时间：2023-03-23 15:18:11
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关键词：高层建筑；超长结构；预应力结构；设计
1前言
预应力结构设计技术的发展，为现代高层建筑向更高、体型更复杂，结构形式更多样、功能更全、综合性更强的方向发展提供了更大的可塑空间。通常可使建筑物在同一竖直线上，上部楼层布置住宅、旅馆，中部楼层作为办公用房，下部楼层作商店、餐馆等。以满足综合性的不同需要。本文所介绍的工程设计是一幢集办公、休闲为一体的高档办公楼。
2工程概况
本工程位于益阳市赫山区，建筑面积31000m2，地上21层，地下一层，总高度为83m。其中一层为大型商场，二层为餐厅，三层为娱乐场所，四层及以上为公寓和办公楼。工程结构形式采用框架一剪力墙结构，裙楼为超长结构，结构平面布置随建筑变化而逐层变化，图1为四层的结构平面图，楼层主、次梁均为预应力混凝土技术。
3结构方案设计
混凝土结构构件在混凝土材料收缩和环境温差的作用下发生的体积缩小变形从而增大结构构件的拉应力，当该拉应力大于构件的极限抗拉强度时，构件即开裂。对此，现行规范中规定框架-剪力墙结构伸缩缝最大为45~55m。本结构纵向长度近159.6m，远超过上述规定，而且6个剪力筒大大增强其中间混凝土楼面水平侧向约束。如增加两道或三道结构伸缩缝，必须采用从基础到顶层增加双梁双柱来实现，这除了增加施工难度和成本之外，还大大影响了使用功能和建筑要求。设计采用预应力技术解决这一结构超长问题，通过对结构施加预应力，在结构中预先产生压应力。使其抵消超长结构在季节温差和混凝土收缩过程中产生的拉应力。理论与实践证明预应力对控制超长结构钢筋混凝土结构裂缝是有效的。
预应力除了可有效控制裂缝的作用之外，其主要作用是能有效抵抗竖向荷载并明显降低构件尺寸。经初算,预应力钢筋混凝土结构8.4m跨主梁的梁高可由原来普通钢筋混凝土主梁的700mm降为500mm，次梁梁高可由600mm降为450mm，16.4m跨主梁的梁高可由1600mm左右降为900mm~
1100mm。这样在保持净层高不变的情况下，每层高度可降低200mm。经综合考虑决定采用预应力方案，使楼层数量在建筑总高不变的情况下增加一层，从而取得显著的经济效果。
为此，在设计中我们针对本工程的结构形式和布置特点，确定了以下主要设计原则：
3.1为有效控制混凝土裂缝以及降低层高，结构纵横两个方向的梁均布置预应力筋；考虑到规范要求，采取有粘结预应力，跨后浇带的锁缝预应力筋采用无粘结预应力。
3.2根据文献[2]，混凝土中有效预应力大于0.7Mpa，则可基本避免温度应力导致混凝土开裂。所以间距为2.8m的主次梁均应施加预应力，已达到在板中建立一定预压力避免楼板开裂的目的。
3.3后浇带位置要合理，避免布置在侧向刚度很大的构件周围，以免影响两侧板带的自由收缩。
3.4由于结构复杂，预应力筋数量和形式多样，设计时就必须考虑采取相应的构造和施工措施来避免预应力张拉施工时可能造成混凝土开裂。
4预应力计算
4.1设计重点
a)4~6轴部分结构地下一层至六层纵向均为8.4m跨的框架结构，其中六楼为空中花园，七、八楼中空，到九、十层纵向成为连接两边塔楼的16.4m跨大梁板,其中十层为空中花园。按结构整体计算结果配筋，并对两层柱采取加强措施。另外施工时九层的支撑为两层高，而且后浇带的设置使地下一层至六层的A~C轴和E~F轴以及九、十层A~F轴在后浇带未浇混凝土、锁缝筋未张拉之前形成12.4m的大悬挑结构。所以这些部位结构的支撑均通过认真计算确定并适当加强。
b)如图1所示，十层和十一层17~20/C~G轴之间是一个悬挑大网架，面积为25.2m×33.6m，矢高为一个楼层高度，通过大型预埋件固定在17、18、19、20、E、F、G梁柱节点上。在风荷载的作用下支座对结构产生很大的水平推拉力，十一层G点支座向外拉力最大，为1300kN。为了避免在梁柱节点预埋件处局部混凝土产生过大的集中应力，在预埋件上钻直径20mm的孔，采用无粘结应力筋对预埋件进行锚固,把支座拉力传向远端框架结构。无粘结预应力筋与原结构预应力筋不相干，基本走梁中直线，张拉控制应力为0.6fptk。
c)二十层屋面设置了冷却塔、擦窗机以及沿周边7m高的广告牌。所以本楼层荷载复杂，特别是广告牌支座在风荷载作用下，每个支座最不利弯矩为250kN·m，支座两个支点间距为800mm则支点上下反复集中力约为300KN。支座间距为28m，对于16.8m跨大梁就有5个点落在梁中位置，荷载值很大。
针对以上所述的设计重点难点，预应力设计紧密与建筑、钢结构、设备等专业配合，均采取了相应有效合理的设计措施。
4.2预应力计算标准
材料强度等级:混凝土C40，局部采用杜拉纤维C60混凝土;有粘结和无粘结预应力筋为1860高强低松弛钢绞线，张拉控制应力均为0.75fptk。
本工程采用SATWE以及PREC程序进行抗裂验算以及配筋计算。根据规范要求:结构设计应满足正常使用极限状态、承载能力极限状态以及耐久性的要求。针对结构多样复杂性。对不同情况的构件采取不同的控制标准（见表1）。
所有预应力梁普通钢筋基本采用对称配筋，其受压区高度均小于0.35h0，纵向受拉钢筋折算配筋率均不大于3％，符合规范要求。所有梁均进行两层托一层的施工工况以及楼面自重下一次张拉反拱工况的验算，均未开裂。
5构造设计
5.1后浇带设置
如图1所示，三道后浇带把结构分成长度均为36m左右的四个区段，有效解决了侧向刚度很大的剪力筒约束混凝土楼板自由收缩的问题。混凝土的收缩随时间而增长，初期发展较快，两周可完成全部收缩的1/4，一个月约可完成1/2，三个月完成60％～80％。在后浇带浇筑之前，超长板可视为一种能接近于自由变形的构件，后浇带选择两个月后而且气温低于主体结构浇灌时气温浇灌，考虑竖向结构（柱和墙）的约束影响，可认为此时收缩变形已完成50％。穿越后浇带的锁缝预应力筋在后浇带混凝土达到100％强度时即可张拉。为增强后浇带的抗裂性能，采用比原强度等级高一个等级的膨胀混凝土浇灌。
预应力对于E～F轴段结构从第三层就到17轴为止，则该区段15～16轴之间的后浇带的作用不是很明显。为加快施工进度，从第六层开始把该后浇带取消，预应力筋最长55.4m。同时在16轴与剪力墙之间预留临时施工后浇带，以实现两端张拉和避免拉裂混凝土。同理在C、E轴边板设置200mm宽的临时后浇带，以防止4～6轴间的横向次梁预应力张拉时把内部结构拉裂。
5.2锚具设计
由于荷载和结构形式复杂，预应力梁内的预应力数量种类很多，根据各种组合采用了单孔、4孔、6孔、9孔和12孔等多种型号的锚具。固定端采用了挤压式锚具。因此本工程预应力锚具及相关配筋种类较多。
5.3张拉槽、后浇带构造设计
由于后浇带或梁面张拉槽处需要采用变角张拉技术，而要实现变角张拉的操作，梁面普通钢筋以及箍筋必须有足够的间隔。如设计不作预先充分的考虑，必将带来如截筋而无法补强等施工问题，最终影响工程质量。所以设计时应对构造复杂的地方进行特殊处理，以保证施工质量。
在梁后浇带处或梁面张拉槽处，先按张拉变角块所需的空间以及尽量少断钢筋的原则排好普通钢筋，对割断钢筋采取增加相应搭接筋进行补强。后浇带及梁面张拉槽处张拉端的详细构造设计（见图2和图3）。
5.4张拉顺序设计
根据本工程的结构设计特点，张拉各个区域分开进行，先张拉次梁，后张拉主梁。这主要由于先张拉主梁（特别是与次梁垂直的主梁），有可能会由于主梁反拱抬起未张拉的次梁，而导致后者的开裂。预应力筋张拉顺序如下：
a）先沿着一个方向张拉纵向次梁，再返回张拉纵向主梁；
b）沿一个方向张拉横向主、次梁；
c）横向主梁由于中间16.4m跨所配的预应力筋比两边两短跨多，必须先张拉贯通全50.4m梁的预应力筋，在两边短跨梁内建立起预压力，再张拉中间其余预应力筋。否则必定把两边短跨梁拉裂。
6结语
经各方共同努力，本工程施工进展顺利，经观察没有发现结构裂缝，质量优良。工程实践表明：
6.1采用预应力技术和合理布置后浇带是解决超常结构混凝土开裂的有效途径。
6.2在高层中，施加预应力能起承受主要竖向荷载而降低构件尺寸的作用。所以在保持总高度不变的情况下，采用预应力方案可以增加建筑物层数，从而取得显著的经济效益。
6.3预应力结构配筋计算应根据实际情况而定，对同一幢建筑中的不同构件，同一个构件的不同工况都应采取相应不同的设计标准。
6.4预应力结构设计应全面、深入考虑合理的构造设计和恰当的施工方法、顺序，这有利于指导施工各方配合，保证施工进度和工程质量。
参考文献：
[1]混凝土结构设计规范.GB50010-2002.
