淺析鋼筋混凝土高層結構設計的常見問題

萬寧

摘要：隨著城鎮化進程的不斷發展，我國高層建筑項目逐漸增多，復雜超限高層也日趨增長。針對實際調查發現，結構設計過程中經常出現一些問題，文章針對性提出了處理措施，希望能給相關人士提供重要的參考價值。

關鍵詞：鋼筋混凝土;高層結構;設計

隨著經濟等方面的不斷發展，我國高層建筑工程行業迎來了飛速發展時期，而設計環節作為整體項目高效建設，以及取得高質量施工結果的重要保證。文章接下來將對其鋼筋混凝土高層結構設計問題進行詳細的分析。

1 鋼筋混凝土高層結構設計常見問題

1.1 結構體系的確定

通過實際調查發現，目前在鋼筋混凝土高層結構設計環節當中，主要的問題就是結構體系的不合理選擇，影響整體結構的整體穩定性及抗震性能。面對這種情況，設計人員應該從實際項目的特點出發，結合本項目的建筑造型、平面功能要求及經濟要求，制定好結構設計方案，保證結構體系具備安全性、適用性、經濟性。

1.2 上部結構設計

現代技術的發展，計算機得到廣泛的應用。結構設計軟件的普及運用，大幅提高設計人員的工作效率。但是很多結構設計人員只會單純的使用結構計算軟件，缺少對計算參數的合理選擇及計算結果的分析比對環節，盲目增加結構構件或者加大結構構件尺寸，使得整個項目合理性、經濟性不能達到預期要求。

1.3 地基與基礎設計

地基與基礎設計環節當中，其中存在的問題主要可以從以下幾點進行分析：

第一，設計時不重視地質勘察及勘察過程，致使設計時不能完全理解地勘報告中基地土層的受力及變形性能，有針對性的進行合理的基礎選型設計。

第二，基礎設計時，未能根據規范要求及地質勘察報告，判斷地基是否存在軟弱下臥層、擬建建筑物是否需要進行地基變形驗算，以及基礎設計時未能進行地基最終沉降量估算采取相應的技術處理措施等，從而導致建筑物沉降不均勻，給建筑物帶來結構安全隱患。

第三，對地勘報告中地下水水質分析報告分析不準確，基礎設計時混凝土等級的選用以及鋼筋保護層厚度不滿足規范要求。

第四，對場地抗浮水位認識不足，基礎設計時未能進行整體抗浮及局部抗浮驗算，從而導致地下室底板開裂滲水甚至整個地下室基礎及柱子出現結構破壞情況。

2 鋼筋混凝土高層結構設計常見問題的解決對策

2.1 科學設計結構體系

高層建筑結構體系常見的有框架結構體系、框架—剪力墻結構體系、剪力墻結構體系、框架-核心筒結構體系、筒中筒結構體系等。各種結構體系的適用高度、水平位移限值、抗震性能要求也不一樣。建筑的結構體系選擇應根據的建筑造型、平面功能要求及經濟要求，從結構設計的角度出發，根據建筑物的高度、高寬比、抗震設防類別、抗震設防烈度、場地條件、結構材料、現場施工技術等方面因素，經技術、經濟和使用條件綜合比較確定結構受力體系，合理進行結構的豎向及水平構件布置，以保證結構具有明確的計算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑，保證必要的承載力、剛度及抗震延性。

高層建筑設計應選用風作用較小的平面形狀，平面布置宜簡單、規則、對稱，減少偏心。平面和豎向剛度應盡量均勻。保證結構豎向荷載傳力直接，避免轉換;水平作用應傳力路徑清晰，避免錯層和樓板大開洞。避免或盡可能的減少平面不規則和豎向不規則，以免因剛度和承載力局部突變或結構扭轉效應而形成薄弱部位，產生過大的應力集中或塑性變形集中。

抗震設計時，應合理選擇抗震性能目標，注重分析結構方案中抗震概念設計，與建筑師協調，改進結構方案，合理調整各水平和豎向構件的布置，進行結構抗震性能設計，慎重選擇抗震性能目標。

