鋼筋混凝土高層結構設計的常見問題概論

陳正權

摘 要 鋼筋砼（混凝土）結構有著很好的延展性、強度大和整體性很強等特征，在高層建筑中得到了廣泛使用。近幾年，建筑行業的發展領域不斷擴大，工程建設過程鋼筋砼結構會出現一些問題，設計師對此必須引起高度重視。基于此，文章針對鋼筋砼高層結構設計中存在的不足，詳細闡述了幾點有效的處理方法。

關鍵詞 鋼筋砼；高層結構；設計問題；處理方法

21世紀背景下，我國綜合國力不斷提高，由此促進了高層工程的繁榮發展。當前，建筑行業開始向著結構煩瑣化、結構高層化趨勢發展，工程技術、建筑模式和工程材料均有了較大改變。其中所用材料最頻繁的是鋼筋砼，鋼筋砼具有良好的耐久性以及安全性。針對鋼筋砼高層結構而言，其結構設計屬于十分重要的問題，直接關系到建筑物的質量，已在高層結構中得到廣泛使用。通過科學設計鋼筋砼高層結構，可以確保鋼筋砼材料獲得充分利用，提高高層工程的穩固性。

1 鋼筋砼高層項目設計中常見的不足

1.1 結構體系不規范

若設計師選用的結構體系不規范，會在很大程度上下降結構的穩固性。在設計鋼筋砼高層結構體系時，設計師要根據高層結構特征，并結合本地抗震預防等級與風荷載等因素，選用規范的結構體系[1]。若鋼筋砼高層項目結構體系不規范，則高層建筑物的性能將會下降，若設計師選用的設計指標不合理，就會減小鋼筋砼高層建筑的可靠性，引發各種質量故障，甚至產生安全事故。

1.2 地基及基礎設計不當

單獨地基地下室設計問題。在設計高層結構的單獨基礎地下室結構時，設計師往往會忽略建筑結構由于某些原因而出現沉降，進而引起的附加應力對建筑總體質量的影響。在高層結構中，在結構頂部荷載的應用下，單獨基礎地下室總體會出現變化、沉降，該環節若忽視沉降引起的附加應力，地下室結構將會由于壓力太大而出現裂縫。

地下水位現象。在設計鋼筋砼高層結構時，要重點思考地下高水位現行。地下水位較高時，高層結構需要規劃地下室時，要在地下室外邊地坪之下的外墻展開圍護設計，為方便開展防水施工工作，圍護模式的設計要盡量簡單[2]。針對高層結構，有柱下承臺和地梁基槽地模狀態錯綜煩瑣，且存在許多陰陽角及放坡現象，會造成防水施工時間延長、難度大、投資高，而且無法保障建設質量。

自然獨立地基問題。自然獨立地基設計過程，采取椎體模式，其斜坡比超過1：3，導致砼振搗過程出現不密實現象 ，通過人工處理之后，砼的各種指標依舊難以滿足設計需要。

1.3 裂縫現象

裂縫現象主要包含如下幾種：其一，結構開裂。在砼澆筑時，構件間存在不同的剛度，導致結構內產生剛度很弱的區域，該區域就極易產生裂縫，主要表現在樓板板端與墻角部位；其二，構造開裂。其主要的原因是，砼配備時水灰比不合理，澆筑過程振搗不徹底、模板移動等，此外，脫模太早，養護不當等都會引起砼裂縫；其三，溫度裂縫[3]。受到外部環境溫差的極大影響，混凝土出現熱脹冷縮情況，使得在施工中產生裂縫，在施工過程溫度裂縫的出現頻率最大。

砼裂縫現象的處理，要在易出現裂縫的位置，采取預應力澆筑方法；而且，用支架加固預埋管線，如此可以減少裂縫問題的產生，進而提升高層結構的整體質量及可靠性。

1.4 頂部結構規劃不合理

（1）框架-剪力墻與連梁問題。①框架-剪力墻設計問題。在設計鋼筋砼高層結構時，剪力墻的布置應均勻，防止剪力墻單肢強度太大，進而造成應力集中，損壞整個結構的安全性與可靠性。此外，布置不均勻也會造成其連梁設計的困難性提高。剛度很大的一級剪力墻，它的支數最少是4支。結構設計大多數是以抗震型開展設計的，要根據多道設防原理進行。優先思考第一等級的剪力墻，而且采用低等級的剪力墻管理結構的變化，提高高層結構的抗震性和穩固性。②連梁問題。連梁屬于相鄰剪力墻在出現地震問題時，承擔剪力墻受力的構件。在框剪構造的連梁構件設計中，是根據剪力墻的布置狀況處理的。在設計連梁時，要適當提高連梁剛度，而且，連梁上不能夠安裝關鍵的框架梁。

（2）梁支架。針對結構中梁支架的規劃，很多設計師將梁和柱間的梁支架設計成固定無法旋轉的形式，在實際建筑中有時是不科學的。例如，剪力墻和框架的架梁是正相交的，并且對梁的限制很弱時，就無須梁支架了。