[2]美国混凝土协会规范.AC1318.
[3]陶学康.后张预应力混凝土设计手册.北京：中国建筑工业出版社.
关键词：混凝土结构设计建筑结构
前言
1在设计方法上的差别
在建筑结构专业的《混凝土结构设计规范》GBJ10－89中（以下简称GBJ10－89），采用的是近似概率极限状态设计方法。以概率理论为基础，较完整的统计资料为依据，用结构可靠度来衡量结构的可靠性，按可靠度指标来确定荷载分项系数与材料分项系数，使设计出来的不同结构，只要重要性相同，结构的可靠度是相同的。
在公路桥梁专业的《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》TJT023－85中（以下简称TJT023－85），采用的是半概率半经验的极限状态设计方法。虽然也采用概率理论及结构可靠度理论，但在设计公式中是用三个经验系数来反映结构的安全性，即荷载安全系数、材料安全系数、结构工作条件系数。
在设计中，对这种系数的差别要注意区别，不能混淆。
2材料强度取值上的差别
2．1混凝土的强度
混凝土立方体抗压强度是混凝土的基本强度指标，是用标准试块在标准养护条件下养护后用标准试验方法测得的强度指标。两规范中所采用的试块尺寸是不同的。GBJ10－89中采用150mm立方体试块，TJT023－85中用200mm的立方体试块。GBJ10－89中，根据测得的具有95％保证率的立方体抗压极限值来确定混凝土的强度等级，一共分为十级，即C10，C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C60。
TJT023－85中，根据测得到具有84．13％保证率的立方体抗压极限值来确定混凝土的强度等级，用混凝土标号表示，一共分为七级，即15号、20号、25号、30号、40号、50号、60号。由于所采用的试块尺寸不同，两规范中相同数值等级的混凝土强度值是不同的，GBJ10－89的值大。如C15混凝土与15号混凝土，尽管都表示强度等级为15Mpa的混凝土，但实际强度C15混凝土比15号混凝土大。混凝土强度取值不同，这一点在设计中是要注意的。
2．2钢筋的强度
两规范中，钢筋的标准强度取值是一样的，都采用钢材的废品限制值作为取值依据。但钢筋的设计强度取值不一样，GBJ10－89中以标准强度值除以材料分项系数作为取值依据，而TJT023－85中设计强度取值与标准强度取值是一样的。这样，相同的钢筋等级，TJT023－85中钢筋的设计强度取值大。
3荷载取值的差别
两规范中荷载分类与取值都有明确的规定，不容易混淆。在荷载效应组合中有一点差别，应注意。GBJ10－89中，荷载效应组合时，既有荷载分项系数，又有荷载组合系数，要区别开来。TJT023－85中只有荷载分项系数。
4构件计算的差别
两规范中在构件计算上，尽管依据的原理、计算假定、计算模型基本一致，但计算公式、计算结果是有较大差别的。构件计算是关系到设计结果的最重要的一环，值得重视。限于篇幅，只以正截面受弯和斜截面受剪强度计算为例看计算上的差别。
4．1正截面受弯强度计算
两规范在计算假定上就有差别。混凝土极限压应变取值，TJT023－85中为εu＝0．003GBJ10－89中εu＝0．0033。在等效矩形应力图形中，TJT023－85取γσ＝Raβx＝0．9x。GBJ10－89中取γσ＝1．1fcβx＝0．8x。由于εu取值不同，两规范中混凝土界限受压区高度有些差别。从混凝土极限压应变、等效矩形应力图形的差别上可以看出，两规范中安全储备是不同的。TJT023－85的安全储备大。
下面用算例来说明这一问题。
有矩形截面梁，截面尺寸为250mm×500mm20号混凝土，Ⅱ级钢筋。计算截面处计算弯矩为Mj＝15KN．m试进行配筋计算。
4．1．1先按TJT023－85计算。
已知20号混凝土抗压强度设计值Ra＝11MpaII级钢筋抗拉强度设计值Rg＝340Mpa混凝土相对界限受压区高度ξjg＝0．55，材料安全系数γc＝γs＝1．25。
（1）求混凝土受压区高度x
先假定钢筋按一排布置，钢筋重心到混凝土受拉边缘的距离a＝40mm，则有效高度h0＝（500－40）mm＝460mm由
得
解得X＝133mm＜ξjgh0＝0．55×460＝253mm。
（2）求所需钢筋数量Ag，由RgAg＝Ra·bx，得
Ag＝＝＝1076mm2
（3）验算最小配筋率μ＝＝＝1％＞μmin＝
0．1％，满足规范要求。
4．1．2按GBJ10－89计算
C20混凝土，弯曲抗压强度设计值fcm＝11Mpa，钢筋抗拉强度设计值fy＝310Mpa混凝土相对界限受压区高度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满足要求
（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号混凝土与C20混凝土之间强度取值的差别，20号混凝土按GBJ10－89，fcm＝11×0．95＝10．45MPa则x＝（1－1－）×460＝108．5mm，As＝（10．45x250x108．5）／310＝914．4mm2
从上述计算中看出，按TJT023－85比按GBJ10－89钢筋用量多17．7％。
4．1．3受弯构件斜截面强度计算
在斜截面强度计算中，两规范都是根据斜截面发生剪压破坏时的受力特征和试验资料所制定的。但两规范在计算公式表述上及计算结果上都有较大的差别。
TJT023－85中，斜截面强度计算公式为：Qj≤Qu＝Qhk＋QW，其中Qhk＝0．0349bh0（2＋p）RμkRgk，Qw＝0．06RgwΣAwsinα，式中Qj：根据荷载组合得出的通过斜截面顶端正截面内的最大剪力，即计算剪力，单位为KN；Qhk：混凝土和箍筋的综合抗剪承载力（KN）；Qw：弯起钢筋承受的剪力（KN）；b：通过斜截面受压区顶端截面上的腹板厚度（cm）；h0：通过斜截面受压区顶端截面上的有效高度，自纵向受拉钢筋合力点至受压边缘的距离（cm）；μk：箍筋配筋率μk＝nk·ak／（b·s）；Rgk：箍筋的抗拉设计强度（Mpa），设计时不得采用大于340Mpa：R：混凝土标号（Mpa）；p斜截面内纵向受拉主筋的配筋率，p＝100μ，μ＝Ag／bh0当p＞3．5时，取p＝3．5；Rgw：弯起钢筋的抗拉设计强度（Mpa）；Aw在一个弯起钢筋平面内的弯起钢筋纵截面面积（cm2）；α：弯起钢筋与构件纵向轴线的夹角。
