钢筋混凝土高层结构设计常见问题探讨

谢光全

摘要：目前城市建设中高层建筑越来越多,建筑造型越来越复杂,如何应用现行规范设计出既满足结构安全性的要求，又能满足合理的技术经济指标的建筑是每个结构工程师所面临的问题,本文主要从结构选型、地基与基础设计、结构计算与分析等方面论述了自己的观点。

关键字：高层结构设计

Abstract: at present, the construction of the city more and more high-level building, the construction model and more and more complex, how to apply the current specification design not only meet the requirement of security structure, and to meet the reasonable technical and economic index building is each structure engineers are faced with the problem, this paper mainly from the structure type selection, foundation and foundation design, structure calculation and analysis, and discusses their point of view.

Key word: high-rise structure design

中图分类号：TU318文献标识码：A 文章编号：

随着高层建筑在我国的迅速发展，建筑物高度的不断增加，建筑类型与功能的越趋复杂，结构体系的更加多样化，高层建筑结构设计也越来越成为结构工程师设计工作的主要重点和难点之所在。经过笔者多年来的设计实践，发现在高层建筑结构设计过程中经常出现一些遗漏或错误。为了避免在钢筋混凝土高层建筑结构设计过程中少犯或不犯这些错误，现将这些常常出现的问题总结如下：

1 结构选型

对于高层结构而言，在工程设计的结构选型阶段，结构工程师应该注意以下几点：

1.1结构的规则性问题

新舊规范在这方面的内容出现了较大的变动，新规范在这方面增添了相当多的限制条件，例如：平面规则性信息、嵌固端上下层刚度比信息等，而且，新规范采用强制性条文明确规定“建筑不应采用严重不规则的设计方案。”因此，结构工程师在遵循新规范的这些限制条件上必须严格注意，以避免后期施工图设计阶段工作的被动。

1.2结构的超高问题

在抗震规范与高规中，对结构的总高度都有严格的限制，尤其是新规范中针对以前的超高问题，除了将原来的限制高度设定为A级高度的建筑外，增加了B级高度的建筑，因此，必须对结构的该项控制因素严格注意，一旦结构为B级高度建筑甚或超过了B级高度，其设计方法和处理措施将有较大的变化。在实际工程设计中，出现过由于结构类型的变更而忽略该问题，导致施工图审查时未予通过，必须重新进行设计或需要召开专家会议进行论证等情况，对工程的工期、造价及整体规划等方面的影响相当巨大。

1.3嵌固端的设置问题

由于高层建筑一般都带有二层或二层以上的地下室和人防，嵌固端有可能设置在地下室顶板，也有可能设置在人防顶板等位置，因此，在这个问题上，结构设计工程师往往忽视了由于嵌固端的设置带来的一系列需要注意的问题，如：嵌固端楼板的设计、嵌固端上下层刚度比的限制、嵌固端上下层抗震等级的一致性、在结构整体计算时嵌固端的设置、结构抗震缝的设置与嵌固端位置的协调等等问题，而忽略其中任何一个方面都有可能导致后期设计工作的大量修改或埋下安全隐患。

1.4短肢剪力墙的设置问题

在新规范中，对墙肢截面高厚比为5~8的墙定义为短肢剪力墙，且根据实验数据和实际经验，对短肢剪力墙在高层建筑中的应用增加了相当多的限制，因此，在高层建筑设计中，结构工程师应尽可能少采用或不采用短肢剪力墙，以避免给后期设计工作增加不必要的麻烦。

2 地基与基础设计

（1）在柱下独立基础带梁板式的地下室底板设计中，容易忽视因建筑物沉降所引起的附加应力的影响。因为实际上整个地下室底板与柱下独立基础在上部荷载作用下，将会一起发生沉降变形，共同受力,如未考虑因此产生的附加应力，对底板而言是偏于不安全的，有可能会导致地下室底板承载能力不足而开裂。尤其对于采用天然地基的情况时，其影响则更为显著。对于总沉降量较小的工程，可考虑在地下室底板与持力层之间采取褥垫层的处理措施，当然，是否采用,还要综合考虑其他因素。另外，对于地下水位季节性变化较大的地区,应考虑高低两种不同水位对地下室底板的不同影响，求出包络图，再做配筋设计。

（2）对于有地下室的建筑，当地下水位较高时，在室外地坪之下的结构部分，外轮廓形状应尽量简洁，这样有利于建筑防水的施工。尤其对于柱下承台的形式,更为明显。此时，由于柱下承台的影响，基槽地模形状很复杂，有很多的阴阳角和放坡，即加大了防水施工的难度，又加长了施工时间，都不利于保证质量，并且还增加工程造价。对于这种情况下，我建议大家考虑反承台法，即统一地下室底板和承台的下皮标高，承台需要加厚部分向上作,然后地下室内部作滤水层和覆土等地面做法。这种做法的优点是，基槽地模形状很简单，方便施工，利于施工质量的保证,同时也缩短了施工时间。并且，内部的覆土重量也平衡掉了部分作用在底板上的水浮力，减小配筋,这种自相平衡的思路最科学。同时也提高了建筑物的抗倾覆能力。

