浅析钢筋混凝土高层结构设计的常见问题

万宁

摘要：随着城镇化进程的不断发展，我国高层建筑项目逐渐增多，复杂超限高层也日趋增长。针对实际调查发现，结构设计过程中经常出现一些问题，文章针对性提出了处理措施，希望能给相关人士提供重要的参考价值。

关键词：钢筋混凝土;高层结构;设计

随着经济等方面的不断发展，我国高层建筑工程行业迎来了飞速发展时期，而设计环节作为整体项目高效建设，以及取得高质量施工结果的重要保证。文章接下来将对其钢筋混凝土高层结构设计问题进行详细的分析。

1 钢筋混凝土高层结构设计常见问题

1.1 结构体系的确定

通过实际调查发现，目前在钢筋混凝土高层结构设计环节当中，主要的问题就是结构体系的不合理选择，影响整体结构的整体稳定性及抗震性能。面对这种情况，设计人员应该从实际项目的特点出发，结合本项目的建筑造型、平面功能要求及经济要求，制定好结构设计方案，保证结构体系具备安全性、适用性、经济性。

1.2 上部结构设计

现代技术的发展，计算机得到广泛的应用。结构设计软件的普及运用，大幅提高设计人员的工作效率。但是很多结构设计人员只会单纯的使用结构计算软件，缺少对计算参数的合理选择及计算结果的分析比对环节，盲目增加结构构件或者加大结构构件尺寸，使得整个项目合理性、经济性不能达到预期要求。

1.3 地基与基础设计

地基与基础设计环节当中，其中存在的问题主要可以从以下几点进行分析：

第一，设计时不重视地质勘察及勘察过程，致使设计时不能完全理解地勘报告中基地土层的受力及变形性能，有针对性的进行合理的基础选型设计。

第二，基础设计时，未能根据规范要求及地质勘察报告，判断地基是否存在软弱下卧层、拟建建筑物是否需要进行地基变形验算，以及基础设计时未能进行地基最终沉降量估算采取相应的技术处理措施等，从而导致建筑物沉降不均匀，给建筑物带来结构安全隐患。

第三，对地勘报告中地下水水质分析报告分析不准确，基础设计时混凝土等级的选用以及钢筋保护层厚度不满足规范要求。

第四，对场地抗浮水位认识不足，基础设计时未能进行整体抗浮及局部抗浮验算，从而导致地下室底板开裂渗水甚至整个地下室基础及柱子出现结构破坏情况。

2 钢筋混凝土高层结构设计常见问题的解决对策

2.1 科学设计结构体系

高层建筑结构体系常见的有框架结构体系、框架—剪力墙结构体系、剪力墙结构体系、框架-核心筒结构体系、筒中筒结构体系等。各种结构体系的适用高度、水平位移限值、抗震性能要求也不一样。建筑的结构体系选择应根据的建筑造型、平面功能要求及经济要求，从结构设计的角度出发，根据建筑物的高度、高宽比、抗震设防类别、抗震设防烈度、场地条件、结构材料、现场施工技术等方面因素，经技术、经济和使用条件综合比较确定结构受力体系，合理进行结构的竖向及水平构件布置，以保证结构具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径，保证必要的承载力、刚度及抗震延性。

高层建筑设计应选用风作用较小的平面形状，平面布置宜简单、规则、对称，减少偏心。平面和竖向刚度应尽量均匀。保证结构竖向荷载传力直接，避免轉换;水平作用应传力路径清晰，避免错层和楼板大开洞。避免或尽可能的减少平面不规则和竖向不规则，以免因刚度和承载力局部突变或结构扭转效应而形成薄弱部位，产生过大的应力集中或塑性变形集中。

抗震设计时，应合理选择抗震性能目标，注重分析结构方案中抗震概念设计，与建筑师协调，改进结构方案，合理调整各水平和竖向构件的布置，进行结构抗震性能设计，慎重选择抗震性能目标。