上式中工作条件系数、安全系数均已记入。公式的适用条件采用上限值和下限值来保证。上限值要求截面最小尺寸满足Qj≤0．051Rh0（KN）。满足下限值，Qj≤0．038R1bh0（KN）可按构造要求配置箍筋，式中R1：混凝土抗拉设计强度（Mpa）。GBJ10－89中，斜截面承载力的计算公式为V≤Vu＝Vcs＋Vsb其中Vcs＝0．07fcbh0＋1．5fyv（Asv／S）h0Vsb＝0．8fyAsbsinαs当为承受集中荷载的矩形独立梁，Vcs＝0．2／（λ＋1．5）fcbh0＋1．25fyvh0，式中V：构件截面上的最大剪力设计值（N）；Vcs：混凝土与箍筋的综合抗剪承载力（N）；Vsb：弯起钢筋所承受的剪力（N）；b：矩形截面的宽度，T形截面或I形截面的腹板宽度（mm）；h0：通过斜截面受压区顶端截面上的有效高度，自纵向受拉钢筋合力点至受压边缘的距离（mm）；fc：混凝土的抗压强度设计值（Mpa）；fyv：箍筋的抗拉强度设计值（Mpa）；S：沿构件长度箍筋间距（mm）；fy：弯起钢筋的抗拉强度设计值（Mpa）；Asb：在一个弯起钢筋平面内的弯起钢筋纵截面面积（mm2）；αs：弯起钢筋与构件纵向轴线的夹角。
公式的适用条件也是采用上限值和下限值来保证。上限值要求截面最小尺寸满足V≤0．25fcbh0当为薄腹梁，V≤0．2fcbh0。满足下限值V＝0．07fbh0，可按构造要求配置箍筋。从上述公式中，可以看出，公式的表达形式不同，各物理量的单位也不同。
下面以实际例子看看计算结果上的差别。
已知T形截面简支梁，25号混凝土，纵筋采用II级钢筋，箍筋采用I级钢筋，计算截面的计算剪力为416．27KN受拉区有2Φ32的纵筋，保护层厚30mm。进行腹筋设计。
下表是根据两规范进行的计算比较。
TJT023－85中，对斜截面抗剪计算，要求弯起钢筋承担40％的计算剪力，混凝土与箍筋共同承担60％的计算剪力。另根据规范对计算剪力的定义，TJT023－85中的计算剪力与GBJ10－89中的设计剪力是一致的。所以在GBJ10－89计算中，也按4：6比例分担剪力。
关键词：建筑工程；混凝土；结构设计
近年来，随着我国城镇化发展的深入推进，建筑需求量越来越多。在现代建筑工程施工过程中，混凝土结构是普遍使用的一种结构形式。这种结构具有承载力强、耐久性好、刚度大、耐火性高、安全性高等特点，同时在施工过程中施工成本较低，得到了广泛的应用。在实际中，为了确保建筑混凝土结构的施工质量，实现建筑工程的各项功能，必须对混凝土结构设计中可能存在的问题进行严格的管控，合理分析，并制定相应的解决对策，为建筑工程施工质量的提高打下良好基础。
1建筑工程混凝土结构设计中的不足
1.1地基与基础设计中的问题
在混凝土结构设计中，天然地基独立基础有时因为持力层土层分布不均匀，使基础坐落在软硬不均的土层上，相邻基础沉降差过大，导致基础变形过大；由于地下室在提高建筑稳定性、地基承载力、减少地震破坏以及解决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，经常会设置地下室。当建筑选址在山地上时，由于原始地貌水位较低，设计过程中往往会忽视建筑工程竣工后由于回填土体毛细现象，导致地下室底板及外墙承载力不足，出现墙体裂缝和底板涌水现象，给工程项目带来难以解决的问题和损失。
1.2混凝土上部结构设计中的问题
在混凝土结构上部设计时，还存在一些问题，框架结构中抗震设防防线较少；因梁跨度大，梁截面高度就大，而框架柱截面较小，导致强梁弱柱情况出现；框架—剪力墙和剪力墙结构中，剪力墙布置不均匀，出现单肢剪力墙刚度过大，应力集中，连梁刚度过强等；高层结构中忽视零应力区等现象。这样类似问题出现，会给建筑结构的安全带来隐患。
2混凝土结构设计不足的应对策略
2.1混凝土结构地基与基础设计
在实际工程中，采用天然地基基础形式时，要么基础情况非常好，地基承载力非常高；要么上部荷载较小，楼层数较低，对地基承载力要求也较低，采用天然地基可以使工期短、造价低。但无论如何都要满足地基的强度和变形要求。根据地基基础设计规范的规定，地基承载力特征值低于130kPa、相邻建筑物距离过近可能导致发生倾斜、建筑物附近堆载过大等都应进行变形验算。当基础处于软硬不均的持力层土层上时，要采用褥垫层以调整不均匀沉降。根据具体情况，进行厚度约为500～600mm的换填，并进行分层碾压夯实。采用锥形独立基础时，斜面坡度小于1:3，混凝土能够振捣密实，保证基础强度和高度的要求。在对基础间拉梁设计时，要充分考虑梁上土的重量和柱底荷载拉力的作用，适当的增加配筋，从而保证基础的整体刚度。对于地下室工程，宜建造在密实、均匀、稳定的地基上。当处于不利地段时，应采取相应措施。充分考虑各个构件所承受的荷载，尤其是水浮力，回填土后水的压力会升高。底板的浮力会加大，墙体的水平压力也会增高。针对这样的问题，在建筑使用功能允许的情况下，应将底板和地下室外墙尽量分隔成小跨，以减小压力对底板和外墙的影响，减少开裂情况的发生。同时，可以提高垫层混凝土强度等级，厚度也不小于100mm。
2.2混凝土结构上部设计
上部设计中，宜设置多道防线。（1）对整体建筑的抗震要求进行全面考虑，也就是重视概念设计。抗震设计宜采用平面布置基本均匀，竖向刚度无明显变形、承载力无明显突变的结构体系，不应采用严重不规则结构。因此应选择合理的抗震结构体系和构件截面尺寸以及合适的配筋方式，确保竖向构件有足够的延性，增大构件的塑性变形能力。框剪结构和剪力墙结构设计时，剪力墙应沿着纵横两个方向，布置在建筑周边、电梯间、楼梯间及荷载较大的位置，墙体间距满足规范，同时单片剪力墙的水平剪力不能高于结构底部总水平剪力的30%。在设计第二道防线时，要对剪力墙连梁的跨高比进行严格控制。实践表明，剪力墙连梁跨高比为5时，各项性能是最好的。（2）在进行剪力墙梁、柱设计时，应该坚持强柱弱梁、强剪弱弯、强节点强锚固的原则。此外，对于中震程度建筑混凝土结构，需要考虑第一级别剪力墙，墙肢数量最少要保持4肢。当第一级别的剪力墙进入塑性阶段后，需要在级别较小的剪力墙进行多道设防，避免建筑在震动下过度变形，从而对级别小的剪力墙造成危害。在上部结构设计中，设计者应有选择的将纵横两片剪力墙连接在一起，在遇到中震或者大震时，剪力墙开裂会达到耗能的作用，这样就保持了建筑延性破坏，确保了建筑整体性能不损坏，真正做到小震不坏、中震可修、大震不倒，以保证人民生命财产的安全。
3结束语
在新时期下，不管是业主，还是建设单位都对建筑工程的整体质量有很高的要求，即使是墙体开裂都会对人的心理带来不好的影响。因此结构设计时必须根据具体情况，认真、仔细的对混凝土结构进行设计，并反复审查，发现问题后及时解决，不断优化混凝土结构设计方案，从而促进建筑工程施工质量的提升，为整个建筑工程各项功能的实现提供保障。
作者:毛亚凤 单位:昆明理工大学
参考文献：
[1]张立军.论房屋建筑混凝土施工技术[J].工程技术研究,2017,(2):73+75.
