钢筋混凝土高层结构设计的问题及其对策探究

张贻荣

【摘要】钢筋混凝土高层结构设计中，极易出现结构体系不合理，地基基础与上部结构设计不合理等问题。此次研究主要是分析钢筋混凝土高层结构设计问题，联合实际工程案例提出相应的解决方案。

【关键词】钢筋混凝土;高层结构;设计问题;处理对策

相比于传统建筑结构来说，钢筋混凝土的结构稳定性高，且施工过程简便，广泛应用于高层建筑主体结构中。通过对当前工程建设情况分析，可知钢筋混凝土结构在实际应用中存在设计不合理问题，会对整体建筑质量造成影响。为了充分发挥钢筋混凝土的优势，确保高层建筑结构稳固性，需要针对高层结构设计所存在的问题展开讨论，并提出相应的解决处理对策，确保混凝土高层结构设计的顺利有效开展。

1、高层建筑常用的结构类型

1.1框架结构体系

此种结构多应用于低高度或多层建筑中，建筑承重结构是按照框架柱和框架梁组成的结构体系，承担建筑竖向和水平方向的荷载。在布置框架结构时，必须有明确的传力路径。对于框架结构来说，框架柱是竖向承重和抗侧力的重要构件，需注重“强柱弱梁”的概念设计。

1.2剪力墙结构体系

此种结构原理是通过钢筋混凝土墙体承受竖向力和水平力。由于剪力墙与楼面梁板组成受力体系，受构件跨度影响，墙体间距通常在3m～8m之间。剪力墙结构多应用于空间较小的建筑中，对需要大空间时就不太适用。建筑底部承受很大的轴压力及水平剪力，对结构底部加强部位应采取加强措施。

1.3筒体结构体系

在建筑高度不断增长形势下，传统框架结构体系、剪力墙结构体系无法满足建筑结构的强度和刚度要求。筒体结构体系可以有效弥补这种要求。筒体结构是基于框架结构和剪力墙结构所发展的，由剪力墙和若干框架交接围成筒状封闭骨架结构，该结构可以有效抵抗水平荷载作用，还可以扩大使用空间。

2、工程概况

某高层建筑采用钢筋混凝土剪力墙结构，总建筑面积为93345平方米，共包含35层，地上33层为住宅楼，地下2层为车库。室内外标差为0.15米，地下室层高为5.4米和3.6米。主体结构设计年限为50年，耐火等级为1级，抗震烈度为7度，工程抗震设防类别为丙类。

3、钢筋混凝土高层结构设计问题

3.1结构体系不合理

在高层建筑结构设计中，结构体系不合理问题属于常见问题，多是由于不够重视设计前期的概念设计、建筑设计时片面追求立面效果，过度依赖计算机软件的计算结果而缺乏多种计算手段的分析和对比，导致结构体系选择不合理，从而造成具体施工图设计时工程造价的极大浪费。

3.2地基和基础设计不合理

地基属于建筑最重要的部分，若地基设计不合理，将无法确保高层建筑的结构稳固性。地基设计不合理问题主要表现在以下方面：第一，基础类型选择不合理，容易使建筑物产生不均匀沉降问题。第二，基础设计不合理，地基斜面坡度大，会对混凝土震捣质量造成影响，进一步降低地基结构稳固性。第三，地下室顶板、底板设计不合理，不满足高层建筑底嵌固部位的要求，对上部结构的整体质量产生安全隐患。第四，设计人员没有分析地下水位对于建筑基础的影响，若施工场地的地下水位高，将会对基础结构的稳定性和耐久性造成严重影响。

3.3上部结构设计不合理

上部结构在整个工程结构设计中属于重要部分，在实际设计期间必须考虑到多方面因素。然而通过分析设计现状可知，上部结构设计不规范问题比较严重，不注重精细化处理，因各专业缺少密切配合而导致缺漏碰撞、后期开洞等现象较多。需要注意的是，上部结构的剪力墙设置不科学，将会导致内部应力集中。建筑遇到地震灾害时，由于内部抵抗力不足，极易产生坍塌事故。

3.4重要部位设计不到位

设计合理的联肢剪力墙主要靠墙梁端部和墙肢底部出现塑性铰来耗散地震能量，并且墙梁出铰在先，这使得耗能是在整个构件高度上实现，减小了墙体的破坏程度并易于修复。在地震灾害影响下，两段剪力墙之间的墙梁部位极易出现开裂问题，为了确保剪力强可以在能量消耗中发挥作用，必须确保建筑物具备较高的延性。如果墙梁设计不合理，将会延迟墙梁塑性铰的出现，墙梁无法在能量消耗中起到相应作用，从而导致其他构件首先破坏，严重威胁整个建筑结构的安全。在设计中需要注意，墙梁不能承担过重的垂直载荷。部分设计人员在梁柱节点设计中，在墙-梁接头位置增加梁端部上部钢筋，从而形成弱柱强梁结构模型，在遇到地震灾害时，首先会破坏墙柱，从而导致整体结构崩溃。

4、钢筋混凝土高层结构的优化设计措施

4.1优化设计结构体系

在信息技术发展过程中，工程结构设计开始广泛应用计算机软件。在高层建筑结构设计中，通过应用BIM技术建立建筑设计模型，联合建筑模型的运行特点，对设计方案进行优化，全面落实和实施结构设计方案。对于设计人员来说，应当准确计算和分析高层建筑结构，综合比较计算结果，以此提升高层建筑结构设计的合理性。通过比较可以优化高层建筑结构体系，加强建筑的抗震性能，减少资源浪费。工程结构设计人员需要合理选择设计指标并结合地区与建筑物实况，对结构体系设计方案进行优化，降低外部环境因素对于施工质量的影响。

4.2合理设计基础与地基部分

为了确保高层结构设计方案的有效性，必须注重建筑基础与地基设计的合理性。在设计之前必须对场地地质水文条件进行分析，选择合理的基础方案，确保整体结构的安全性。此次工程的地质水文条件良好，采用独立基础、防水板联合抗浮锚杆方式，合理设计基础部位的拉梁结构，适当增加基础配筋，提升基础的稳固性。该工程地下空间为地下车库，为了避免地下室底板产生裂缝，地下室混凝土添加抗渗防裂纤维，在防水板下采用褥垫处理方案。

为了确保基础与地基设计的合理性，设计人员必须准确掌握高层建筑地基与基础结构特点。在具体设计过程中，应当按照地下水位的变化情况绘制包络图。联合地基与基础结构特点制定相应的防水方案。其次，设计人员还应当注重配筋工作，确保基础与地基配筋量的计算准确率，以此提升基础结构的可靠性。

4.3优化上部结构设计

高层结构设计需要对上部结构进行优化设计，以此提升结构的整体稳定性和抗水平荷载性能。提高建筑物结构设计的规则性，合理设置抗侧力构件的位置，以此形成承载力的合理性分布体系，垂直方向需要通过抗侧力构件刚度和强度来提高，满足其连续和均匀稳定性，在竖直方向上应避开使用转换层，以免出现应力集中问题。在节点设计时，需要注重节点的延性设计，以此确保建筑物的抗震性能。

结语：

综上所述，相比于多层建筑来说，高层建筑对于结构侧向刚度的要求比较高，通過分析高层建筑结构的特点，确保结构设计质量。设计人员必须深入分析高层结构设计存在的安全隐患，优化设计结构体系、合理设计基础与地基部分、优化上部结构设计，全面确保建筑设计的有效性。

参考文献：

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