探究高層結構設計中存在的問題

楊俊強

（江門市建筑設計院有限公司，廣東 江門 529000）

0 引言

近年來，中國的社會和經濟發展迅猛，高層建筑業也隨之迅速發展起來，高層建筑行業關系到眾多類別和學科，其工作量巨大而沉重，所以，高層建筑必須做好結構設計，高層建筑結構設計得好，可以確保高層建筑的安全、應用、合理規劃和經濟性。高層建筑師在結構設計時，不得不重視概念設計，應特別注意要根據結構概念設計的規章制度進行。

1 高層建筑結構設計的現狀

高層建筑的結構設計是人們根據實地調查，結合實際的經濟、社會、政治條件進行的一種人類活動。高層建筑結構設計出現了一些問題，那么我們來分析一下在高層建筑結構設計中會經常遇到哪些問題。

1.1 回填土質量

在高層建筑地下結構往往有回填問題。回填質量在很大程度上影響結構的側向位移、安全性和結構穩定性。例如，在廣東省，由于地質的影響，大部分回填土用灰土壓實，因此很難保證回填土的施工質量。這有兩個主要原因：①石灰土非常粘。它需要大量的土地來攪拌均勻[1]。因此，相應的勞動強度也很高。混合過程中環境造成的污染不會在市區發生；②實時避免對地下結構的破壞，計劃是對抗下層構筑物及地下構筑物上有石灰土。將灰土按照一定的比例回填，此時地下結構已經施工完成，但基坑支護結構與主樓地下室之間的作業距離和深度有可能會導致回填土質量不好。

1.2 砌體剪力墻結構裂縫

剪力墻砌體結構采用鋼筋混凝土結構為底架的墻體結構。這種高層建筑是一種非常經濟實用的空間房屋結構，旨在滿足底層的需求。但是，高層建筑結構的底梁可能有裂縫。主要是因為原設計理論中每層梁都是根據樓板及其墻體的承重值來計算的。然而，在實際結構中，懸臂梁的上壁同時是整個砌體，下壁也用作梁上層的支架。橫梁上部的壁和地板的支承實際上是從上到下傳遞的。

1.3 超長結構

鋼筋混凝土框架結構伸縮縫間距不能太大，這個間距可以適當增加。而對于后澆帶施工或降低混凝土溫度變化和收縮的行為，必須有充分的特殊應急措施。實際單層房屋寬度一般在55～70m 之間，對這個距離來說不設置伸縮縫也不會造成大裂縫。結構設計要采用雙層梁的布置，并按照實際加強中間部位的梁板加固[2]。中間部分將承受較大的應力，為了抵抗溫度的變化，在兩側的支柱應做好必要的防護措施，尤其是側跨。在設計中加強拐角支撐柱，這是為了解決熱脹和收縮可能會產生推力，造成結構在拐角產生變化使得扭轉。大于框架結構寬度時，為確保安全，必須采取一些特殊的安全措施，根據對溫度變化范圍和收縮裂縫的程度進行定量和定性分析結果，采取相應的措施，可以避免一些因此產生的問題，其應用效果也得到多次證實[3]。

1.4 磚混結構房屋設計構造柱

（1）磚混結構是多層高層建筑結構中以墻體為主的結構柱。結構設計時，設計者很多時候沒有注意結構柱的實際使用。結構柱是承重柱，這樣高層建筑并不太安全。

（2）作為承重柱，構造柱會使結構導向減少構造柱的承載能力。但是，結構柱在地面上沒有其他基礎支撐。地震發生后，應力集中柱將在結構底部形成。彎曲部分和承載強度達不到要求。

（3）隨著社會經濟的發展，人們在精神層面上對住房的要求也逐漸提高。近年來，高層和小型高層住宅高層建筑采用了許多異形柱結構。因為設計經驗欠缺，在異性柱的設計時，存在很多問題。

1.5 水平荷載

高層建筑設計中，豎向荷載是高層建筑的大部分荷載，是由重力引起的。但是，節點的穩定性主要由水平荷載決定。水平荷載不可忽略，因為高層建筑本身的重量和地板的荷載是用在垂直構件上的。軸力和彎矩的感生值僅與高層建筑高度的主彎矩成正比，而結構水平荷載引起的傾覆力矩和豎向構件引起的軸力是高層建筑高度的兩倍。另一方面，對于高層建筑物的某一高度，荷載通常是固定的，水平載荷的值隨著結構動力學而變化很大[4]。