[2]仇文法.建筑工程混凝土施工技术与质量管理[J].住宅与房地产,2015,(28):53+57.
关键词：钢骨混凝土柱钢骨截面形式钢骨含钢率
前言
所谓超限高层建筑工程是指超出国家现行规范、规程所规定的适用高度和适用结构类型、体型特别不规则以及有关规范、规程规定应进行抗震专项审查的高层建筑工程。中广大厦是集办公，住宅,商场,餐饮,娱乐为一体的大型高层综合性建筑。包括三栋高层塔楼(A,B,C栋).裙房五层,地下二层。地下一、二层为设备用房，汽车库，地下二层战时为六级人防。地上一~五层为商场。A、B栋塔楼为6~26层蝶形平面的高层住宅，房屋高度89.1米，包括局部突出在内，建筑总高度106.1米。C栋塔楼为6~28层大空间办公室，房屋高度99.6米。包括局部突出在内，建筑总高度118.800米。五层商场总面积为26745平方米，总建筑面积100010平方米。
因房屋总长度远超过钢筋混凝土结构伸缩缝最大间距55米的限值，为此设二道抗震缝将房屋分为三段，形成三个结构单元。即A、B栋高层为大底盘、双塔楼；C栋为独立带裙房的框架剪力墙结构高层建筑；其余为框架结构。建筑抗震设防类别均为乙类，场地类别为Ⅱ类。基础采用钢筋混凝土平板式筏形基础，底板厚度1600mm（住宅部分）、1800mm（办公部分），持力层为强风化砂岩，地基承载力标准值400Kpa，压缩模量Es=12~17Mpa.。本建筑的结构安全等级为一级，设计基准期为50年。本文以A、B栋为论及对象。
1、结构布置特点
A、B栋高层为满足上部住宅建筑的舒适性、规则性要求（即住宅室内无柱角）及下部五层商场大空间的使用要求，采用五层大底盘双塔楼框支剪力墙结构，在五~六层中间利用设备层做转换层，采用梁式转换，转换层设置标高为23米。高宽比为3.22，长宽比为4.13，转换层上下剪切刚度比值γ=1.395。
1、房屋高度超限
A、B栋高层房屋高度为89.1米，超过了《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》（JGJ3-91）中规定的框支剪力墙结构8度区适用高度80米的限值。
2、采用双塔楼联体结构，质量、刚度分布不均匀，竖向不规则。
3、高位转换：
在五~六层之间利用设备层做转换层，标高23米。超过8度区转换层宜控制在3层以下的限制。
4、由于住宅建筑平面的要求，局部存在二次转换。
5、由于商场使用功能的限制，A、B栋塔楼的落地剪力墙数量偏少，且大都布置在商场后部，主体结构与大底盘中心的偏心矩与底盘尺寸之比大于0.2。
6、6~26层住宅部分在剪力墙局部开设角窗。
2、构造措施
经我院多次分析论证，认为其主要不利因素为：框支剪力墙结构在转换层以下，支撑框架与落地剪力墙并存，形成了“支撑框架—剪力墙“体系。此中，支撑框架是一个薄弱环节。这种结构体系，在高位转换时，由于在转换层附近的刚度、内力和传力途径发生突变，易形成薄弱层，对抗震不利。同时，支撑框架柱要直接承担上部传来的重力荷载，直接承担其上剪力墙由于倾覆力矩产生的轴力，要直接承担不可能依靠楼板全部间接传力给落地剪力墙而有一部分直接传来的地震水平剪力。这样使得转换层以下支撑框架柱的内力远大于计算分析结果。对此采取以下措施：
1、在塔楼范围内五层以下框支部分采用钢骨混凝土柱，钢筋混凝土梁混合结构（钢骨混凝土柱共48个）。作为解决高位转换和高度超限的一项重要措施。
2、A、B栋塔楼的裙楼楼屋面板，在塔楼高振型的影响下，承受较大反复作用下的纵向拉压力及横向剪力，受力十分复杂。同时，由于建筑使用功能的要求，在裙楼中部开设大洞以便设置电梯，对楼板削弱较大。针对这一不利因素，在设计中采用了加强开大洞处楼板四周梁的断面及配筋，加大楼板厚度，增设斜筋的措施。
3、由于上部住宅为蝶形平面，在转换层个别部位出现了二次转换梁。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）第10.2.10条的规定：转换层上部的竖向抗侧力构件（墙、柱）宜直接落在转换层的主结构上。当结构竖向布置复杂，框支主梁承托剪力墙并承托转换次梁及其上剪力墙时，应进行应力分析，按应力校核配筋，并加强配筋构造措施。B级高度框支剪力墙高层建筑的结构转换层，不宜采用框支主、次梁方案。针对这一不利因素，我们采取了加强框支主梁的配筋构造措施，并在框支主梁的下部配筋区设置钢梁的措施。
4、在住宅部分开设角窗，削弱了剪力墙结构体系的整体性，对其抗震性能带来了不利影响，改变了剪力墙与框支梁之间的传力方式。针对这一不利因素，我们决定从受力计算和构造措施两方面予以加强处理。
3、计算结果分析
3.1、总体计算结果
1、计算软件：
采用中国建筑科学研究院的PKPM系列中的TAT（多层及高层建筑结构三维分析与设计软件），SATWE（多、高层建筑结构空间有限元分析与设计软件）两种不同程序分别进行对比计算，其总体计算结果接近。下面列出TAT、SATWE的计算结果。地震影响系数采用《建筑抗震设计规范》GBJ11-89中的数值：多遇地震0.16，罕遇地震0.9，阻尼比取0.05
2、设计参数：
地震烈度8度；场地土类别Ⅱ类；抗震等级框架、剪力墙均为一级；楼层自由度数：每个塔楼每层3个自由度（两个平动，一个扭转）；地震作用按侧刚分析模型考虑扭转耦连，用18个振型计算，固定端取在±0.000处。
3、结构基本周期：
SATWE结果：T1=1.3611T2=1.3455T3=1.2611
T4=1.1075T5=1.0510T6=1.0458
（仅列出前六个振型）
TAT结果：T1=1.5046T2=1.4899T3=1.3669
T4=1.2368T5=1.1506T6=1.0749
(仅列出前六个振型)
4、地震作用下的底层水平地震剪力系数：
SATWE结果：Qox/G=4.44%Qoy/G=4.35%
TAT结果：Qox/G=4.08%Qoy/G=4.08%
5、地震作用下按弹性方法计算的最大层间位移与层高比值：
SATWE结果：Ux/h=1/2262Uy/h=1/2187
TAT结果：Ux/h=1/1573Uy/h=1/1583
6、地震作用下按弹性方法计算的最大顶点位移与总高比值：
SATWE结果：Ux/H=1/3021Ux/H=1/2649
TAT结果：Ux/H=1/2428Ux/H=1/2373
7、结构振型曲线及时程分析的部分图形
3.2、计算结果分析
根据以上计算结果来看，两种计算结果接近。下面以SATWE程序为主进行分析：
1、自振周期在合理范围之内，结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比为0.9，满足规范要求。
2、振型曲线光滑符合规律。
3、底层剪重比>3.2%,满足规范要求。
4、最大层间位移和顶点位移<1/1000，满足规范要求。从最大楼层位移曲线可以看出，五层以下较缓，而转换层以上较陡，说明底盘刚度比塔楼刚度小。
