高層建筑鋼筋混凝土結構設計問題分析

郭維佳

（河北 邯鄲 056004）

引言

鋼筋是現代建筑工程中用量較多的材料之一，特別是在高層建筑中，對鋼筋的質量和性能都提出了嚴格要求。鋼筋在采購、運輸、保存和使用等環節中，容易受到外界因素的影響，出現銹蝕、裂縫或彎曲等問題，如果現場施工人員沒有嚴格進行質量檢查，仍然使用有上述問題的鋼筋材料，將會給建筑工程的使用安全構成潛在的威脅。因此，在前期施工階段，必須要對鋼筋進行全面檢測，并對比檢測數據，只有各項數據都符合施工要求，才允許鋼筋進場，以此來確保工程質量。

一、建筑工程質量檢驗中鋼筋檢測技術

（一）鋼筋強度試驗

鋼筋強度是決定建筑結構承載力的重要因素之一。強度指標有兩種（屈服強度和拉伸強度）。雖然鋼筋的強度越高，構件的安全性也就越高，但在建筑工程中，鋼筋的強度越高，不能用來降低配筋率。這是因為鋼筋的彈性磨損量是一個常數，鋼筋的強度越高，受力越大，導致構件變形，甚至產生裂紋。因此，在使用鋼筋時，應根據具體情況選用強度適當的鋼筋。取樣試驗方法可用于鋼筋強度的試驗。鋼筋樣品從施工現場取得后，送實驗室進行鋼筋拉伸試驗。檢測鋼筋的極限拉伸強度、延伸率和屈服強度。鋼筋的強度與建筑結構的承載力有關，因此為了保證鋼筋強度檢測的科學合理性和準確性，有必要對鋼筋混凝土中非常重要的部位或非常重要的構件進行檢測部位取樣。另外，在施工現場取樣，也要保證取樣的代表性，可以在鋼筋受力最小的地方取樣，取樣作業結束后，對取樣現場采取加固措施，防止安全隱患。

（二）鋼筋的延性檢測

鋼筋的延性是用來表示鋼筋變形和耗能的程度。在過去的建筑工程施工質量問題中，鋼筋強度往往不是造成質量問題的主要因素，而是由于鋼筋的可塑性沒有達到相應的標準和要求，導致出現斷裂問題。通常來說，用可以延伸率對鋼筋的延展性進行評估，是通過失效后的延伸率來計算。在進行斷裂后伸長率的檢測時，要注意斷裂處與最接近標距的距離不能小于原標距的三分之一，否則會導致檢測結果無效，這就必須小心的讓試樣的斷裂部分搭接在一起，以使它們的軸線位于同一水平線上。斷裂后鋼筋的伸長率出現了等于甚至是大于規定值的情況，并且所檢測的任一斷裂位置都視為有效。如果出現原始標距的三分之一大于斷裂處與最接近的標距標記的距離的情況，可以使用移位法來對斷裂伸長率進行測量。

（三）高層建筑鋼筋混凝土結構設計準則

鋼筋混凝土結構相比于傳統建筑結構而言，具有結構穩定、施工簡便等優點，尤其是在現階段的高層建筑中，此種類型的結構一直被作為主體結構。但是就目前建設情況而言，該類結構在應用過程中，仍然存在結構設計不合理等問題，會直接影響建筑質量。因此，對鋼筋混凝土高層結構設計的常見問題與處理研究有鮮明現實意義。

1.安全性

高層建筑鋼筋混凝土結構的質量直接關系著人們的生命財產安全，在進行結構設計時，就要秉持安全性原則，以安全作為結構設計的根本，只有在確保了高層建筑鋼筋混凝土結構安全性的基礎上，才能進行建筑結構美觀性、藝術性等的設計。在結構設計時，要嚴格按照行業標準、設計規范、施工技術要求等開展結構設計，保證高層建筑鋼筋混凝土結構的安全性達標。

2.適用性原則

在高層建筑鋼筋混凝土結構設計的過程中，特別是在結構預設的過程中，往往需要綜合各方面因素進行建筑功能分析，例如在實際結構應用中，對室內空間布局進行構思，尤其是在空間設計中，需要什么樣的空間，選擇什么樣的設計模型，在功能性分析中，保持良好的適應性原則，只有保證自身建筑特點充分發揮，才能贏得廣大業主和消費者的喜愛，獲得良好的收益。

3.耐久性

高層建筑工程項目具有工期長、投資金額大、施工內容復雜等特點，在高層建筑鋼筋混凝土結構中，鋼筋混凝土作為建筑結構的主要材料，必定會影響建筑的使用壽命。在結構設計時，在考慮到安全性、適用性的基礎上，還要增強鋼筋混凝土結構的耐久性設計，增強高層建筑的耐久性，延長高層建筑的使用壽命，最大限度地發揮出高層建筑的社會效益、經濟效益。

4.可靠性原則

結構設計結合建筑的設計年限來進行，在預設過程中針對安全性、可靠性和耐用性等情況，應用的材料和技術等方面必須具備可靠性和耐用性。當前可能存在豆腐渣工程的現象，多是和材料質量存在關聯，材料質量有時候不能達到理想的設計預期標準，因此在后續設計中，需要秉承安全性的原則，在設計過程中進行耐用性分析，提升自身優勢。

二、高層建筑鋼筋混凝土結構的優化策略

（一）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最優組合。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，在滿足規范最低要求的前提下，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。

