板结构中，沿纵向另外配置有φs15.2无黏结预应力筋，预应力钢筋间距为5500mm，均匀布置在楼板中，施工时超张拉为3%。

3.3结构抗震设计

（1）抗震措施.

在对结构的抗震设计中，除要考虑概念设计、结构抗震验算外，历次地震后人们在限制建筑高度，提高结构延性（限制结构类型和结构材料使用）等方面总结的抗震经验一直是各国规范重视的问题。当前，在抗震设计中，从概念设计，抗震验算及构造措施等三方面入手，在将抗震与消震（结构延性）结合的基础上，建立设计地震力与结构延性要求相互影响的双重设计指标和方法，直至进一步通过一些结构措施（隔震措施，消能减震措施）来减震，即减小结构上的地震作用使得建筑在地震中有良好而经济的抗震性能是当代抗震设计规范发展的方向。而且，强柱弱梁，强剪弱弯和强节点弱构件在提高结构延性方面的作用已得到普遍的认可。

（2）抗震设计理念

我国《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）对建筑的抗震设防提出“三水准、两阶段”的要求，“三水准”即“小震不坏，中震可修，大震不倒”。当遭遇第一设防烈度地震即低于本地区抗震设防烈度的多遇地震时，结构处于弹性变形阶段，建筑物处于正常使用状态。建筑物一般不受损坏或不需修理仍可继续使用。因此, 要求建筑结构满足多遇地震作用下的承载力极限状态验算，要求建筑的弹性变形不超过规定的弹性变形限值。当遭遇第二设防烈度地震即相当于本地区抗震设防烈度的基本烈度地震时，结构屈服进入非弹性变形阶段，建筑物可能出现一定程度的破坏。但经一般修理或不需修理仍可继续使用。因此，要求结构具有相当的延性能力（变形能力）不发生不可修复的脆性破坏。当遭遇第三设防烈度地震即高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震时，结构虽然破坏较重，但结构的非弹性变形离结构的倒塌尚有一段距离。不致倒塌或者发生危及生命的严重破坏，从而保障了人员的安全。因此，要求建筑具有足够的变形能力，其弹塑性变形不超过规定的弹塑性变形限值。

对建筑抗震的三个水准设防要求，是通过“两阶段”设计来实现的，其方法步骤如下：第一阶段：第一步采用与第一水准烈度相应的地震动参数，先计算出结构在弹性状态下的地震作用效应，与风、重力荷载效应组合。并引入承载力抗震调整系数。进行构件截面设计，从而满足第一水准的强度要求；第二步是采用同一地震动参数计算出结构的层间位移角，使其不超过抗震规范所规定的限值；同时采用相应的抗震构造措施，保证结构具有足够的延性、变形能力和塑性耗能，从而自动满足第二水准的变形要求。第二阶段:采用与第三水准相对应的地震动参数，计算出结构（特别是柔弱楼层和抗震薄弱环节）的弹塑性层间位移角，使之小于抗震规范的限值。并采用必要的抗震构造措施，从而满足第三水准的防倒塌要求。

4 结语

在今后的工作中, 建筑结构设计人员需要重新认识自己工作的重要性, 明确自己的责任,在设计上采取合理的结构布置形式、选取合适的材料以及通过设置后浇带等设计措施，使建筑物的设计更安全、更合理。