5、分析表明，时程分析的最大位移均不超过反应谱法计算的位移值，y向楼层剪力，X、Y向楼层弯矩均不超过反应谱法计算的楼层剪力及楼层弯矩，仅X向楼层剪力TAF-2波大于反应谱法，但三个波的平均值仍小于反映谱法楼层剪力。动力时程分析复核结果表明，不需要调整个楼层构件的内力和断面配筋。
3.3、局部计算及构造处理
1、框支梁：采用SATWE程序中的框支剪力墙有限元分析程序进行计算，并进行应力分析。同时，加强框支梁的配筋构造措施，为避免框支梁钢筋过密，在框支主梁的下部配筋区加设一根580mm高的钢梁。
2、角窗：整体计算时，角窗上部墙体按双悬臂梁进行计算。配筋设计时同时满足剪力墙连梁的要求。同时，加强角窗周围的暗柱及连梁的配筋，边墙剪力墙加墙垛，角窗部分楼板加斜筋。
3、钢骨柱的计算：首先，确定钢骨的截面形式，预定钢骨柱的钢骨含钢率，带入SATWE程序中进行整体计算，并根据计算结果调整含钢率。有关钢骨柱的构造及具体做法见下面的详细介绍。
4、钢骨混凝土结构设计前的准备工作
采用钢骨混凝土是解决超限问题的重大技术措施，也是本次设计的重要组成部分，在我省也是首次采用。在本次设计中，钢骨柱采用的是实腹式十字型钢，钢骨梁采用的是工字型钢。在钢骨混凝土结构设计中需要注意的几个问题如下：
4.1、钢骨的含钢率：
关于钢骨混凝土构件的最小和最大含钢率，目前没有统一的认识，但当钢骨含钢率小于2%时，可以采用钢筋混凝土构件，而没有必要采用钢骨混凝土构件。当钢骨含钢率太大时，钢骨与混凝土不能有效地共同工作，混凝土的作用不能完全发挥，且混凝土浇注施工有困难。因此，在冶金部行业标准《钢骨混凝土结构设计规程》YB9082-97中将钢骨含钢率定为2%~15%。一般说来，较为合理的含钢率为5%~8%。另在建设部行业标准《型钢混凝土组合结构技术规程》JGJ138-2001中定为4%~10%。在中广大厦钢骨混凝土柱的设计中，考虑到建设单位尽量节约钢材，节省资金的要求，经专家委员会认可，钢骨柱的含钢率确定为3.5%。
4.2、钢骨的宽厚比：
钢板的厚度不宜小于6mm，一般为翼缘板20mm以上，腹板16mm以上，但当钢板厚度大于36mm时，钢材的厚度方向的断面收缩率应符合现行国家标准《厚度方向性能钢板》GB5313中的Z15级的规定。这是因为厚度较大的钢板在轧制过程中存在各向异性，由于在焊缝附近常形成约束，焊接时容易引起层状撕裂，焊接质量不易保证。钢骨的宽厚比应满足规范的要求。
4.3、钢骨的混凝土保护层厚度：
根据规范规定，对钢骨柱，混凝土最小保护层厚度不宜小于120mm，对钢骨梁则不宜小于100mm。
4.4、要重视钢骨混凝土柱与钢筋混凝土梁在构造连接上的配合协调问题。
5、钢骨的制作与构造措施
5.1、钢骨的制作
钢骨的制作必须采用机械加工，并宜由钢结构制作厂家承担。型钢的切割、焊接、运输、吊装、探伤检验应符合现行国家标准《钢结构工程施工及验收规范》GB50205、《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81、《钢结构工程质量检验评定标准》GB50221的规定，钢材、焊接材料、螺栓等应有质量证明书，质量应符合国家有关规范的规定。焊接前应将构件焊接面除油、除锈，焊工应持证上岗。施工中应确保施工现场型钢柱拼接和梁柱节点连接的焊接质量，型钢钢板的制孔，应采用工厂车床制孔，严禁现场用氧气切割开孔，在钢骨制作完成后，建设单位不可随意变更，以免引起孔位改变造成施工困难。
5.2、钢骨混凝土中设置抗剪拴钉的要求
钢骨混凝土与钢筋混凝土结构的显著区别之一是型钢与混凝土的粘结力远远小于钢筋与混凝土的粘结力。根据国内外的试验，大约只相当于光面钢筋粘结力的45%。因此，在钢筋混凝土结构中认为钢筋与混凝土是共同工作的，直至构件破坏。而在钢骨混凝土中，由于粘结滑移的存在，将影响到构件的破坏形态、计算假定、构件承载能力及刚度、裂缝。通常可用两种方法解决，一是在构件上另设剪切连接件(栓钉)，并按照计算确定其数量，即滑移面上的剪力全由剪切连接件承担，称为完全剪力连接。这样可以认为型钢与混凝土完全共同工作。另一种方法是在计算中考虑粘结滑移对承载力的影响，同时在型钢的一定部位：如（1）柱脚及柱脚向上一层范围内；（2）与框架梁连接的牛腿的上、下翼缘处；（3）结构过渡层范围内的钢骨翼缘处加设抗剪栓钉作为构造要求。构件中设置的栓钉应符合国家现行标准《园柱头焊钉》GB10433的规定，栓钉直径一般为Ø19,长度不宜小于4倍栓钉直径，间距不宜小于6倍栓钉直径，且不宜大于200mm。并采用特制的设钉枪进行焊接，焊接质量应满足规范要求。
5.3、钢骨的拼接
钢骨柱的长度应根据钢材的生产和运输长度限制及建筑物层高综合考虑，一般每三层为一根，其工地拼接接头宜设于框架梁顶面以上1~3m处。钢骨柱的工地拼接一般有三种形式：（1）全焊接连接；（2）全螺栓连接；（3）栓、焊混合连接。设计施工中多采用第三种形式，即钢骨柱翼缘采用全溶透的剖口对接焊缝连接，腹板采用摩擦型高强度螺栓连接。中广大厦设计中的钢骨工地拼接采用第三种形式。
5.4、钢骨柱的柱脚构造
1、钢骨柱的柱脚分为埋入式和非埋入式两种，在抗震区宜采用埋入式柱脚，柱脚钢骨的混凝土最小保护层厚度为：中间柱：不得小于180mm，边柱和角柱：不得小于250mm。
2、钢骨柱埋入式柱脚的埋入深度不应小于3倍型钢柱截面高度，在注脚部位和柱脚向上一层的范围内，钢骨柱翼缘外侧设置栓钉，栓钉直径不小于Ø19，间距不大于200mm,且栓钉至翼缘板边缘的距离大于50mm。
3、在中广大厦的钢骨设计中，由于建筑物嵌固端取在±0.000米处，为保证地下一层汽车库的使用功能，经多次反复研究、讨论，最终确定了底层框架梁水平、垂直加腋，钢骨伸入框架柱内长度为1.5m，下部与钢筋混凝土柱柱心钢筋焊接。在施工过程中，施工单位提出，钢骨注脚放在半层柱上施工有困难，施工质量无法保证。后经施工单位、设计单位、制作单位及建设单位多次研究，决定在钢骨柱柱脚底部另设格构式支架，将支架一延伸至地下一层底板（支架必须保证拉力传递），比上述方法容易施工，加快了施工进度。经实践证明在今后的设计中若遇到同类问题，宜将钢骨直接伸入地下一层，这样即满足了埋入式柱脚的埋深问题，又取消了底层梁加腋的施工工序、支架的制作安装工序，节省了时间，施工质量较易保证。
5.5、钢骨柱的节点构造
框架梁、柱节点核心区是结构受力的关键部位，设计时应保证传力明确，安全可靠，施工方便，节点核心区不允许有过大的变形。
在钢骨混凝土结构中，梁、柱节点包括以下几种形式：（1）钢骨混凝土梁—钢骨混凝土柱的连接；（2）钢梁—钢骨混凝土柱的连接；（3）钢筋混凝土梁—钢骨混凝土柱的连接。在中广大厦设计中我们遇到的是第三种情况。
