高层建筑钢筋混凝土结构设计问题探讨

刘银伟 代东亮

【摘要】钢筋混凝土高层结构设计是一个长期、复杂、甚至循环往复的过程，消除安全隐患在这过程中尤为重要，任何遗漏或错误都有可能使整个设计过程变得更加复杂或使设计结果存在不安全因素。作为工程设计人员必须以安全第一，充分地理解新规范软件的编制原理，密切结合新规范和工程实际情况，不断提高工程设计水平。钢筋混凝土具有整体性好、刚度大、位移小等优点，高层建筑的钢筋混凝土结构设计，可以说是现代建筑设计的重点和难点。本文将结合笔者多年的建筑设计经验，对高层建筑钢筋混凝土结构的设计重点进行探讨。

【关键词】高层建筑；钢筋混凝土；结构设计

0引言

随着高层建筑的兴起，建筑工程在结构设计和技术应用上也趋于多样化。高层建筑在平面布置和体型构造上也越来越复杂化，这对现代高层建筑设计和结构分析来说，无疑是一种挑战。而在对钢筋混凝土高层建筑进行结构设计时，其中有许多的重点和细节需要加以注意，本文将结合笔者多年的建筑设计经验，对高层建筑钢筋混凝土结构设计的重点和难点问题进行具体探讨。

1高层建筑钢筋混凝土结构优化设计

1.1钢筋混凝土结构优化设计原则

高层建筑钢筋混凝土结构进行设计过程中，不但需要符合相关的规范和标准，还应该遵循结构优化设计的原则。在进行优化设计时首先必须保证结构的安全性和使用性能；还要尽量简化结构，有效的减少结构构件；另外，结构需要具备足够的刚度，设计时尤其要注意特殊部分的刚度问题。

1.2钢筋混凝土结构设计特点

高层建筑钢筋混凝土框架结构进行优化设计时，首先需要对结构整体的内力进行分析，然后根据梁柱各构件的控制内力来对截面进行优化设计，再对满足荷载效应水平要求的各结构构件的配筋量进行计算分析，最终确定设计结果。设计过程中可能会使原结构的荷载特征与几何特征发生变化，在现荷载的作用下，结构内力分布特征会有所改变，而各控制截面的控制内力也会随之发生变化，优化设计需要依据这种变化进行下一步的设计，因此可以说钢筋混凝土结构设计是一个循序渐进的过程。

1.3框架——剪力墙结构设计方法

结构延性与刚度的最佳选择便是剪力墙结构设计，在承载力不变的前提下结构延性对结构影响最大的是变形能力，结构刚度对结构影响最大的是侧向位移和自振周期。因此，可以利用结构的整体侧向位移量。来对结构延性和结构刚度进行调整。结构延性和结构刚度要依据规范按照层间位移量与顶点位移总侧移的限值来进行设计。依据结构优化设计的原则对钢筋混凝土框架结构进行逐步优化设计，不但能够满足结构受力要求，也可以节约成本。

2钢筋混凝土结构设计问题

2.1结构平面设计问题

通常情况下，除了特殊设计需要，高层建筑不适合选择特别不规则的平面布置。高层建筑的外型应该尽量简单、规则，以便保证其刚度和承载力的均匀分布。根据抗震等级不同的建筑，设计时要考虑到其平面尺寸和突出部位尺寸的比值都在合理范围内，另外，尽量不考虑采用角部重叠的平面图形。

2.1.1在对结构平面进行布置时，要尽量减少扭转的产生，尤其要考虑到水平地震作用力下的偶然偏心影响问题。对楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移设计时，应该考虑以下原则；对于A级高度的高层建筑，其最大水平位移和层间位移应该小于该楼层平均值的1.2倍，不能超过该楼层平均值的1.5倍；对于B级高度的高层建筑或者超过A级高度混合结构以及复杂高层建筑，应该小于该楼层平均值的1.2倍，不能超过该楼层平均值的1.5倍；

2.1.2在对高层钢筋混凝土建筑进行抗震设计时，应该尽量调整好高层建筑的平面形状和结构布置，尽量避免设置防震缝。如果必须设置防震缝，那么当框架结构高度不超过15m时，缝宽应该大于100mm，如果高度超过15m时，应该根据烈度和高度的不同，来适当进行加宽。在对防震缝宽度进行确定时，如果缝两侧的建筑高度不同，防震缝的宽度则应该依据较低一侧的高度来确定；