1.6 忽略支承柱截面高度

成本控制對于建筑設計來說是很重要的，其直接影響企業是否盈利，但部分結構設計師設計時過分考慮成本問題，而沒有考慮工程的質量。例如，在Ⅵ度地震設防地區，高層建筑抗震設計欠缺。設計承重柱是為了使小柱的剛度提高，梁柱節點變成更小的分支。這樣設計就沒有遵守“強柱弱梁”的原則。如果沒有注意梁與柱之間的剛度，結構柱的截面不夠厚，柱頂、梁底受力較強，水平裂縫很容易就出現了。發生地震或其他強大的沖擊，由此產生的塑料筏可能會有嚴重的后果。

1.7 縱向恒架

為了減少地震對高層建筑物結構的破壞，水平框架設計和垂直框架設計應同時考慮。然而，在非抗震設計中，大多數結構設計者都渴望設計連續框架，并承擔柱與框架中縱向肋和箍筋的配置之間的節點。

2 解決措施

2.1 解決回填土質量問題的措施

回填通過使用緊密灌漿方法加密。通過加密過程，發現回填物中有大量空隙。對水泥的使用進行處理，得到一個較為好的結果，即地面沒有下沉的跡象，保證了高層建筑結構的安全性。結構類型有差異，填充密度就會有差異。注：壓實系數λ 為對照干密度ρ 與土壤最大干密度之比，對照含水量Wop±2。

2.2 對砌體剪力墻結構裂縫的解決措施

2.2.1 鋼筋混凝土結構所處的氣候環境以及梁板鋼筋保護層

（1）鋼筋混凝土基礎。通常，它的環境類別屬于第二類非寒帶和非冷區。設計可以使用的壽命為52 年，混凝土強度等級不得低于C26，要做好鋼筋混凝土的保護工作，保護層厚度不得小于42mm。如果鋼筋混凝土沒有襯墊時，在北方溫度低的地區，環境狀況可以分為三種，混凝土強度等級應大于或等于C35。

（2）建筑物外露的遮陽篷和陽臺，常年受到太陽和風的洗禮，容易被破壞。寒冷地區的環境類別分為三類。在這種情況下，混凝土強度等級要符合相關規定，鋼筋混凝土保護層要有合適的厚度[5]。

（3）嚴寒地區有三類環境類別，混凝土的強度要高于C35。根據地下防水的相關規范，混凝土保護層要60mm 厚。

2.2.2 現有鋼筋混凝土結構采用鋼結構設計

在鋼結構層狀結構體系的設計中，抗震規范中基礎結構的鋼筋混凝土并沒有包含，上部結構為鋼結構。兩種結構的對比是不同的，上下兩部分的剛度相差很大。這些設計是不太符合相關規定的，設計需要經過相關高層建筑監督管理部門管理下的專家委員會批準才有效。如果鋼筋混凝土結構只有屋面頂部采用鋼結構時，整個分層設計系統的水平組成部分仍然是分層設計，實際設計必須符合相關規定。

2.2.3 多柱剪力墻結構設計

現在，大多數建筑都是高層建筑。高層建筑用較多的柱子作為承重，因此，這類結構有以下幾種方法：①分析整個建筑結構設計。多柱剪力墻結構具有具體的規范，在進行高層建筑設計時，要按照實際建筑施工情況調整建筑設計時根據實際情況進行調整；②結構等級按照剪力墻來定；③根據具體計算，視框架梁值的大小設置多柱聯軸節梁；④根據相應剪力墻結構空間的大小，長、寬、高尺寸進行剪力墻的設計和施工。剪力墻結構設計如圖1 所示。

圖1 剪力墻結構設計

2.3 超長結構處理問題的處理方法

在高層建筑中必須設置伸縮縫，車間結構設計分為多個溫度變化區間。伸縮縫往往是采用多排結構設計，這樣就可以減少裂縫的產生。此外，應做好裂縫的預防措施。

3 結語

在高層建筑結構設計這個龐大的項目中，要不斷發現問題，解決問題，我們需要設計師有堅實的理論基礎，豐富的采購和實踐經驗，靈活的創新思維，嚴肅高尚的品質。不可能一目了然地解決設計中遇到的問題。設計師不可能一步一步地沉下心來計劃自己的想法，以了解他們所知道的。所以最好在工作中了解清楚。總結在實踐設計中的各種經驗和教訓。