规范规定，节点区钢骨部分的连接构造应与钢结构的节点连接相一致，在柱钢骨的钢牛腿翼缘水平位置处应设置加劲肋，其构造应便于混凝土浇灌，并保证混凝土密实。柱中钢骨和主筋的布置应为梁中主筋贯穿留出通道，梁中主筋不应穿过钢骨翼缘，也不得与柱中钢骨直接焊接，钢骨腹板部分设置钢筋贯穿孔时，截面缺损率不宜超过腹板面积的25%。
根据规范要求，在中广大厦钢骨设计中，我们采用的方法是：在钢筋混凝土梁与钢骨柱连接的梁端，设置一段工字型钢梁（牛腿），钢梁的高度由钢筋混凝土梁高决定，一般为钢筋混凝土梁高的0.7倍以上，钢筋混凝土梁内钢筋的一部分与钢牛腿焊接或搭接，钢牛腿的长度应满足梁内钢筋内力传递要求。因钢骨柱主筋穿过钢牛腿翼缘，钢牛腿强度有所削弱，因此梁内钢筋焊接或搭接长度应从牛腿根部起算。在实际施工中，由于钢牛腿长度较长，运输有困难，钢牛腿的长度均取满足梁内主筋焊接长度要求。在钢牛腿的上、下翼缘上设置栓钉，栓钉的直径为Ø19，间距200mm，从框架梁梁端至钢梁（牛腿）端部以外2倍梁高范围内为框架梁端箍筋加密区，梁内主筋保证有不少于1/3主筋面积穿过钢骨连续配置。
为方便钢骨的工厂化制作，钢骨混凝土结构与普通钢筋混凝土结构设计中不同且难度最大的是：
（1）需确定钢骨柱中每根钢筋的准确位置；
（2）根据钢骨这种型钢翼缘的宽度确定框架梁的宽度；
（3）确定框架梁中每根钢筋的位置；
（4）根据柱梁钢筋的位置确定钢骨穿孔的位置；
（5）钢骨中穿钢筋的孔径由钢筋直径确定，一般比钢筋直径大4~6mm；
（6）,钢骨中纵横两方向穿钢筋孔的位置至少应错开一个孔径。
5.6、钢骨的柱顶构造
根据规范规定，但结构下部采用钢骨混凝土柱、上部采用钢筋混凝土柱时，其间应设置过渡层。在本次设计中，过渡层设置在转换层中，柱顶加设一块25厚柱顶锚固板。但在实际施工过程中，转换大梁配筋较多，柱顶锚固板直接影响转换大梁钢筋的锚固，经多方研究，取消了柱顶锚固板，为转换大梁的顺利施工创造了条件。
6、经济比较
未采用钢骨混凝土柱前，框支柱截面尺寸为1300X1300mm,上部住宅为6~25层。采用钢骨混凝土柱后，框支柱截面尺寸为1100X1100mm,上部住宅为6~26层，框支柱截面面积减少了30%左右，住宅面积增加了1860平方米。
在整个建筑中，共使用型钢650吨，型钢的材料、制作、安装综合预算价约为6500元/吨，减去缩小柱截面及减少钢筋面积的费用后，增加费用257.63万元，柱截面缩小后商场部分增加使用面积115.2平方米，按20000元/平方米计算，增加收益230.4万元。增加住宅面积增加收益372万元（1860平方米，按2000元/平方米计算），变更后增加净收益352.77万元。
由此可以看出，采用钢骨混凝土结构既可满足设计要求，又能为建设单位增加经济效益，为在高层建筑设计中解决超限问题提供了可靠途经。是一种值得推广的良好的结构体系。
论文摘要:使结构安全适用、经济合理、是结构工程师的任务和责任。根据长期工作体会从概念设计的观点出发，介绍抗震设计中遵循的原则，提高房屋抗震性能的措施。结合工程实际介绍了环境类别和保护层厚度的确定、按简支梁计算构造钢筋的设置等问题。
一、概念设计和结构构造
抗震设计中，影响整个结构抗震能力的因素很多，如：结构构件的承载力和变形能力;非结构构件的材料性能及提供的强度储备；结构的连接构造；结构的稳定性；结构的整体性能在经受第一次地震后多次余震反复作用下的抗破坏能力。目前只对第一种因素作了计算，其它因素尚无法进行计算，靠概念设计和结构构造做到结构体系具备必要的承载力、刚度、稳定性、能力吸收及耗能能力，也就是具有足后的延性。对复杂结构，七分计算三分构造，更重要的是概念设计。
（一）概念设计
材料性能、构件性能、连接构造、结构体系通过实验、实践检验，但还不能计算，称为概念设计，抗震设计中应遵循以下原则：(1)结构的承载力、刚度、质量在平面内和沿高度应均匀、对称和连续分布，避免应力集中：(2)应尽可能设置多道抗震防线，布置超静定结构及延性较高的耗能构件，注意适当加强静定结构部位、关键部位和薄弱环节；(3)注意结构的连接整体性，结果单元应采用牢固连接，不同结构单元应遵守彻底分开的要求；(4)估计和控制塑形铰区出现的范围和部位，有针对性的进行构造布置，掌握结构的屈服过程以及最后形成的屈服机制；(5)做到强柱弱梁、强剪弱弯；(6)采取有效措施防止过早的混凝土剪切破坏，钢筋锚固滑移和混凝土压碎等脆性破坏；(7)构件和节点连接的承载力和刚度要与结构的承载力和刚度相适应，节点连接的承载力不低于构件的承载力；(8)应该避免盲目增加钢筋，某一部分结构设计承载力超强或不足，都可能造成结构的相对薄弱，梁端、柱端及抗震墙的加强部位受弯配筋在满足承载力和抗震构造要求的条件下，应减少钢筋超配；(9)考虑非结构性部件对主体结构抗震产生有利和不利的影响。
（二）结构构造
结构体系靠力学计算保证构件的承载力及变形，又靠构造措施将构件连接在一起，形成结构体系，合理的构造保证构件传力明确；保证在力的多次作用下能力的吸收及耗散；避免因部分构件破坏而使结构体系丧失承载能力及抗震能力；保证在设计使用年限内的耐久性。可以说结构构造是概念设计的具体化。我国通过几十年的实践，特别是唐山地震所总计的经验教训，后来试验研究都有完整的结构构造措施。但是认识在不断提高，概念设计在不断发展，结构设计除正确运用目前的构造措施，同时还需要不断总结、充实、提高。
二、结构计算
（一）荷载要准确
荷载包括结构自重，建筑材料做法，设备荷载（设备自重、管道重），建筑功能需要的活荷载，风、雪荷载、地震力、温度变化产生应力以及其它偶然作用等。有的荷载规范有所规定，可作依据，有的需要各专业提高。建筑专业提高的不仅仅是荷重，而应该是具体的材料做法，设备专业则应提供所选用的样本。由于建筑做法和设备一般要到订货时才能落实，在这以前变换的可能性很大，结构设计人员应该意识到这一点，并要求有相关的知识，准确计算所采用的荷载。
隔墙荷载占总荷载的比例较大，隔墙材料品种繁多，但尚无十分理想的隔墙材料，不是荷重偏大就是隔音差、抗撞击差或板块之间易出现裂缝。当隔墙位置固定且隔墙材料确定时，预留荷载是必要的，但考虑过重的隔墙会使结构用钢量过大。一般可与建筑专业配合，易采用轻质材料并在施工图中说明隔墙材料，允许荷载值及位置。
结构计算最忌讳漏掉荷载，他将使计算白费或使结构存在隐患，应引以为戒。
（二）应分析计算结果
对复杂或重大工程一般需要用两种不同单元模型的程序进行分析和比较，对特殊工程应选择适当的计算程序。建立的模型，边界、支撑条件应尽量符合实际。程序中的输入数据应弄明其缘由，弄清其概念，对提高设计质量是不可缺少的。
（三）环境类别与保护层的确定问题
