鋼筋混凝土高層結構設計的問題及其對策

葉進銀

摘 要：高層建筑結構類型的復雜化對高層建筑結構設計造成了一定的影響，設計者需兼顧建筑的抗震性能、實用性等，所以設計方案不免出現遺漏、錯誤等情況，現針對高層混凝土建筑從結構選型、地基設計、混凝土收縮徐變等方面，對可能出現的問題進行分析，并提出相關解決對策，以期為廣大從業者提供可靠借鑒。

關鍵詞：鋼筋混凝土;結構設計;高層建筑

當前，我國高層建筑高度不斷增加，建筑的結構、類型越發復雜，結構體系呈多樣化的發展趨勢，高層建筑結構設計逐步成為了建筑設計工作者所關注的重點問題。筆者通過查閱大量文獻，同時分析既往工作經驗，發現在高層建筑結構設計過程中，常出現一些從業者容易忽視的問題，為給廣大從業者提供有價值的參考，推動我國建筑設計行業朝著標準化、規范化的方向持續發展，下文就這些問題進行論述。

一、高層建筑結構選型常見問題以及對策

（一）結構選型相關問題

歷年來，我國所施行的高層建筑結構設計規范在結構選型方面的變動相對較大，應對建筑行業規范化、標準化發展需求，歷年來修訂的規范，有關嵌固端上下層剛度、平面規則性信息的設計內容不斷增加^[1]。同時，因近幾年不規則的建筑物不斷增多，在現行的規范中還嚴格指出，高層建筑不應采用嚴重不規范的結構體系。因此，鋼筋混凝土高層結構設計務必要重視結構選型，在充分了解現行規范的基礎上，保證設計方案符合限制條件要求，避免在后期出現改動。

（二）結構高度相關問題

目前，現行的《建筑抗震設計規范》GB50011-2010（2016版）中，針對建筑高度設計新增了諸多內容，尤其是針對“建筑超高”的問題，增加了許多相關性條款，尤其是A級高度、B級高度的分類限制，將建筑高度的設計限制在了一定的范疇內，而不同的高度等級，其結構設計限制、設計方法均有著一定的差異。許多從業者在初期設計中，常因未準確區分建筑高度級別或者結構類型，導致忽視了該問題，最終致使施工圖紙無法正常通過審核，后期再次進行專家會議或者重新設計，對工期、設計成本、造價均有一定的影響^[2]。因此，需嚴格注意結構高度的層級劃分，根據現行的設計規范、結構抗震要求，選擇恰當的處理方法、設計方法，以減少圖紙后期修改工作量，且將設計時間、設計成本控制在合理的范疇內。

（三）嵌固端設置問題

嵌固端設計合理性決定了建筑結構受力狀態，對于建筑結構穩定性、抗震能力、構件內力、結構側移等均有一定的影響。通常來說，在設計過程中，嵌固位置的正確選擇是高層建筑設計中的“重要假設”，目前多數建筑都有地下構筑部分，根據地下構筑部分的布置情況以及地下室的剛度變化，嵌固端的設置埋深也有一定的變化，甚至有可能設置在其他樓層部位。然而，在實際設計的過程中，諸多從業者常忽視嵌固端剛度比限制要求、嵌固端樓板設計要求、嵌固端抗震等級協調要求、嵌固端結構整體計算要求等，而這些問題的忽視，就會造成大量的設計質量隱患，最終導致設計方案大幅度修改^[3]。

二、地基設計常見問題以及對策

近年來，地基設計合理性建筑結構設計工程師關注的重點內容，地基設計的合理性決定了后期設計方案的合理性，同時關系著整個工程的建設成本，所以地基設計出現的問題相對來說更加嚴重，且有可能會造成嚴重損失。我國不同地域的地質情況差異較大，地質條件變化復雜，針對地基設計，我國各地出臺了諸多地方性規范，設計過程中從業者一定要在透徹分析規范、規定的基礎上開展工作。

三、混凝土徐變、收縮問題以及對策

混凝土是高層建筑建設所用主要材料，因混凝土本身的物化特征，在混凝土凝固成形階段，會出現收縮、徐變等反應，具體表現為：一是會導致混凝土的拉應力增大，混凝土結構的承載力因此受影響，且在塑性狀態過渡過程中，混凝土結構所受載荷會逐步傳遞給鋼筋部分;二是收縮、徐變導致的變形具有一定的“非線性特征”，且這種現象在受拉截面、壓彎截面中較為常見;三是如筒體、柱子等豎向構件，常因收縮、徐變作用產生不同程度的縮短變形，從而導致整個結構內部應力發生變化;四是混凝土結構設計若是涉及到不同結構共同作用，如預制構件組合，那么齡期較長的混凝土構件，就會承載更多的載荷;五是混凝土結構的面積、體積、配筋率、材料和混凝土的收縮徐變反應有一定關系，在相同的應力條件下，收縮徐變導致的應力會隨著配筋率的提升或者結構面積體積的增加而增加^[4]。

針對上述收縮徐變導致的變化，可采取以下對策應對：一是設計過程中充分考慮到結構應力狀態、配筋率、結構種類、混凝土結構材料，然后再確定豎向結構的具體類型;二是可在充分參考《建筑抗震設計規范》GB50011-2010（2016版）的基礎上，適當采取減小非彈性縮短的預防性措施;三是在充分考慮混凝土齡期、載荷變化的基礎上，調整結構應力傳遞;四是確定非彈性縮短、彈性縮短施加在混凝土構件上的作用，并按照混凝土結構的設計強度、承載能力校核結構。另外，在實際設計過程中，可參考表1對設計方法進行調整。

四、結束語

綜上所述，鋼筋混凝土高層結構設計是一項相對復雜的工作，設計質量、設計合理性會受到多個方面因素所影響，為避免設計過程中忽略影響質量、成本的重要問題，應在充分參考現行規范的基礎上，采取合理的措施方法來保證建筑結構設計合理性，以為工程建設順利開展奠定基礎。

參考文獻：

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[4]佚名. 鋼筋混凝土框架剪力墻+支撐結構在公共建筑中的優化設計[J]. 結構工程師， 2018， 34（4）：18-24.