钢筋混凝土高层结构设计的问题及其对策

叶进银

摘 要：高层建筑结构类型的复杂化对高层建筑结构设计造成了一定的影响，设计者需兼顾建筑的抗震性能、实用性等，所以设计方案不免出现遗漏、错误等情况，现针对高层混凝土建筑从结构选型、地基设计、混凝土收缩徐变等方面，对可能出现的问题进行分析，并提出相关解决对策，以期为广大从业者提供可靠借鉴。

关键词：钢筋混凝土;结构设计;高层建筑

当前，我国高层建筑高度不断增加，建筑的结构、类型越发复杂，结构体系呈多样化的发展趋势，高层建筑结构设计逐步成为了建筑设计工作者所关注的重点问题。笔者通过查阅大量文献，同时分析既往工作经验，发现在高层建筑结构设计过程中，常出现一些从业者容易忽视的问题，为给广大从业者提供有价值的参考，推动我国建筑设计行业朝着标准化、规范化的方向持续发展，下文就这些问题进行论述。

一、高层建筑结构选型常见问题以及对策

（一）结构选型相关问题

历年来，我国所施行的高层建筑结构设计规范在结构选型方面的变动相对较大，应对建筑行业规范化、标准化发展需求，历年来修订的规范，有关嵌固端上下层刚度、平面规则性信息的设计内容不断增加^[1]。同时，因近几年不规则的建筑物不断增多，在现行的规范中还严格指出，高层建筑不应采用严重不规范的结构体系。因此，钢筋混凝土高层结构设计务必要重视结构选型，在充分了解现行规范的基础上，保证设计方案符合限制条件要求，避免在后期出现改动。

（二）结构高度相关问题

目前，现行的《建筑抗震设计规范》GB50011-2010（2016版）中，针对建筑高度设计新增了诸多内容，尤其是针对“建筑超高”的问题，增加了许多相关性条款，尤其是A级高度、B级高度的分类限制，将建筑高度的设计限制在了一定的范畴内，而不同的高度等级，其结构设计限制、设计方法均有着一定的差异。许多从业者在初期设计中，常因未准确区分建筑高度级别或者结构类型，导致忽视了该问题，最终致使施工图纸无法正常通过审核，后期再次进行专家会议或者重新设计，对工期、设计成本、造价均有一定的影响^[2]。因此，需严格注意结构高度的层级划分，根据现行的设计规范、结构抗震要求，选择恰当的处理方法、设计方法，以减少图纸后期修改工作量，且将设计时间、设计成本控制在合理的范畴内。

（三）嵌固端设置问题

嵌固端设计合理性决定了建筑结构受力状态，对于建筑结构稳定性、抗震能力、构件内力、结构侧移等均有一定的影响。通常来说，在设计过程中，嵌固位置的正确选择是高层建筑设计中的“重要假设”，目前多数建筑都有地下构筑部分，根据地下构筑部分的布置情况以及地下室的刚度变化，嵌固端的设置埋深也有一定的变化，甚至有可能设置在其他楼层部位。然而，在实际设计的过程中，诸多从业者常忽视嵌固端刚度比限制要求、嵌固端楼板设计要求、嵌固端抗震等级协调要求、嵌固端结构整体计算要求等，而这些问题的忽视，就会造成大量的设计质量隐患，最终导致设计方案大幅度修改^[3]。

二、地基设计常见问题以及对策

近年来，地基设计合理性建筑结构设计工程师关注的重点内容，地基设计的合理性决定了后期设计方案的合理性，同时关系着整个工程的建设成本，所以地基设计出现的问题相对来说更加严重，且有可能会造成严重损失。我国不同地域的地质情况差异较大，地质条件变化复杂，针对地基设计，我国各地出台了诸多地方性规范，设计过程中从业者一定要在透彻分析规范、规定的基础上开展工作。

三、混凝土徐变、收缩问题以及对策

混凝土是高层建筑建设所用主要材料，因混凝土本身的物化特征，在混凝土凝固成形阶段，会出现收缩、徐变等反应，具体表现为：一是会导致混凝土的拉应力增大，混凝土结构的承载力因此受影响，且在塑性状态过渡过程中，混凝土结构所受载荷会逐步传递给钢筋部分;二是收缩、徐變导致的变形具有一定的“非线性特征”，且这种现象在受拉截面、压弯截面中较为常见;三是如筒体、柱子等竖向构件，常因收缩、徐变作用产生不同程度的缩短变形，从而导致整个结构内部应力发生变化;四是混凝土结构设计若是涉及到不同结构共同作用，如预制构件组合，那么龄期较长的混凝土构件，就会承载更多的载荷;五是混凝土结构的面积、体积、配筋率、材料和混凝土的收缩徐变反应有一定关系，在相同的应力条件下，收缩徐变导致的应力会随着配筋率的提升或者结构面积体积的增加而增加^[4]。

针对上述收缩徐变导致的变化，可采取以下对策应对：一是设计过程中充分考虑到结构应力状态、配筋率、结构种类、混凝土结构材料，然后再确定竖向结构的具体类型;二是可在充分参考《建筑抗震设计规范》GB50011-2010（2016版）的基础上，适当采取减小非弹性缩短的预防性措施;三是在充分考虑混凝土龄期、载荷变化的基础上，调整结构应力传递;四是确定非弹性缩短、弹性缩短施加在混凝土构件上的作用，并按照混凝土结构的设计强度、承载能力校核结构。另外，在实际设计过程中，可参考表1对设计方法进行调整。

四、结束语

综上所述，钢筋混凝土高层结构设计是一项相对复杂的工作，设计质量、设计合理性会受到多个方面因素所影响，为避免设计过程中忽略影响质量、成本的重要问题，应在充分参考现行规范的基础上，采取合理的措施方法来保证建筑结构设计合理性，以为工程建设顺利开展奠定基础。

参考文献：

[1]景铭   ， 戴君武   ， 刘永彬  . 高层剪力墙结构消能连梁设计案例分析及几个问题的讨论[J]. 地震工程与工程振动， 2017.

[2]肖从真， 刘鹏， 徐自国， et al. 钢筋混凝土框架核心筒高层建筑结构中美规范设计对比[J]. 建筑结构学报， 2019， 40（02）：74-80.

[3]付斌， 刘建江， 黄刚， et al. 某超高层建筑续建结构方案可行性论证[J]. 建筑结构， 2018， 48（24）：75-78.

[4]佚名. 钢筋混凝土框架剪力墙+支撑结构在公共建筑中的优化设计[J]. 结构工程师， 2018， 34（4）：18-24.