混凝土设计规范第3.4.1条规定了耐久性设计的原则及构件环境类别的分类标准。规范第9.2.1条给出了各类环境条件下的构件纵向受力筋保护层最小厚度。这是新规范重视耐久性问题的具体体现。由于规范是依据构件所处的环境类别来确定纵向受力筋保护层最小厚度的，对于处在两种环境交界部位的构件，如地下室墙，迎水面侧一般为二类环境，而其室内一侧一般为一类环境，两侧面的受力筋保护层最小厚度也应有所区别。因此笔者认为，对于处在两种环境交界部位的构件，在选用最低混凝土级别、确定混凝土配合比等耐久性基本要求（规范第3.4.2～3.4.8条）时应接交界面上两种环境类别中的最不利环境类别确定，在确定受力筋保护层最小厚度时，则应按构件表面所处的环境类别分别考虑。否则，对于基础地板、地下室外墙，随着保护层厚度的增大，采用商品混凝土时，构件表面出现早期收缩缝的机率也随之增大，而构件表面开裂后，反而影响构件的耐久性。所以保护层厚度不是越大越好，而应构件表面所处的环境类别有针对性地选用。
（四）安简支计算的梁端部上部构造钢筋设置问题
混凝土结构设计规范第10.2.6条对实际受约束的简支梁端上部构造筋作了规定。此时梁端实际受到部分约束，如按梁端的实际约束条件采用弹性理论进行整体内分析，计算所得的实际弯矩除与梁上承受的荷载大小有关外，更与梁端的约束构件即边梁或构件柱的相对刚度有关。将梁端构造钢筋的截面面积与梁跨中下部纵向受力钢筋计算所需截面面积相关联，只体现了梁上承受荷载的大小，而没有考虑梁端实际约束程度，如果梁端实际约束程度很弱，非常接近于简支，即使梁上承受的荷载很大，梁端实际弯矩仍很小，因而没必要配置太多钢筋，这是其一。其二，条文所指部分约束梁端的构件通常是指砖混结构的构造柱、框架和主次梁体系中的边梁，如果梁端实际配筋较大，梁承受的负弯矩也较大，与之平衡的构造柱弯矩或边梁的扭矩也较大，当约束构件是构造柱时，由于构造柱配筋较小，一般为4φ12，很可能造成构造柱的配筋不足；当约束构件是框架或主次梁体系中的边梁时，虽然按弹性理论计算边梁有较大的扭矩，但国外的试验资料表明5，边梁开裂后，其抗扭刚度约相当于弹性抗扭刚度的1/10。塑性内力重分的结果使得边梁扭矩和梁端实际弯矩值都很小，没比要配置太多的钢筋。新的混凝土结构设计规范实施前，我院设计的大部分工程终于边梁相交的梁端实际配筋统一为2φ12（四肢箍为4φ12），20世纪六七十年代设计的部分工程甚至为2φ10或2φ8这些工程已正常使用了30年综上所述，规范所给的这种配筋策略是否合适值得商榷。
参考文献
[1]混凝土结构设计规范(GB50010-2002).2002
[2]中国建筑科学研究院.混凝土结构设计.中国建筑工业出版社.2003
[3]吕西林。高层建筑设计(第二版).武汉理工大学出版社.2003。
【关键词】混凝土；结构设计；耐久性；抗震性
1.前言
从传统的观念来看，钢筋混凝土结构具有很多优点，它有良好的物理力学性能、取材容易和造价可观的优点，但它最为显著的特点主要耐久性，混凝土本身的耐久是毋庸置疑的，虽然钢筋容易发生腐蚀，但是有混凝土的保护层的包裹，钢筋不能和空气接触，钢筋不会发生锈蚀，所以钢筋混凝土结构的使用寿命是相当长的。所以成为了世界工程建筑使用最广泛的结构形式。当然这只是从传统的观念来看的，但从科学的角度来看，这是不符合科学的探索观点的，正是由于人们收传统观念的影响，只片面了考虑的混凝土的耐久性，忽视了混凝土结构的整体耐久性，并且很多地区属于地震多发段，地震对其的危害相当的大，所以抗震性也不容忽视，特别是高层建筑中，抗震性尤为重要，越是楼层高，高楼层的顶部在受到地震作用时侧向位移也越大，就更容易发生坍塌的危险。本文主要从混凝土结构的耐久性和抗震性来分析设计中的一些值得注意的问题。
2.混凝土结构的耐久性
虽然混凝土结构存在的很多的优点，但是也存在一些内部因素和外部因素对混凝土结构的耐久性产生影响。
2.1内部因素。内部因素首先便是混凝土的自身问题，混凝土内部存在碱性的水化物，当大气环境里的CO2侵入混凝土内部时，会使得混凝土中的这些碱性水化物与CO2发生中和反应，也就是使得pH值下降，俗称混凝土的碳化过程。这个过程会让混凝土急剧收缩，导致混凝土开裂，加上碳化也会破坏钢筋外表面的氧化膜，使得钢筋容易锈蚀，发生危险。提高混凝土的强度等级的，使得内部孔隙率降低，混凝土内部更加的密实，提高了抗渗透性能，减缓了外部有害物质的入侵。值得注意的是当混凝土中加有碱活性的骨料的时候，在露天潮湿环境下，碱与骨料里的活性颗粒会产生反应，混凝土表面也会产生裂缝，加速侵蚀性物质的入侵破坏。再者的内部因素便是钢筋本身的影响，当混凝土有裂缝存在且较大的时候，钢筋肯定会受锈蚀，经过锈蚀的钢筋体积会膨胀，将混凝土保护层胀裂，又加快了钢筋的锈蚀。钢筋锈蚀后，钢筋的有效受力面积减小，相对应的强度会降低，致使结构承载力削弱。另一方面，锈蚀后的钢筋抗滑移的能力也会降低，很可能使得结构发生滑移破坏。时间越长，结构出现承载力问题会加大，有时甚至会突然断裂的脆性破坏，十分危险。所以影响混凝土耐久性的根源就是混凝土自身的碳化和钢筋锈蚀。
2.2外部因素
影响混凝土结构耐久性外部重要因素便是外界环境的影响。《混凝土结构设计规范》规定：
“一类：室内干燥环境；永久的无侵蚀性静水浸没环境
二类a：室内潮湿环境；非严寒和非寒冷地区的露天环境；非严寒和非寒冷地区与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境；寒冷和严寒地区的冰冻线以下的无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境
二类b：干湿交替环境；水位频繁变动环境，严寒和寒冷地区的露天环境；严寒和寒冷地区的冰冻线以上与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境
三类a：严寒和寒冷地区冬季水位冰冻区环境；受除冰盐影响环境；海风环境
三类b：盐渍土环境；受除冰盐作用环境；海岸环境
四类：海水环境
五类：受人为或自然的侵蚀性物质影响的环境。” [1]
根据混凝土结构耐久性的调查，一类环境中设计使用年限为50年的质量安全基本可以保证。而一类环境中大部分使用年限超过了100年的都是一些纪念性建筑，数量上相对来说很少。一类环境中使用年数在70到80年的混凝土结构基本符合要求，这些构件的混凝土立方体抗压强度在15N/mm2 [2]。所以，在设计时，在一定程度上提高混凝土的强度等级并且定期维护，可以使混凝土结构的使用年限适当增加；
第二、三类的环境情况有些复杂，设计时要规定水灰比并适当提高混凝土的强度等级，提高密实性以降低混凝土的渗透性，设计时要采用环氧涂层钢筋，这种钢筋就是普通的光圆钢筋和带肋钢筋表面喷涂环氧树脂，有很强的耐腐蚀性，注意构造上不能有积水。可以适用于潮湿环境的工业与民用房屋、桥梁、码头等一些钢筋混凝土结构；（下转第505页）
（上接第503页）
第四、五类环境下的混凝土结构的耐久性应该符合有关的标准规定。
3.混凝土结构的抗震性