2 鋼筋砼高層結構設計缺陷處理辦法

2.1 優化高層結構體系

信息化時代下，各種計算機系統在建筑項目結構設計中得到了廣泛使用。在鋼筋砼高層結構規劃中，能夠充分利用BIM技術，建立健全的建筑信息模型，根據建筑模型的基本特征，進一步完善高層結構設計計劃，確保結構設計計劃得到貫徹執行。針對設計師而言，需要科學計算和分析高層結構，采用多種計算方式，綜合比較計算結果，進一步提高鋼筋砼高層結果規劃方案的科學性。

經各種比較，科學規劃鋼筋砼高層項目結構體系，可以有效提高高層結構的抗震能力，避免施工資源的大量消耗[4]。鋼筋砼高層結構設計師在設計過程，要采用科學的設計指標，并根據本地及建筑工程的實況，進一步完善高層項目結構體系規劃方案，逐漸降低外部環境對鋼筋砼高層結構建設質量的影響。

2.2 科學設計地基及基礎

為確保鋼筋砼高層結構設計計劃獲得貫徹實行，設計師需要科學設計結構地基及基礎。通過全面分析場地地質環境，科學選取基礎方案，確保結構安全。若鋼筋砼高層結構的地質環境很好，就能夠采取天然地基單獨基礎+防滲板+防浮錨桿模式，并合理設計每個基礎之間的拉梁構造，加大基礎配筋，不斷提高單獨基礎的可靠性。若高層結構處在地下，為避免地下室地板產生大范圍開裂，就需要在各個持力層之間實施褥墊施工方案，提升地基和基礎結構的穩定性。

通過科學設計地基及基礎，可以幫助設計師詳細掌握鋼筋砼高層結構地基和基礎結構特征。隨著國內高層結構數量的不斷增加，地基和基礎設計任務逐漸重要，結構設計師在實際操作中，要結合地下水位浮動狀況，制作包絡圖，并根據高層工程地基和基礎結構特征，建立適當的防滲計劃。另外，設計師還要處理好配筋工作，精準算出地基和基礎配筋量，確保高層結構地基和基礎結構的穩定性得到提高。

2.3 科學設計頂部結構

鋼筋砼高層結構設計師通過科學設計頂部結構，可以提高高層項目結構的抵抗能力，增強荷載性能與結構可靠性。比如，設計師在規劃框架-剪力墻時，要根據框架-剪力墻的分布狀況，做好相關防護工作，確保框架-剪力墻的剛度滿足標準規定，避免應力集中情況的出現。此外，在設計梁柱時，設計師要遵循“強柱弱梁”的原則，并精準算出高層結構梁柱的節點應力，提升高層結構的抗震水平[5]。設計師在設計過程要注意如下幾點問題：其一，不能隨便加大高層結構頂部結構荷載，確保高層結構連梁位置更為穩定。其二，認真遵循相關設計標準，防止在高層結構連梁頂部建立框架梁。通過科學設計鋼筋砼高層頂部結構，可以有效提高設計方案的合理性，避免施工資源的耗費。

2.4 選擇計算模式

針對常規結構，能夠采取樓板總體平面中無限剛假設模型；針對多塔和錯層結構，能夠采取樓板分塊平面中無限剛模型；針對樓板局部開大口、塔和塔之間頂部連接的多塔結構等，能夠采取樓板分塊平面中無限剛，并含有彈性銜接板帶模型；但針對樓板開大口涉及中庭等共享區域的獨特樓板結構，以及需要研究精度大的高層結構，就能夠采取彈性樓板模型。在實際應用中能夠結合工程經驗及工程具體情況靈活使用，以最低的計算量得到預期的分析精度標準，不僅不能不分情況盲目采取剛性樓板模型，導致小墻肢計算值過小，不安全；也不需要全都采取彈性樓板模型，增多不必要的計算量。

3 結束語

通過上文的分析發現，隨著國內城市化進程的推進，高層建筑數量日益增多，對其結構設計及建設質量提出了更高的標準。本文以高層結構設計為研究對象，對其設計中常見的問題展開分析，通過分析發現，唯有采用科學的結構設計方案，根據結構實際狀況計算，方可保證設計的完整性，并確保高層結構后續建設的安全性及可靠性，不斷提高高層結構質量。

參考文獻

[1] 張銳.在鋼筋混凝土高層結構設計中常見問題的分析[J].建材與裝飾，2018，（38）：86-87.

[2] 邱冬冬，秦媛媛.建筑工程中鋼筋混凝土結構設計中的常見問題[J].居舍，2017，（28）：82.

[3] 杜賀龍.鋼筋混凝土高層結構設計中存在的若干問題探析[J].科技創新與應用，2015，（36）：266.

[4] 金世海.淺談鋼筋混凝土結構設計中的常見問題及對策分析[J].科技與企業，2015，（13）：127.

[5] 彭煜.鋼筋混凝土結構設計中的常見問題及優化措施[J].中華民居（下旬刊），2014，（08）：137.