分析高層建筑結構設計常見問題與完善措施

摘要：建筑結構設計質量，密切關系到建筑工程的質量是否可靠，責任重大，本文主要對高層建筑鋼筋混凝土結構這個我們最常采用的結構形式進行分析，通過發掘設計過程常見的通病，做具體深入的研究，并提出相對應的解決思路是本文的重點。

關鍵詞：高層；建筑；鋼筋；混凝土；結構；設計；問題；措施

隨著我國城市的發展，高層建筑數量與日俱增，對于高層建筑的設計工作中的常遇問題，需要我們高度重視，下面主要對結構設計中常遇到的問題進行分析，以供大家交流學習。

1 地基與基礎設計過程中存在的問題

1、柱下獨立基礎帶梁板式的地下室底板設計中，地下室底板設計中，容易忽視因建筑物沉降所引起的附加應力的影響。因為實際上整個地下室底板與柱下獨立基礎在上部荷載作用下，將會一起發生沉降變形，共同受力，如未考慮因此產生的附加應力，對底板而言是偏于不安全的，有可能會導致地下室底板承載能力不足而開裂。

尤其對于采用天然地基的情況時，其影響則更為顯著。對于總沉降量較小的工程，可考慮在地下室底板與持力層之間采取褥墊處理措施，當然，是否采用，還要綜合考慮其他因素。另外，對于地下水位季節性變化較大的地區，應考慮高低兩種不同水位對地下室底板的不同影響，求出包絡圖，再做配筋設計。

2、對于有地下室的建筑，當地下水位較高時，在室外地坪之下的結構部分，外輪廓形狀應盡量簡潔，這樣有利于建筑防水的施工。尤其對于柱下承臺的形式，更為明顯。此時，由于柱下承臺的影響，基槽地模形狀很復雜，有很多的陰陽角和放坡，即加大了防水施工的難度，有加長了施工時間，都不利于保證質量，并且還增加工程造價。對于這種情況下，建議考慮反承臺法，即統一地下室底板和承臺的下皮標高相同，承臺需要加厚部分向上作，然后地下室內部作濾水層和覆土等地面做法。

這種做法的優點是，基槽地模形狀很簡單，方便施工，利于施工質量得保證，同時也縮短了施工時間。并且，內部的覆土重量也平衡掉了部分作用在底板上的水浮力，減小配筋，這種自相平衡的思路最科學。同時也提高了建筑物的抗傾覆能力。

3、地下室底板和外墻配筋計算時，往往假設條件與實際情況不符。例如地下室外墻配筋計算:有的工程外墻配筋計算中，凡外墻帶扶壁柱的，不區別扶壁柱尺寸大小，一律按雙向板計算配筋，而扶壁柱按地下室結構整體電算分析結果配筋，又未按外墻雙向板傳遞荷載驗算扶壁柱配筋。按外墻與扶壁柱變形協調的原理分析，其外墻豎向受力筋配筋不足、扶壁柱配筋偏少、外墻的水平分布筋有富余量。

建議:除了垂直于外墻方向有鋼筋砼內隔墻相連的外墻板塊或外墻扶壁柱截面尺寸較大(如高層建筑外框架柱)之間外墻板塊按雙向板計算配筋外，其余的外墻宜按豎向單向板計算配筋為妥。

4、天然地基錐體獨立基礎設計問題，有的基礎設計錐體斜面坡度大于1:3，該錐體部分砼很難振搗密實，現場施工往往是砼自然堆上，采用鏟子或抹灰刀拍搗成形，其錐體部分的砼很難達到設計強度要求。因此建議優先采用階梯形獨立基礎，利于施工，才能更好地保證施工質量。