一個建筑物的抗震結構體系應該是具有多道防線的結構體系，由若干個延性較好的分體系組成，并由延性較好的結構構件連接起來協調工作。有意識地讓結構體系有最大可能數量的內外贅余度，建立合理分布的屈服區，以使結構能吸收和耗散大量的地震，有意設定的屈服區一旦破壞也易于修復。

合理的建筑形體和結構體系的確定在建筑設計中是頭等重要的，需要結構工程師與建筑師及相關專業相互配合。結構體系方案的確定應具有技術的合理性、實施的便利性及工程的綜合經濟性。

2.2 優化上部結構設計

實際工作中，很多結構工程師將程序計算結果作為判斷結構設計合理與否的標準，認為只要通過計算，構件不超筋，各項參數滿足規范要求即可，忽略結構實際受力狀況與程序假定不吻合的情況。需要特別說明的是，結構計算只是對結構概念設計的驗證和量化過程，概念設計是結構設計的精髓，復雜的高層工程更需要通過概念設計并采用包絡設計的方法。

實際工作中，結構計算分析大部分工作由電算完成，因此高層建筑結構分析計算時宜對結構進行力學上的簡化處理，使其既能反映結構的受力性能，又適用于所選用的計算分析軟件的力學模型。對各項計算參數，如：連梁剛度折減系數、樓面梁整體剛度增大系數、梁端彎矩調幅系數、梁扭轉折減系數、周期折減系數等進行適當選擇。針對計算分析結果，對目標參數（周期比、軸壓比、剪重比、剛度比、位移比、剛重比、層間受剪承載力比）進行分析，適當調整結構布置，合理優化墻、柱、梁截面尺寸，滿足承載力和變形要求。對不規則結構選項產生的原因有針對性地采取有效措施消除或改善結構的不規則程度，提高結構抗震性能目標。必要時補充多模型分析，對承載力和剛度變化較大的工程還應進行彈性時程分析或彈塑性時程的分析。

2.3 合理設計地基與基礎

地基與基礎部分作為高層結構設計中的關鍵部分，基礎設計在整個項目投資中占比較大，因此設計人員應予以相當的重視。基礎設計因根據項目場地工程地質情況、地下水位標高、上部結構體系的差異及當地建筑材料的選用等各種條件，進行多方案比較。做到因地制宜、安全合理，經濟適用。

基礎設計時，應首先了解工程地質情況，宜避開抗震不利地段;了解臨近地下構筑物及地下設施及相鄰建筑物的位置及標高，采取相應措施減少基礎施工時可能帶來的不利影響。

其次對高層建筑下的地下室，應根據抗浮水位的高度，結合基礎形式整體考慮結構的抗浮設計，整體抗浮及局部抗浮必須滿足規范要求。當抗浮設計水位過高時，對純地下室整體抗浮不能滿足規范要求時，基礎設計可考慮設計抗拔樁或抗拔錨桿，以抵抗地下水對結構的影響。局部抗浮不滿足規范要求，可考慮增加地下室底板厚度加強配筋等措施（主要是局部抗浮不滿足的地方）以抵抗水浮力。

基礎作為上部結構向下傳遞荷載主要受力部分，與上部結構是不可分割的兩部分。上部結構對基礎內力的影響明顯，地基及基礎的沉降也會使上部結構及構件產生內力重分布。因此基礎設計時應考慮上部結構，結合上部結構的布置合理選擇基礎類型，以確保基礎整體性好，受力均勻，滿足地基承載力要求和建筑物容許變形要求。

因此，基礎設計中，設計人員應根據工程地質情況、水文情況、周邊環境、市政條件及結構體系，施工技術及經濟因素，構建合理的受力及傳力途徑，以上部結構荷載等相關數據為核心，設計安全經濟，切實可行基礎形式。

3 結語

簡而言之，基于現代化發展背景下，我國鋼筋混凝土高層結構作為常見的形式，尤其是在設計過程中，結構工程師更應該在整個設計過程中重視結構概念設計及抗震性能化設計，在保證結構的承載力和變形滿足規范要求，結構安全的前提下，盡可能采用新技術、新材料，并對結構進行必要的經濟比較，以達到確保整個設計工作能夠取得預期的效果。

參考文獻：

[1]馬福.鋼筋混凝土高層建筑結構的設計體會[J].山西建筑，2019，（12）.