在鋼筋混凝土高層結構設計中常見問題的分析

張銳

1 引言

進入21世紀以來，我們的綜合國力日益增強，也進一步推進了高層建筑在我國的快速發展。目前的建筑正朝著結構復雜化、建筑高層化發展，建筑技術、建筑形式、以及建筑材料都發生了較大變革。其中使用材料最多的是鋼筋混凝土，鋼筋混凝土具有耐久性好、安全性高等特點。對于鋼筋混凝土高層建筑來說，其結構設計是一個非常關鍵的問題，直接影響了建筑實體的質量。已經被廣泛應用到高層建筑工程中。通過做好鋼筋混凝土高層結構設計工作，能夠保證鋼筋混凝土材料得到有效利用，提升高層建筑結構的穩定性。本文主要分析鋼筋混凝土高層結構設計中存在的問題與解決對策，保證鋼筋混凝土高層結構設計工作得以順利開展。

2 我國鋼筋混凝土高層結構的發展

2.1 建筑高度不斷增加

依據相關資料記載，自80年代到20世紀末期，伴隨中國經濟的增長，建設了100多棟高于150m的建筑，到2006年年末，中國內部共計建設了150多棟高于150m的建筑，到2009年年末，該類建筑的數量已達到250棟，在2018年，又制定了很多高層建筑建設規劃。從這可以知道，國內高層建筑無論在建設速度還是在建設數量以及建設的高度方面，均讓人吃驚，如圖1所示。

2.2 結構體型日趨復雜

伴隨我國綜合國力的增長，高層建筑一方面要具有建筑自身應當有的效能，另一方面還應當有自身的特色。中國大多數區域為抗震區域，而高層建筑集聚的東部沿海省份還是臺風發生概率較高的區域。比如福建、廣東等地建造的高層建筑，廣州市區便是臺風發生頻次較高的區域，而建筑架構體型的日漸繁雜讓設計過程中原本就難度較大的抗風、抗震等問題面臨更嚴峻的挑戰。

2.3 新型結構體系涌現

伴隨高層建筑的發展，產生了諸多新型架構機制。比如廣州西塔運用了外部交叉網格架構機制；天津津塔主要抗側力機制包括外伸鋼臂抗側力機制、鋼管混凝土柱外框、核心鋼板剪力墻機制；國貿三期主塔樓運用的是鋼-混凝土結構-核心筒架構。另外，以巨型柱為基礎的巨型架構等結構方式也廣泛運用到高層建筑中。

2.4 超高層建筑中鋼-混凝土混合結構為主

依據相關資料，到2017年年末，中國高于250m的超高層建筑架構中，鋼-混凝土架構占到98.4%，比如金茂大廈、上海環球金融中心，外部框架都是型鋼混凝土柱和鋼柱，內部為鋼筋混凝土核心筒；剛建成不久的117大廈，外部運用鋼管混凝土柱，內部為鋼板混凝土剪力墻結構。鋼架構具有技術方面的優點與混凝土成本較少的特征，推動了中國鋼-混凝土混合架構的快速崛起。另外，鋼混架構呈現為結構方式多元、適應水平高、結構功能優良、穩定性優良等優勢，為此估計在未來的高層建筑設計中這種結構會得到更大范圍的運用。

3 鋼筋混凝土高層結構設計常見問題

3.1 結構體系不合理

如果設計人員選擇的結構體系不合理，在一定程度上會降低結構的穩定性。在設計鋼筋混凝土高層結構體系的過程中，設計人員要結合工程結構特點，并根據該地區抗震設防等級及風荷載情況等，選擇合理的結構體系。如果鋼筋混凝土高層結構體系不合理，該高層建筑工程的結構性能會降低，如果設計人員選擇的設計指標不科學，則會降低鋼筋混凝土高層結構的可靠性，導致各種質量問題的出現，甚至出現安全問題。

3.2 地基與基礎設計不科學

在設計鋼筋混凝土高層建筑工程地基與基礎的過程中，經常會出現以下幾個問題：①基礎類型選擇不當，導致建筑物出現不均勻沉降甚至傾斜。②天然基礎設計不合理，地基的斜面坡坡度較大，會降低地基混凝土的振搗質量，影響地基結構的穩定性。③地下室底板配筋不合理，如果地下室底板配筋不合理，高層建筑結構很容易出現失穩現象，增加建筑物的不均勻沉降量。④設計人員沒有考慮到地下水對地基與基礎的影響，如果地下水位比較高，會影響地基與基礎結構的耐久性和穩定性，因此，設計人員要制定合理的地基與基礎防水設計方案，提升地基與基礎的可靠性。