2.1.3《高规》中，截面厚度小于300m，各肢截面高度与厚度比的最大值在4～8之间的剪力墙为短肢剪力墙。在实际的高层建筑中短肢剪力墙设置会增加许多限制。所以，工程师在进行高层建筑钢筋混凝土结构设计时，应该尽量减少或者不采用短肢剪力墙。

2.2竖向结构设计问题

高层建筑的竖向结构设计非常重要，它对建筑的整体质量影响极大。高层建筑的竖向结构应该尽量规则、均匀，避免有较大的外挑和内收。高层建筑的竖向结构应该以重心稳定为前提，保持上小下大的形状，并且其变化也应该是循序渐进的。如果竖向结构不垂直或者不均匀，就需要外加单独的构造设计来满足高层建筑的整个平衡和稳定。从抗震的角度来看，竖向内收型楼层的侧向刚度不应该小于相邻上一层的70%，也不应该小于其相邻上三个楼层侧向刚度平均值的80%。A级高度的高层建筑，其楼层抗侧力结构的层间受剪承载力应该大于相邻上一层受剪承载力的80%，一定不能低于相邻上一层受剪承载力的65%；对于B级高度的高层建筑，其楼层抗侧力结构的层间受剪承载力应该大于相邻上一层受剪承载力的75%。楼层的质量沿着高度应该均匀分布，不能出现楼层间质量相差大太的问题。

2.3梁柱受力主筋设计问题

当框架梁的截面宽度与框架柱的边长相等，或者框架梁的一边与框架柱重合时，框架柱受力主筋和框架梁的受力主筋位置便会产生矛盾。设计时应该遵循强剪弱弯与强柱弱梁的原则，应该首先对框架柱受力主筋的位置加以保证。可以考虑将框架梁主筋从框架柱内侧通过，考虑在框架梁靠近柱一侧的四角增加4根钢筋来作为架立钢筋的方法，来保证框架梁截面的尺寸。这样的设计方法不但可以保证框架结构受力构件的受力主筋位置，也方便了工程施工。

2.4墙梁节点钢筋设计问题

在框架——剪力墙结构中，框架梁或者次梁如果直接设置在核心筒墙体暗梁或者过梁上，当框架梁的截面和暗梁或过梁的截面高度相同时，框架梁主筋和核心筒暗梁或者过梁主筋的位置就会产生矛盾。此时的节点设计应该尽量保证暗梁或者过梁箍筋的完整性。设计时，过梁下铁设置分两排布置，框架梁下铁可布置在过梁下铁第一与第二排钢筋之间，框架梁接头位置应该设置在支座附近，并安一定比例错开。框架梁上铁可直接搁置在过梁上铁上，同时框架梁主筋锚固的长度必须符合规范。另外，在框架剪力墙结构设计中，主梁与次梁的节点设计非常重要，所以，主次梁钢筋位置的设计也就成为重点。通常情况下，次梁上铁钢筋应该在主梁钢筋之上，次梁主筋在板筋之下，如果主次梁节点的钢筋设计不好，就会使板筋或次梁上铁钢筋保护层厚度过小，对于结构的抗震能力会有一定影响。

3结语

钢筋混凝土结构与钢结构相比，具有整体性强、刚度大、位移小和舒适度好的优点。在我国的高层建筑中大多采用了钢筋混凝土结构，所以钢筋混凝土的结构设计问题也就非常重要。高层建筑的钢筋混凝土结构设计是一个比较复杂的过程，每个小失误都有可能导致建筑出现各种质量问题。建筑设计师在设计过程中，应该严格按照国家相关规定，认真分析、科学计算，确保高层建筑的整体质量和结构安全。

參考文献：

[1]张浩.浅谈高层建筑钢筋混凝土结构设计应注意的事项[J].河南建材.2012年第1期.80～81

[2]何炜明.高层建筑中钢筋混凝土结构设计分析[J].科技资讯.2008年第31期.72

[3]张岚.对高层建筑钢筋混凝土结构设计实践的分析[J].广东科技.2009年1月.91～92