（二）優化結構方案和結構選型

建筑設計人員在設計的過程中，需要對結構選型進行充分的考慮，如果結構選擇缺少合理性，容易導致整個方案設計失調，甚至增加單位的損失，無法取得理想的效果。在整個預設過程中，針對剪力墻平面布置的各種問題，以新的標準作為基礎，根據設計經驗和數據進行預設。高層建筑鋼筋結構預設中可能存在很多限制性的因素，在今后設計中要求明確其中存在的問題和不足，設置嵌固端。在高層鋼筋混凝土的建筑結構設計中，明確具體位置。結構系統可能存在超標的情況，在整個預設的過程中，高層建筑鋼筋混凝土結構預設嚴格執行對應的規定要求。根據國家現有的規范可知，限制性的條件比較多，在新的規范中對于不合理的方案不允許采用。在后期預設中，盡量滿足結構設計要求，最大程度減少后期過程中的設計變動。建筑平面設計以后澆帶作為基礎，在強化設計中，確定合適的配合比。

（三）加強地基基礎設計

在高層建筑鋼筋混凝土結構設計時，地基基礎設計是整個設計的基礎環節，只有做好了地基基礎設計，才能使地基基礎發揮出積極作用，使整個建筑物的外觀結構和整體穩定性得到有效保證。一般來說，高層建筑不僅樓層較多，而且地下室層數也相對于普通建筑較多，結構自重因為荷載的增大而不同，結構設計也深受來自土層的深度及土質的松軟程度的影響。因此，在進行高層建筑混凝土結構設計時，要積極開展施工測量工作，做好勘察工作，為設計工作提供真實有效的勘察數據，還要根據實際情況，合理選擇地基基礎施工處理技術，確保地基基礎施工處理質量。另外，近年來BIM 技術得到了廣泛的應用，可以將BIM 技術應用到地基基礎設計中，對設計方案進行模擬、修改，確保地基基礎設計的科學性、正確性。

（四）結構計算統計

在高層建筑鋼筋混凝土結構設計環節，結構參數計算對整體工程設計質量具有較大的影響。因此，在實際高層建筑鋼筋混凝土結構設計過程中，相關人員應結合整體高層建筑結構內在應力，對整體結構運行參數進行合理計算。在現階段，高層建筑鋼筋混凝土結構設計參數核算環節，常用的結構設計軟件有SAP、SATWE、TBSA、TAT 等幾種類型。在實際結構計算環節，不同的運行軟件計算模式存在有較大的變化，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，再確定最佳設計方案。在確定整體結構參數之后，設計人員需適當地進行地震力的放大措施，即綜合考慮建筑隔墻與相應建筑自振周期的關系，并依據工程實際測量獲得的周期數據，在設計方案中確定相應的結構體系高層建筑結構自振周期折減系數，在確定自振周期折減系數后，設計人員再對振型參與系數、振型數目進行合理的計算。

三、高層建筑鋼筋混凝土結構設計準則

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最優投資方案，商業綜合體選用框架剪力墻往往取得最優投資方案等等。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。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。

（一）高層建筑鋼筋混凝土的設計現狀

高層建筑鋼筋混凝土的預設是個需要進行全方位思考的過程，在當前設計階段，針對存在的各種不同程度的問題，需要在結構預設的前提下進行結構預設，保證設計符合安全需求。結構體系的設計選擇存在部分問題，根據穩定性和基礎結構的概況等，建筑上部結構設計以現有規范作為基礎，在層間位移預設的過程中，進行頂點位置的合理設計，結構設計人員需結合高層建筑的預設情況，減少其局限性。在結構科學設計的階段，需要增加的結構水平層次預設，根據剪力的應用情況，在實際預設過程中，進行抗震性分析。考慮到結構超高問題和抗震規范情況等具體問題，進行不同等級的預設。在實際設計中，實施竣工分析和竣工檢查，根據項目部建設情況，保證結構合理也是重點，在二次施工設計中，確定好控制點。

（二）高層建筑鋼筋混凝土結構設計注意事項

首先，在結構設計前期，可結合區域的建設情況進行混凝土配比試驗，對其在具體鋼筋混凝土結構應用環節的強度及耐久性進行檢測評估，從而確保后期鋼筋混凝土澆筑環節的強度。現階段，我國鋼筋混凝土結構設計中，多選用高泵程混凝土澆筑的形式，即在應用基礎水泥材料的前提下，采用適當比例的化學外加劑、粉煤灰等材料進行雙摻措施。在拌和比例設計過程中，要綜合考慮混凝土外加劑技術、泵管布置鋪設技術、配合比設計技術、泵送設備、混凝土摻合料等相關技術，保證混凝土泵送高度符合標準需求。其次，設計人員應優先選用高強度、高性能的混凝土。高強度混凝土在實際應用過程中，相較普通混凝土在強度上有大幅度的提升，且高強度混凝土可以有效降低結構尺寸，在提升促使鋼筋混凝土內部建設空間及資源得到有效利用的同時，由于高強度混凝土具有良好的耐久性及彈模性，長期使用可保障整體高層建筑的運行效益。

結語

綜上可知，在高層建筑鋼筋混凝土結構設計過程中，其建筑鋼筋混凝土結構的功能特性是較為復雜。因此，在建筑鋼筋混凝土結構設計過程中，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，最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。