鋼筋混凝土高層結構設計的問題及其對策探究

張貽榮

【摘要】鋼筋混凝土高層結構設計中，極易出現結構體系不合理，地基基礎與上部結構設計不合理等問題。此次研究主要是分析鋼筋混凝土高層結構設計問題，聯合實際工程案例提出相應的解決方案。

【關鍵詞】鋼筋混凝土;高層結構;設計問題;處理對策

相比于傳統建筑結構來說，鋼筋混凝土的結構穩定性高，且施工過程簡便，廣泛應用于高層建筑主體結構中。通過對當前工程建設情況分析，可知鋼筋混凝土結構在實際應用中存在設計不合理問題，會對整體建筑質量造成影響。為了充分發揮鋼筋混凝土的優勢，確保高層建筑結構穩固性，需要針對高層結構設計所存在的問題展開討論，并提出相應的解決處理對策，確保混凝土高層結構設計的順利有效開展。

1、高層建筑常用的結構類型

1.1框架結構體系

此種結構多應用于低高度或多層建筑中，建筑承重結構是按照框架柱和框架梁組成的結構體系，承擔建筑豎向和水平方向的荷載。在布置框架結構時，必須有明確的傳力路徑。對于框架結構來說，框架柱是豎向承重和抗側力的重要構件，需注重“強柱弱梁”的概念設計。

1.2剪力墻結構體系

此種結構原理是通過鋼筋混凝土墻體承受豎向力和水平力。由于剪力墻與樓面梁板組成受力體系，受構件跨度影響，墻體間距通常在3m～8m之間。剪力墻結構多應用于空間較小的建筑中，對需要大空間時就不太適用。建筑底部承受很大的軸壓力及水平剪力，對結構底部加強部位應采取加強措施。

1.3筒體結構體系

在建筑高度不斷增長形勢下，傳統框架結構體系、剪力墻結構體系無法滿足建筑結構的強度和剛度要求。筒體結構體系可以有效彌補這種要求。筒體結構是基于框架結構和剪力墻結構所發展的，由剪力墻和若干框架交接圍成筒狀封閉骨架結構，該結構可以有效抵抗水平荷載作用，還可以擴大使用空間。

2、工程概況

某高層建筑采用鋼筋混凝土剪力墻結構，總建筑面積為93345平方米，共包含35層，地上33層為住宅樓，地下2層為車庫。室內外標差為0.15米，地下室層高為5.4米和3.6米。主體結構設計年限為50年，耐火等級為1級，抗震烈度為7度，工程抗震設防類別為丙類。

3、鋼筋混凝土高層結構設計問題

3.1結構體系不合理

在高層建筑結構設計中，結構體系不合理問題屬于常見問題，多是由于不夠重視設計前期的概念設計、建筑設計時片面追求立面效果，過度依賴計算機軟件的計算結果而缺乏多種計算手段的分析和對比，導致結構體系選擇不合理，從而造成具體施工圖設計時工程造價的極大浪費。

3.2地基和基礎設計不合理

地基屬于建筑最重要的部分，若地基設計不合理，將無法確保高層建筑的結構穩固性。地基設計不合理問題主要表現在以下方面：第一，基礎類型選擇不合理，容易使建筑物產生不均勻沉降問題。第二，基礎設計不合理，地基斜面坡度大，會對混凝土震搗質量造成影響，進一步降低地基結構穩固性。第三，地下室頂板、底板設計不合理，不滿足高層建筑底嵌固部位的要求，對上部結構的整體質量產生安全隱患。第四，設計人員沒有分析地下水位對于建筑基礎的影響，若施工場地的地下水位高，將會對基礎結構的穩定性和耐久性造成嚴重影響。

