鋼筋混凝土高層結構設計常見問題探討

劉曉昌

摘要：高層建筑類型和功能的復雜化也使高層建筑結構設計變得更加復雜，進而在設計過程中也難免會出現(xiàn)一些遺漏和錯誤，本文就結構設計中結構選型、地基與基礎設計、結構計算與分析幾方面簡要總結了一些要在結構設計過程要注意的問題。

關鍵詞：高層結構 設計

隨著高層建筑在我國的迅速發(fā)展，建筑高度的不斷增加，建筑類型與功能的愈來愈復雜，結構體系的更加多樣化，高層建筑結構設計也越來越成為結構工程師設計工作的主要重點和難點之所在。經過筆者的設計實踐，發(fā)現(xiàn)在高層建筑結構設計過程中經常出現(xiàn)一些遺漏或錯誤。為了避免在鋼筋混凝土高層結構設計過程中少犯或不犯這些錯誤，現(xiàn)將這些常常出現(xiàn)的問題總結如下：

一、結構選型

對于高層結構而言，在工程設計的結構選型階段，結構工程師應該注意以下幾點：

1.結構的規(guī)則性問題。新規(guī)范在這方面增添了相當多的限制條件，例如：平面規(guī)則性信息、嵌固端上下層剛度比信息等，而且，新規(guī)范采用強制性條文明確規(guī)定“建筑不應采用嚴重不規(guī)則的設計方案。”因此，結構工程師在遵循新規(guī)范的這些限制條件上必須嚴格注意，以避免后期施工圈設計階段工作的被動。

2.結構的超高問題。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級高度建筑甚或超過了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。

3.嵌固端的設置問題。由于高層建筑一般都帶有二層或二層以上的地下室和人防，嵌固端有可能設置在地下室頂板，也有可能設置在人防頂板等位置，因此，在這個問題上，結構設計工程師往往忽視了由嵌固端的設置帶來的一系列需要注意的方面。

4.短肢剪力墻的設置問題。在新規(guī)范中，對墻肢截面高厚比為5—8的墻定義為短肢剪力墻，且根據實驗數(shù)據和實際經驗，對短肢剪力墻在高層建筑中的應用增加了相當多的限制，因此，在高層建筑設計中，結構工程師應盡可能少采用或不用短肢剪力墻，以避免給后期設計工作增加不必要的麻煩。

二、地基與基礎設計

地基與基礎設計一直是結構工程師比較重視的方面，不僅僅由于該階段設計過程的好與壞將直接影響后期設計工作的進行，同時，也是因為地基基礎也是整個工程造價的決定性因素，因此，在這一階段，所出現(xiàn)的問題也有可能更加嚴重甚至造成無法估量的損失。在地基基礎設計中要注意地方性規(guī)范的重要性問題。由于我國占地面積較廣，地質條件相當復雜，作為國家標準，僅僅一本《地基基礎設計規(guī)范》無法對全國各地的地基基礎都進行詳細的描述和規(guī)定，因此，作為建立在國家標準之下的地方標準。地方性的“地基基礎設計規(guī)范”能夠將各地方的地基基礎類型和設計處理方法等一些成熟的經驗描述和規(guī)定得更為詳細和準確，所以，在進行地基基礎設計時，一定要對地方規(guī)范進行深入地學習，以避免對整個結構設計或后期設計工作造成較大的影響。

三、結構計算與分析

在結構計算與分析階段，如何準確，高效地對工程進行內力分析并按照規(guī)范要求進行設計和處理，是決定工程設計質量好壞的關鍵。由于新規(guī)范的推出對結構整體計算和分析部分相當多的內容進行了調整和改進，因此，結構工程師也應該相當?shù)貙@一階段比較常見的問題有一個清晰的認識。

1.結構整體計算的軟件選擇。目前比較通用的計算軟件有：SATWE、TAT、TBSA或ETABS、SAP等，但是，由于各軟件在采用的計算模型上存在著一定的差異，因此導致了各軟件的計算結果有或大或小的不同。所以，在進行工程整體結構計算和分析時必須依據結構類型和計算軟件模型的特點選擇合理的計算軟件，并從不同軟件相差較大的計算結果中，判斷哪個是合理的、哪個是可以作為參考的，哪個又是意義不大的，這將是結構工程師在設計工作中首要的工作。否則，如果選擇了不合適的計算軟件，不但會浪費大量的時間和精力，而且有可能使結構有不安全的隱患存在。

2.是否需要地震力放大，考慮建筑隔墻等對自振周期的影響。該部分內容實際上在新老規(guī)范中都有提及，只是，在新規(guī)范中根據大量工程的實測周期明確提出了各種結構體系下高層建筑結構計算自振周期折減系數(shù)。

3.振型數(shù)目是否足夠。在新規(guī)范中增加一個振型參與系數(shù)的概念，并明確提出了該參數(shù)的限值。由于在舊規(guī)范設計中，并未提出振型參與系數(shù)的概念，或即使有該概念，該參數(shù)的限值也未必一定符合新規(guī)范的要求，因此，在計算分析階段必須對計算結果中該參數(shù)的結果進行判斷，并決定是否要調整振型數(shù)目的取值。

4.多塔之間各地震周期的互相干擾，是否需要分開計算。一段時間以來，大底盤，多塔樓的高層建筑類型大量涌現(xiàn)，而在計算分析該類型高層建筑時，是將結構作為一個整體并按多塔類型進行計算，還是將結構人為地分開進行計算，是結構工程師必須注意的問題。如果多塔間剛度相差較大，就有可能出現(xiàn)即使振型參與系數(shù)滿足要求，但是對某一座塔樓的地震力計算誤差仍然有可能較大，從而便結構出現(xiàn)不安全的隱患。

5.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，由于高層建筑的地震作用和風荷載均較大，因此，必須嚴格按照新規(guī)范中增加的非結構構件的計算處理措施進行設計。

四、結束語

總之，鋼筋混凝土高層結構設計是一個長期、復雜甚至循環(huán)往復的過程，任何在這過程中的遺漏或錯誤都有可能使整個設計過程變得更加復雜或使設計結果存在不安全因素。以上也只是筆者在設計過程中對問題一些淺薄的認識。