高層建筑鋼筋混凝土結構設計的注意事項淺析

王永旭

摘要：在高層建筑工程設計過程中，具體建筑鋼筋混凝土結構的方案設計主要依據是該建筑本身的層數、建筑高度、建筑功能設定、地震烈度、場地類別、區域內建筑群體之間的關系，甲方具體設計要求、國家有關規定等規范。本文主要分析了高層建筑鋼筋混凝土結構設計環節：具體如下：

關鍵詞：高層建筑;鋼筋混凝土;結構設計;注意事項

一、主要原則

相當傳統多層建筑，高層建筑體量大、投資大、涉及重大人民生命財產安全問題，不同的設計方案往往在投資及產出效益方面差距大，另外，高層建筑將對結構本身的穩定性提出更高的要求。因此，在前期鋼筋混凝土結構設計環節，就嚴格依據各種已知條件，合理選用設計方案。

（一）在高層建筑鋼筋混凝土結構設計前期，需要根據建筑功能及建筑高度、地震烈度等確定合適的結構類型，如住宅結構選用純剪力墻結構往往取得優投資方案，商業綜合體選用框架剪力墻往往取得優投資方案等等。

（二）在前期結構方案設計階段，地基處理方式的選擇亦是重點考察的項目之一，此時，應該根據甲方提供的地勘報告，并根據建筑的本身層數、高度、建筑功能、荷載分布等等。結合工程所在地的地基處理工程經驗。按照概念優先、設計輔助的原則確定合理的地基處理方案。

（三）基礎型式的確定及建筑平面的專業間溝通，此階段應與各專業密切配合，做好多方案比較，以避免方案階段形成結構上的多項不規則。

二、注意事項

（一）結構選型及地基處理方案

相對傳統多層建筑而言，高層建筑鋼筋混凝土結構設計對整體結構體系的要求較高。在具體的結構設計中，主要是依據整體建筑無具體規模、功能等，選擇合適的結構類型，并根據結構類型與地震烈度、場地類別等，確定相應建筑現澆鋼筋混凝土構件抗震等級。另外，結構自重直接影響建筑物所受地震力的大小，這就要求設計人員合理的選擇填充墻材料，在滿足建筑要求的前提下應盡量選用輕型材料，以減小地震力，降低建筑物造價。高層建筑自重大，對沉降反應敏感，一般應進行地基處理。在結構類型確定后，應根據結構類型及場地土層條件，結合工程當地的具體經驗，選擇合理的地基處理方式和基礎型式。

（二）概念設計

在具體的結構計算之前，應進行概念設計，通過綜合考慮項目整體，綜合判斷該工程可能出現的薄弱部位，采取相應的結構措施，予以加強;對于嚴重影響結構安全的一些不規則，應采取諸如分縫、取墻、加柱、改變局部結構布置，甚至局部改變建筑方案等方法予以解決。

（三）合理地選擇混凝土類型

在整體結構設計過程中，應正確地選擇混凝土的強度等級及外加劑，以取得投資與效益的優組合。高強度混凝土以及一些特殊性能混凝土，具有強度大，耐久性好，彈性模量高等優點，在一些大型高層建筑中，尤其是對于框架-剪力墻結構、框架結構，能有效的減小結構構件的斷面尺寸，為建筑物贏得良好好的空間使用效果。加入適當外加劑的混凝土能獲得如緩凝、抗滲、抗凍、抗裂等特殊效果。其兩者的缺點在于，高強度混凝土凝結速度快，施工工藝復雜，施工成本高昂;外加劑的摻加須嚴格控制比例，需實驗確定，這在一定程度上增加了施工費用和施工周期。在前期結構方案設計階段，對于一個具體設計項目，首先應分析項目的具體特點，選擇與項目本身相匹配的混凝土強度和外加劑類型。對于層數較高框架結構及框架-剪力墻結構，在滿足規范要求及本地區施工技術有保障的前提下，設計人員宜優先選用高強度、高性能的混凝土，此時可取得良好的經濟效果。對于一般層數較低的單層、多層項目，以及較多層數的剪力墻結構，在滿足規范低要求的前提下，宜選擇本地區較普通通用的混凝土類型，也可取得良好經濟效果。