3.3上部結構設計不合理

上部結構在整個工程結構設計中屬于重要部分，在實際設計期間必須考慮到多方面因素。然而通過分析設計現狀可知，上部結構設計不規范問題比較嚴重，不注重精細化處理，因各專業缺少密切配合而導致缺漏碰撞、后期開洞等現象較多。需要注意的是，上部結構的剪力墻設置不科學，將會導致內部應力集中。建筑遇到地震災害時，由于內部抵抗力不足，極易產生坍塌事故。

3.4重要部位設計不到位

設計合理的聯肢剪力墻主要靠墻梁端部和墻肢底部出現塑性鉸來耗散地震能量，并且墻梁出鉸在先，這使得耗能是在整個構件高度上實現，減小了墻體的破壞程度并易于修復。在地震災害影響下，兩段剪力墻之間的墻梁部位極易出現開裂問題，為了確保剪力強可以在能量消耗中發揮作用，必須確保建筑物具備較高的延性。如果墻梁設計不合理，將會延遲墻梁塑性鉸的出現，墻梁無法在能量消耗中起到相應作用，從而導致其他構件首先破壞，嚴重威脅整個建筑結構的安全。在設計中需要注意，墻梁不能承擔過重的垂直載荷。部分設計人員在梁柱節點設計中，在墻-梁接頭位置增加梁端部上部鋼筋，從而形成弱柱強梁結構模型，在遇到地震災害時，首先會破壞墻柱，從而導致整體結構崩潰。

4、鋼筋混凝土高層結構的優化設計措施

4.1優化設計結構體系

在信息技術發展過程中，工程結構設計開始廣泛應用計算機軟件。在高層建筑結構設計中，通過應用BIM技術建立建筑設計模型，聯合建筑模型的運行特點，對設計方案進行優化，全面落實和實施結構設計方案。對于設計人員來說，應當準確計算和分析高層建筑結構，綜合比較計算結果，以此提升高層建筑結構設計的合理性。通過比較可以優化高層建筑結構體系，加強建筑的抗震性能，減少資源浪費。工程結構設計人員需要合理選擇設計指標并結合地區與建筑物實況，對結構體系設計方案進行優化，降低外部環境因素對于施工質量的影響。

4.2合理設計基礎與地基部分

為了確保高層結構設計方案的有效性，必須注重建筑基礎與地基設計的合理性。在設計之前必須對場地地質水文條件進行分析，選擇合理的基礎方案，確保整體結構的安全性。此次工程的地質水文條件良好，采用獨立基礎、防水板聯合抗浮錨桿方式，合理設計基礎部位的拉梁結構，適當增加基礎配筋，提升基礎的穩固性。該工程地下空間為地下車庫，為了避免地下室底板產生裂縫，地下室混凝土添加抗滲防裂纖維，在防水板下采用褥墊處理方案。

為了確保基礎與地基設計的合理性，設計人員必須準確掌握高層建筑地基與基礎結構特點。在具體設計過程中，應當按照地下水位的變化情況繪制包絡圖。聯合地基與基礎結構特點制定相應的防水方案。其次，設計人員還應當注重配筋工作，確保基礎與地基配筋量的計算準確率，以此提升基礎結構的可靠性。

4.3優化上部結構設計

高層結構設計需要對上部結構進行優化設計，以此提升結構的整體穩定性和抗水平荷載性能。提高建筑物結構設計的規則性，合理設置抗側力構件的位置，以此形成承載力的合理性分布體系，垂直方向需要通過抗側力構件剛度和強度來提高，滿足其連續和均勻穩定性，在豎直方向上應避開使用轉換層，以免出現應力集中問題。在節點設計時，需要注重節點的延性設計，以此確保建筑物的抗震性能。

結語：

綜上所述，相比于多層建筑來說，高層建筑對于結構側向剛度的要求比較高，通過分析高層建筑結構的特點，確保結構設計質量。設計人員必須深入分析高層結構設計存在的安全隱患，優化設計結構體系、合理設計基礎與地基部分、優化上部結構設計，全面確保建筑設計的有效性。

參考文獻：

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