当地震发生时，作用时间极短，破坏力极大，而建筑本身结构也十分复杂，当其遇到地震力作用的时候，其破坏形式和破坏过程也是相当的复杂，如果仅仅依靠结构的计算设计是片面的，是不能够满足在地震作用时结构的实际受力状态需要的，所以抗震性的问题不能仅仅依赖结构计算设计，还要重视结构抗震的概念设计。概念设计就是在有利于提高结构抗震性的基础上，对结构进行全面合理的宏观控制。对于这样的设计思路我们就应该注意下面几个问题：
3.1合理场地选择。场地是影响结构抗震性的一个重要的因素，如果场地地形复杂，依靠工程措施是很难弥补复杂地形的缺陷的。所以选择场地的时候应该进行详细的勘察，弄清楚地质情况，避开软弱土层，容易滑坡，易液化等这样的不利地段，若不能避开就采取有效的措施，如用桩基础，加强基础的刚度和整体性等。
3.2合理选择建筑体型。在选择建筑体型的时候，不要选择太复杂的建筑体型，复杂的建筑体型没有直接明确的传力途径，不利于分析结构的内力，很难找到薄弱部位，特别是有凸起凹进的地方容易产生应力集中的现象，在地震时最容易产生破坏，所以一般最好采用圆形、方形等对称的建筑体型，受力均匀，布局合理，方便进行内力以及位移分析，美学上也有良好的视觉观。
3.3合理选择结构体系。结构体系应该保证有足够的承载力分布和刚度，并在此基础上还有足够的延性。一般来说结构的承载力和刚度是分不开的，刚度越大，则承载力也越大，结构的延性可以吸收很多地震时产生的能量，可以产生较大的变形不让结构在地震时产生突然的破坏，给人员安全撤出留下了足够时间。为了更好的提高抗震性能结构所用的材料也要符合相关的抗震要求。
4.结语
总之，虽然在进行混凝土结构设计的时候需要考虑的问题很多，但是混凝土结构的耐久性和抗震性是必须要考虑的问题，把握好这两个问题的关键，可以减少很多的工程事故，提高工程质量，提高工程的安全系数，保障人员的生命与财产安全。
【参考文献】
[1]百度百科.[EB.OJ].
根据建筑物投入使用中的需求进行设计，这种理念称为概念设计。先对场地进行考察，得出一个宏观的设计方案，再将方案中的各结构进行探讨，得出优化方案，这种设计方法具有科学合理、节省时间的优点，在现代建筑中得到了广泛使用。高层建筑结构特殊，对抗震性能的要求高于其他建筑，概念设计通过对设计结构中的承载力进行分析计算，对不符合规范的主要承重部位进行加固。混凝土结构在高强度的压力作用下很容易出现裂缝，内部钢筋材料也会出现弯曲情况，促成这种质量问题的因素一方面是材料选取不合理，更重要的是设计方案不够科学，高层结构概念设计中容易出现的问题主要分为以下几方面：
1.1结构不合理、性能缺少验证。在高层建筑设计中同时要考虑多种因素，保证结构承载力的前提下尽量减少造价成本，需要将建筑结构从总体至细节进行优化。优化工作多数是将设计图纸中的一些参数进行计算分析，适当的加固墙体厚度，常出现缺少对地基承载力的实际考察情况。高层建筑的抗震能力规定在中等强度地震时建筑物不会产生高危裂缝，并可通过修补达到预期效果，在发生高强度的地震时建筑物保证结构不出现坍塌。地震发生的几率很小，一旦发生具有极大的毁灭性，高层建筑抗震性能只停留在设计层面，从数据上分析已经达到了国家要求，但各施工地点基层土壤矿物质组成存在差异，松软程度也就不同，缺少验证，真正发生危险时其稳定性很难保证。
1.2结构设计缺少创新。高层建筑结构复杂，设计过程中受多种因素限制，为同时满足多种需求，工程设计师都施行保守方案，缺少创新精神。钢筋混凝土材质的墙体承载能力与结构有很大联系，在剪力墙设计方案中，应充分借鉴国外先进技术，基于传统结构进行创新，解决承载力不足的问题，同时使高层建筑整体结构更符合大众审美，减少造价支出。概念设计在结构优化上的运用还受很多施工技术以及设备使用方面的限制，阻碍建筑工程行业进步。
1.3受力分布不均匀。高层建筑上下层的结构是不同的，为保证自身重力不会对建筑物造成破坏，基层修筑中会应用到大量的钢筋混凝土材料，加固底层的同时削弱上层，可减轻对地基的压力，同时建筑物承受风力和地震破坏的能力更强。进行概念设计过程中，没有充分考虑转换层占据的空间和对受力平衡的影响，承重柱满足了承载上层压力的要求，但墙体产生的剪力不能与内部的应力平衡，作用在水平方向时形成了破坏力。概念设计中缺少优化环节导致这一现象的产生，很难保障整体结构的稳定性。
1.4概念设计中常见问题的解决方案。设计过程中不可脱离实际情况，在前期准备工作中对建筑场地进行详细的测量，将地区可能出现的自然灾害进行模拟实验，根据测试结果对设计结构进行优化。充分考虑建筑物的自重，满足对抗震性能的要求，同时在结构上进行改进，应用力学知识，节省建筑过程中的原材料使用。合理修筑剪力墙，结构在成体建筑中起到承重作用，但不能破坏空间整体性，注重格局的设计，将各单元的楼梯间进行分别设计，根据不同区域的需求，可将方案进行更改，保证整体结构统一又各有特点。在楼体外观的设计中加入符合当地人文特色的元素，使建筑物更具有中国特色。应用概念设计法时加强后期的优化工作，注重从宏观到细致的过渡，设计方案要具有灵动性，应对施工进展过程中的突况工程师要及时进行探讨，对原有结构做出更改，保障施工连续进展。设计测量工作中会涉及到很多变量，对这些数据进行反复测量，确定合理的浮动范围，作为施工开展的有力依据。
2结构选型的问题
2.1结构的超高。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A级高度的建筑外，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。
2.2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。
3结构计算与分析
3.1计算模型的选取。对于常规结构，可采用楼板整体平面内无限刚假定模型；对于多塔或错层结构，可采用楼板分块平面内无限刚模型；对于楼板局部开大洞、塔与塔之间上部相连的多塔结构等可采用楼板分块平面内无限刚，并带弹性连接板带模型；而对于楼板开大洞有中庭等共享空间的特殊楼板结构或要求分析精度高的高层结构则可采用弹性楼板模型。在使用中可根据工程经验和工程实际情况灵活应用，以最少的计算工作量达到预期的分析精度要求，既不能不分情况一概采用刚性楼板模型，造成小墙肢计算值偏小，不安全；也没必要都采用弹性楼板模型，无谓地增大计算工作量。
3.2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》（JGJ3-2002，J186-2002）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三级或更低等级。
3.3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。
4结论