一个建筑物的抗震结构体系应该是具有多道防线的结构体系，由若干个延性较好的分体系组成，并由延性较好的结构构件连接起来协调工作。有意识地让结构体系有最大可能数量的内外赘余度，建立合理分布的屈服区，以使结构能吸收和耗散大量的地震，有意设定的屈服区一旦破坏也易于修复。

合理的建筑形体和结构体系的确定在建筑设计中是头等重要的，需要结构工程师与建筑师及相关专业相互配合。结构体系方案的确定应具有技术的合理性、实施的便利性及工程的综合经济性。

2.2 优化上部结构设计

实际工作中，很多结构工程师将程序计算结果作为判断结构设计合理与否的标准，认为只要通过计算，构件不超筋，各项参数满足规范要求即可，忽略结构实际受力状况与程序假定不吻合的情况。需要特别说明的是，结构计算只是对结构概念设计的验证和量化过程，概念设计是结构设计的精髓，复杂的高层工程更需要通过概念设计并采用包络设计的方法。

实际工作中，结构计算分析大部分工作由电算完成，因此高层建筑结构分析计算时宜对结构进行力学上的简化处理，使其既能反映结构的受力性能，又适用于所选用的计算分析软件的力学模型。对各项计算参数，如：连梁刚度折减系数、楼面梁整体刚度增大系数、梁端弯矩调幅系数、梁扭转折减系数、周期折减系数等进行适当选择。针对计算分析结果，对目标参数（周期比、轴压比、剪重比、刚度比、位移比、刚重比、层间受剪承载力比）进行分析，适当调整结构布置，合理优化墙、柱、梁截面尺寸，满足承载力和变形要求。对不规则结构选项产生的原因有针对性地采取有效措施消除或改善结构的不规则程度，提高结构抗震性能目标。必要时补充多模型分析，对承载力和刚度变化较大的工程还应进行弹性时程分析或弹塑性时程的分析。

2.3 合理设计地基与基础

地基与基础部分作为高层结构设计中的关键部分，基础设计在整个项目投资中占比较大，因此设计人员应予以相当的重视。基础设计因根据项目场地工程地质情况、地下水位标高、上部结构体系的差异及当地建筑材料的选用等各种条件，进行多方案比较。做到因地制宜、安全合理，经济适用。

基础设计时，应首先了解工程地质情况，宜避开抗震不利地段;了解临近地下构筑物及地下设施及相邻建筑物的位置及标高，采取相应措施减少基础施工时可能带来的不利影响。

其次对高层建筑下的地下室，应根据抗浮水位的高度，结合基础形式整体考虑结构的抗浮设计，整体抗浮及局部抗浮必须满足规范要求。当抗浮设计水位过高时，对纯地下室整体抗浮不能满足规范要求时，基础设计可考虑设计抗拔桩或抗拔锚杆，以抵抗地下水对结构的影响。局部抗浮不满足规范要求，可考虑增加地下室底板厚度加强配筋等措施（主要是局部抗浮不满足的地方）以抵抗水浮力。

基础作为上部结构向下传递荷载主要受力部分，与上部结构是不可分割的两部分。上部结构对基础内力的影响明显，地基及基础的沉降也会使上部结构及构件产生内力重分布。因此基础设计时应考虑上部结构，结合上部结构的布置合理选择基础类型，以确保基础整体性好，受力均匀，满足地基承载力要求和建筑物容许变形要求。

因此，基础设计中，设计人员应根据工程地质情况、水文情况、周边环境、市政条件及结构体系，施工技术及经济因素，构建合理的受力及传力途径，以上部结构荷载等相关数据为核心，设计安全经济，切实可行基础形式。

3 结语

简而言之，基于现代化发展背景下，我国钢筋混凝土高层结构作为常见的形式，尤其是在设计过程中，结构工程师更应该在整个设计过程中重视结构概念设计及抗震性能化设计，在保证结构的承载力和变形满足规范要求，结构安全的前提下，尽可能采用新技术、新材料，并对结构进行必要的经济比较，以达到确保整个设计工作能够取得预期的效果。

参考文献：

[1]马福.钢筋混凝土高层建筑结构的设计体会[J].山西建筑，2019，（12）.