5、柱下獨立基礎之間的拉梁，如同時又是首層維護墻的承重梁的時候，不應該再簡單地按拉梁進行設計。而且在考慮荷載時，要考慮梁上皮以上土擴散角之內的土重。

3 上部結構設計過程中存在的問題與改進思路

1、框剪結構，剪力墻的布置要均勻，不要出現單肢剛度過大的剪力墻，以免應力過于集中，一旦破壞，將構成嚴重影響。而且，與之相關聯的基礎，連梁等構件的設計難度都會加大。剛度較大的第一級別的剪力墻(同一級別的剪力墻是指剛度相近，比值小于2時的墻肢)，其墻肢數不應少于4肢。另外，當遇到中震時，我們應考慮第一級別的剪力墻進入塑性后，還應有小級別的剪力墻來維持建筑物變形不致過大，產生次生災害。這就是多道設防的概念。但當遇到大震時，小級別的剪力墻也進入塑性階段后，建筑物基本已經破壞了。此時，我們應該通過我們的設計有選擇地讓梁破壞，從而保證柱子的完整性，來保證建筑不倒，或緩倒，以爭取時間，減少人員的傷亡。這就是我們說的延性設計。

2、框剪結構的連梁設計很重要，但我們看到，目前很多設計在這個環節上做的并不好。有的是因為重視不夠，有的是應為認識不足。首先，什么是連梁呢?簡單的說，就是那些連接兩片剪力墻，當遇到中震或大震時，它會首先開裂，起到耗能作用，從而使建筑物保持一定延性的梁。只有滿足了這種情況，才是連梁，或者說我們才有意義把它按連梁進行設計。

根據它的特性，我們就應該設計時注意幾點，第一，不要盲目地增大它抗彎的能力，否則會使連梁延遲破壞，起不到及時耗能的作用，致使其他重要構件破壞，使結構失去延性。第二，我國現行結構規范中規定，連梁上不許搭框架梁，引文我們設計連梁會在遇到中震或大震時，首先開裂，所以它的抗剪能力也會急劇下降，如果此時它還承受著很大的豎向荷載，就會引起連鎖破壞。

3、“強柱弱梁，強剪弱彎，強大節點”，是我們鋼筋混凝土結構延性設計的基本原則。但在震害調查中發現，我們設計的“強柱弱梁”的延性破壞機制有時難以實現，這是因為我國的《建筑抗震設計規范》對一、二、三級框架節點的“強柱弱梁”設計有以下要求:∑Mc=η∑Mb，∑Mc—節點上下柱端同向彎矩之和，∑Mc—節點左右梁端同向彎矩之和，η—柱彎矩增大系數，7度區的多層框架抗震等級為三級η=1.1，但這僅針對于小震彈性設計；當建筑遭受“中震、大震”時，由于地震作用，框架梁、柱的彎矩增大很多，而框架梁端彎矩為豎向荷載和地震作用產生的彎矩之和，其增大比例相對柱要小很多，由于鋼筋的超強效應過大，因而造成框架節點處梁受彎承載力大于相對應柱正截面承載力而出現柱鉸。

另外，當結構采用現澆板時，結構分析計算時考慮板的作用而加大梁剛度，梁設計配筋時卻沒有考慮板鋼筋的作用，再者設計人員人為加大梁配筋，這對于框架節點無疑是雪上加霜，因而框架結構“弱柱強梁”的破壞形態就產生了。所以，我們在設計時，不要盲目加大框架梁支座處的上部鋼筋，但應適當柱子的配筋。

4、在懸挑的挑梁的端頭，應設置構造柱，把每層的挑梁聯系起來，并按受拉構件要求，設計構造柱。這樣做的優點是，通過構造柱，協調了挑梁的變形，即使出現局部超載的情況，也可以把力傳到其他層上，共同承擔，從而變相的提高了結構安全度。另外也加大了對外維護墻的約束，防止墻體外閃。

5、另外還有一些構造上的細節問題，要多注意，比如如鋼筋混凝土構件在不同條件下的鋼筋保護層厚度的取值，框架梁端縱向受拉鋼筋配筋率大于2%時，箍筋直徑應按要求增大2mm，框架梁端截面的底面和頂面縱向鋼筋配筋量的比值偏小，框架梁高小于400時加密區箍筋間距偏大，框架梁端縱向受拉鋼筋配筋率大于2.5%，框架柱全部縱向鋼筋的配筋率偏小等等，這些都是我們設計的構件能夠正常工作的前提，應予以重視。

4 結束語

建筑結構設計質量，密切關系到人民生命財產的安全，責任重大。而且結構專業是一個既有深度又有廣度的專業，我們必須在工作中，不斷地學習、總結，才能有所進步，才能成為一名合格的工程師。這也是我把我在設計過程中的一些認識寫出來的原因，希望與同行們一起討論、共同提高。