3.3 上部結構設計存在較多缺陷

在鋼筋混凝土高層建筑上部結構設計中，如果框架-剪力墻結構設計不合理，很容易出現應力集中現象，降低高層建筑結構的安全性，容易導致結構裂縫或者倒塌事件，當外界發生地震時，高層建筑結構很容易出現坍塌。此外，在設計框架-剪力墻連接構件的過程中，由于剪力墻布置不合理，會增加框架-剪力墻連接構件的設計難度，影響鋼筋混凝土高層建筑整體結構的可靠性。

4 鋼筋混凝土高層結構設計常見問題的解決對策

4.1 科學設計結構體系

在信息技術快速發展的今天，各類計算機軟件在建筑工程結構設計中的應用范圍越來越廣泛。在本鋼筋混凝土高層建筑結構設計中，我們可以充分運用BIM技術，構建完善的建筑設計模型，結合該建筑模型的運行特點，不斷優化建筑結構設計方案，保證結構設計方案得到良好的實施。對于設計人員來講，還要做好高層建筑結構計算與分析工作，運用不同的計算方法，將計算結果進行綜合對比，不斷提升鋼筋混凝土高層結構設計方案的合理性。

通過各種比對，科學設計鋼筋混凝土高層建筑結構體系，能夠有效提升高層建筑工程的抗震性能，減少施工資源的浪費。鋼筋混凝土高層結構設計人員在實際工作當中，要選擇合理的設計指標，并結合該地區及建筑物的情況，不斷優化高層建筑結構體系設計方案，不斷減小外界環境對鋼筋混凝土高層建筑工程施工質量的影響。

4.2 合理設計地基與基礎

為了保證鋼筋混凝土高層結構設計方案得到更好的實施，設計人員需要合理設計建筑的地基與基礎。通過綜合分析場地地質條件，合理選擇基礎方案，保證結構安全。在本鋼筋混凝土高層建筑工程中，由于地質條件良好，我們采用天然地基獨立基礎（局部筏板）+防水板+抗浮錨桿形式，并準確設計各個基礎間的拉梁結構，增大基礎配筋，有效提升獨立基礎的穩定性。由于該高層建筑有地下室，為了防止地下室底板出現大面積裂縫，我們在不同持力層間采用褥墊處理方案，提高地基與基礎結構的安全性。

通過合理設計地基與基礎，能夠幫助設計人員全面了解鋼筋混凝土高層建筑地基與基礎結構特點。伴隨我國高層建筑工程數量的逐年增多，地基與基礎設計工作顯得越來越重要，結構設計人員在實際工作中，要根據地下水位變化情況，繪制包絡圖，并結合高層建筑地基與基礎結構特點，制定相應的防水方案。此外，設計人員還要做好配筋工作，準確計算地基與基礎配筋量，保證該高層建筑地基與基礎結構的可靠性得到更好的提升。

4.3 優化上部結構設計

鋼筋混凝土高層結構設計人員通過合理優化上部結構設計，能夠提升高層建筑結構的抵抗水平荷載性能和結構穩定性。例如，設計人員在設計框架-剪力墻結構的過程中，要結合框架-剪力墻布置情況，做好相應的設防工作，保證框架-剪力墻結構剛性符合相關規定，減少應力集中現象的發生。另外，在設計梁柱的過程中，設計人員要遵守“強柱弱梁”設計原則，并準確計算高層建筑梁柱的節點剪力，提高高層建筑物的抗震性能。設計人員在實際工作當中，需要注意以下問題：①不得隨意增加高層建筑上部結構荷載，保證高層建筑連梁部位更加穩定。②認真遵守相關設計規范，禁止在高層建筑連梁上部搭設框架梁。通過合理優化鋼筋混凝土高層建筑上部結構設計，能夠有效提升設計方案的科學性，減少施工材料的浪費。

5 結束語

綜上所述，隨著我國城市化進程不斷加快，高層數量快速增長，對其結構設計和施工的質量提出了新的要求。文章以超高層建筑設計為例，對其建筑結構設計中存在的問題進行分析，只有采取科學化的設計方案，結合工程項目的實際情況進行計算，才能達到設計盡可能的完善，可以說從整個工程案例的幾個維度來看，設計者不僅要重視結構的定量計算分析，而且更要注重結構的概念設計，即結構的宏觀控制和定性判斷，才可以保證建筑結構的安全性與穩定性，進一步提升其結構質量。