（3）地下室底板和外墙配筋计算时，往往假设条件与实际情况不符。例如地下室外墙配筋计算：有的工程外墙配筋计算中，凡外墙带扶壁柱的，不区别扶壁柱尺寸大小，一律按双向板计算配筋，而扶壁柱按地下室结构整体电算分析结果配筋,又未按外墙双向板传递荷载验算扶壁柱配筋。按外墙与扶壁柱变形协调的原理分析，其外墙竖向受力筋配筋不足、扶壁柱配筋偏少、外墙的水平分布筋有富余量。建议:除了垂直于外墙方向有钢筋砼内隔墙相连的外墙板块或外墙截面尺寸较大的扶壁柱（如高层建筑外框架柱）之间外墙板块按双向板计算配筋外，其余的外墙宜按竖向单向板计算配筋为妥。

（4）天然地基锥体独立基础设计问题，有的基础设计锥体斜面坡度大于1：3，该锥体部分砼很难振捣密实，现场施工往往是砼自然堆上，采用铲子或抹灰刀拍捣成形，其锥体部分的砼很难达到设计强度要求。因此建议优先采用阶梯形独立基础，利于施工，才能更好地保证施工质量。

（5）柱下独立基础之间的拉梁，如同时又是首层维护墙的承重梁的时候，不应该再简单地按拉梁进行设计。而且在考虑荷载时，要考虑梁上皮以上土扩散角之内的土重。

3 结构计算与分析

在结构计算与分析阶段，如何准确，高效地对工程进行内力分析并按照规范要求进行设计和处理，是决定工程设计质量好坏的关键。由于新规范的推出对结构整体计算和分析部分相当多的内容进行了调整和改进，因此，结构工程师也应该相应地对这一阶段比较常见的问题有一个清晰的认识。

（1）结构整体计算的软件选择。目前比较通用的计算软件有：SATWE、TAT、TBSA或ETABS、SAP等，但是，由于各软件在采用的计算假定上存在着一定的差异，因此导致了各软件的计算结果有或大或小的不同。所以，在进行工程整体结构计算和分析时必须依据结构类型和计算软件模型的特点选择合理的计算软件，并从不同软件相差较大的计算结果中，判断哪个是合理的、哪个是可以作为参考的，哪个又是意义不大的，这将是结构工程师在设计工作中首要的工作。否则，如果选择了不合适的计算软件，不但会浪费大量的时间和精力，而且有可能使结构有不安全的隐患存在。

（2）是否需要地震力放大，考虑建筑隔墙等对自振周期的影响。该部分内容实际上在新老规范中都有提及，只是，在新规范中根据大量工程的实测周期明确提出了各种结构体系下高层建筑结构计算自振周期折减系数。

（3）振型数目是否足够。在新规范中增加一个振型参与系数的概念，并明确提出了该参数的限值。由于在旧规范设计中，并未提出振型参与系数的概念，或即使有该概念，该参数的限值也未必一定符合新规范的要求，因此，在计算分析阶段必须对计算结果中该参数的结果进行判断，并决定是否要调整振型数目的取值。

（4）多塔之间各地震周期的互相干扰，是否需要分开计算。一段时间以来，大底盘，多塔楼的高层建筑类型大量涌现，而在计算分析该类型高层建筑时，是将结构作为一个整体并按多塔类型进行计算，还是将结构人为地分开进行计算，是结构工程师必须注意的问题。如果多塔间刚度相差较大，就有可能出现即使振型参与系数满足要求，但是对某一座塔楼的地震力计算误差仍然有可能较大，从而便结构出现不安全的隐患。

（5）非结构构件的计算与设计。在高层建筑中，往往存在一些由于建筑美观或功能要求且非主体承重骨架体系以内的非结构构件。对这部分内容，尤其是对高层建筑屋顶处的装饰构件进行设计时，由于高层建筑的地震作用和风荷载均较大，因此，必须严格按照新规范中增加的非结构构件的计算处理措施进行设计。

4 结束语

建筑结构设计质量，密切关系到人民生命财产的安全，责任重大。而且结构专业是一个既有深度又有广度的专业，我们必须在工作中，不断地学习、总结,才能有所进步，才能成为一名合格的工程师。这也是我把我在设计过程中的一些认识写出来的原因，希望与同行们一起讨论、共同提高。