（四）結構計算分析

在高層建筑鋼筋混凝土結構設計階段，結構參數計算對整體工程設計質量有重要的影響作用。因此，在設計過程中，相關人員需要結合整體高層建筑結構內在應力，合理地計算整體結構的運行參數。現階段，在高層建筑鋼筋混凝土結構設計參數核算環節，YJK、PKPM等幾種類型是常用的結構設計軟件。在實際結構計算環節，每種運行軟件計算模式各有其獨特之處。因此，在設計環節中相關設計人員需依據結構類型選擇合理的計算機計算軟件，并在此基礎上對不同運算軟件計算結果進行統一分析，再確定佳設計方案。計算完成后，設計人員應首先根據設計經驗對計算結果的正確性進行判斷，在判斷計算結果可信的前提下，根據現行規范的如周期比、剛度比、偏心率、位移及位移比等的限值調整計算模型，終獲得滿足規范前提下的合理的模型計算結果。此外，在高層建筑鋼筋混凝土結構變形縫設置過程中，宜根據建筑平面、立面的復雜性，用變形縫將結構拆分為不同的規則單元。同時，在嵌固端設計過程中，由于該高層建筑具有一層地下室及人防設施，在地下室頂板、人防頂板位置需進行嵌固端的合理設置。而在嵌固端設計過程中，相應高層建筑鋼筋混凝土結構設計人員應對嵌固端上下層剛度比予以重視，采用合理的結構布置，使地震作用下，嵌固端真正出現在設計嵌固端部位，從而保證地下結構頂部嵌固端實際效力得以穩定發揮。

三、結構設計優化措施

（一）基礎優化設計

裙樓和主樓的基礎設計應采用差異化設計模式，并結合工程的地勘資料。其中，裙樓部分采用獨立基礎，而主樓部分則采用筏板基礎，樁基承臺和基礎底板應在參數計算和既有經驗相結合的基礎上進行設計，避免隨意加大鋼筋和增大厚度的情況，導致建筑的自重增加，同時也增加建筑成本。例如，在地下室的基礎設計部分，原初步設計時，地下室的基礎將全部采用筏板基礎的模式，但經過審核計算后發現，采用獨立基礎加抗浮錨桿和防水底板的做法可以起到減少混凝土和鋼筋使用量的目的，同時還可以實現施工便捷，提升結構安全性的目的，在保障施工質量的同時降低施工成本。為保障地下室滿足防水要求，裂縫寬度應控制在0.2mm以內，在地下室的外墻和頂板部分設計上，必須保證荷載取值的精準，將行業建筑標準和實際情況相結合，部分外墻和頂板的荷載值取值可以基于實際情況的變化而變化，但是不能低于行業標準規定的限值。作為塔樓的嵌固端，地下室頂板應進一步加厚，當地下室頂板上部覆土較厚時適于采用井字型梁，當上部覆土較薄時適宜采用十字型梁，鑒于本工程的覆土厚度不大，因此，適于采用十字梁的模式。結合工程的地質勘察報告，在建筑下部的持力層部分巖性為一層中密卵石層，因此，裙樓基礎采用獨立基礎加抗水底板，主樓采用筏板基礎，純地下室部分采用抗浮錨桿，以保障整個建筑的結構穩定性。

（二）框架-剪力墻優化設計

框架-剪力墻優化設計應在建筑整體優化設計原則下進行，逐步對各個構件進行優化，繼而達到結構受力合理化，節約投資的目的。具體而言，需要注重對框架、剪力墻的協同作用進行優化，實現延性、剛度、承載力的最優化匹配設計。在優化工作方面，應根據抗震等級按規范采取抗震構造措施、滿足規范彈塑性層間位移角限值，并滿足彈性層間位移角的限值實現對鋼筋混凝土建筑結構在延性和剛度上的優化設計。

（三）樓板優化設計

樓板優化設計也是高層建筑鋼筋混凝土建筑結構優化設計中最為重要的組成部分之一，設計時應考慮樓板中預埋管道的要求，當建筑的樓板設計厚度較小時，在施工時極易導致裂縫的出現，因此，樓板設計應采用彈性假定的方式設計，對樓板的配筋折減、厚度等因素進行設定，而不是采用塑性假定的方式。就本工程而言，其最小配筋率適于設定在0.2～0.45，樓板厚度適于設定為100～130mm，盡可能避免采用大跨厚板。

四、結語：

綜上可知，設計過程中，其建筑鋼筋混凝土結構的功能特性是較為復雜。因此，應該嚴格遵循高層建筑結構設計的相關規定，合理地控制建筑鋼筋混凝土結構的設計強度及相關構件布設數量。從而在保證高層建筑抗震目標達成的基礎上，大可能性地降低建筑鋼筋混凝土結構風險因素，從而確保后期高層建筑鋼筋混凝土結構建設工作得以順利開展。

參考文獻：

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[2]姜劍飛.高層建筑鋼筋混凝土結構設計問題[J].建材發展導向：上，2017（17）：156～157.