高层建筑钢筋混凝土结构设计问题分析

郭维佳

（河北 邯郸 056004）

引言

钢筋是现代建筑工程中用量较多的材料之一，特别是在高层建筑中，对钢筋的质量和性能都提出了严格要求。钢筋在采购、运输、保存和使用等环节中，容易受到外界因素的影响，出现锈蚀、裂缝或弯曲等问题，如果现场施工人员没有严格进行质量检查，仍然使用有上述问题的钢筋材料，将会给建筑工程的使用安全构成潜在的威胁。因此，在前期施工阶段，必须要对钢筋进行全面检测，并对比检测数据，只有各项数据都符合施工要求，才允许钢筋进场，以此来确保工程质量。

一、建筑工程质量检验中钢筋检测技术

（一）钢筋强度试验

钢筋强度是决定建筑结构承载力的重要因素之一。强度指标有两种（屈服强度和拉伸强度）。虽然钢筋的强度越高，构件的安全性也就越高，但在建筑工程中，钢筋的强度越高，不能用来降低配筋率。这是因为钢筋的弹性磨损量是一个常数，钢筋的强度越高，受力越大，导致构件变形，甚至产生裂纹。因此，在使用钢筋时，应根据具体情况选用强度适当的钢筋。取样试验方法可用于钢筋强度的试验。钢筋样品从施工现场取得后，送实验室进行钢筋拉伸试验。检测钢筋的极限拉伸强度、延伸率和屈服强度。钢筋的强度与建筑结构的承载力有关，因此为了保证钢筋强度检测的科学合理性和准确性，有必要对钢筋混凝土中非常重要的部位或非常重要的构件进行检测部位取样。另外，在施工现场取样，也要保证取样的代表性，可以在钢筋受力最小的地方取样，取样作业结束后，对取样现场采取加固措施，防止安全隐患。

（二）钢筋的延性检测

钢筋的延性是用来表示钢筋变形和耗能的程度。在过去的建筑工程施工质量问题中，钢筋强度往往不是造成质量问题的主要因素，而是由于钢筋的可塑性没有达到相应的标准和要求，导致出现断裂问题。通常来说，用可以延伸率对钢筋的延展性进行评估，是通过失效后的延伸率来计算。在进行断裂后伸长率的检测时，要注意断裂处与最接近标距的距离不能小于原标距的三分之一，否则会导致检测结果无效，这就必须小心的让试样的断裂部分搭接在一起，以使它们的轴线位于同一水平线上。断裂后钢筋的伸长率出现了等于甚至是大于规定值的情况，并且所检测的任一断裂位置都视为有效。如果出现原始标距的三分之一大于断裂处与最接近的标距标记的距离的情况，可以使用移位法来对断裂伸长率进行测量。

（三）高层建筑钢筋混凝土结构设计准则

钢筋混凝土结构相比于传统建筑结构而言，具有结构稳定、施工简便等优点，尤其是在现阶段的高层建筑中，此种类型的结构一直被作为主体结构。但是就目前建设情况而言，该类结构在应用过程中，仍然存在结构设计不合理等问题，会直接影响建筑质量。因此，对钢筋混凝土高层结构设计的常见问题与处理研究有鲜明现实意义。

1.安全性

高层建筑钢筋混凝土结构的质量直接关系着人们的生命财产安全，在进行结构设计时，就要秉持安全性原则，以安全作为结构设计的根本，只有在确保了高层建筑钢筋混凝土结构安全性的基础上，才能进行建筑结构美观性、艺术性等的设计。在结构设计时，要严格按照行业标准、设计规范、施工技术要求等开展结构设计，保证高层建筑钢筋混凝土结构的安全性达标。

2.适用性原则

在高层建筑钢筋混凝土结构设计的过程中，特别是在结构预设的过程中，往往需要综合各方面因素进行建筑功能分析，例如在实际结构应用中，对室内空间布局进行构思，尤其是在空间设计中，需要什么样的空间，选择什么样的设计模型，在功能性分析中，保持良好的适应性原则，只有保证自身建筑特点充分发挥，才能赢得广大业主和消费者的喜爱，获得良好的收益。

3.耐久性

高层建筑工程项目具有工期长、投资金额大、施工内容复杂等特点，在高层建筑钢筋混凝土结构中，钢筋混凝土作为建筑结构的主要材料，必定会影响建筑的使用寿命。在结构设计时，在考虑到安全性、适用性的基础上，还要增强钢筋混凝土结构的耐久性设计，增强高层建筑的耐久性，延长高层建筑的使用寿命，最大限度地发挥出高层建筑的社会效益、经济效益。

4.可靠性原则

结构设计结合建筑的设计年限来进行，在预设过程中针对安全性、可靠性和耐用性等情况，应用的材料和技术等方面必须具备可靠性和耐用性。当前可能存在豆腐渣工程的现象，多是和材料质量存在关联，材料质量有时候不能达到理想的设计预期标准，因此在后续设计中，需要秉承安全性的原则，在设计过程中进行耐用性分析，提升自身优势。

二、高层建筑钢筋混凝土结构的优化策略

（一）合理地选择混凝土类型

在整体结构设计过程中，应正确地选择混凝土的强度等级及外加剂，以取得投资与效益的最优组合。高强度混凝土以及一些特殊性能混凝土，具有强度大，耐久性好，弹性模量高等优点，在一些大型高层建筑中，尤其是对于框架-剪力墙结构、框架结构，能有效的减小结构构件的断面尺寸，为建筑物赢得良好好的空间使用效果。

加入适当外加剂的混凝土能获得如缓凝、抗渗、抗冻、抗裂等特殊效果。其两者的缺点在于，高强度混凝土凝结速度快，施工工艺复杂，施工成本高昂；外加剂的掺加须严格控制比例，需实验确定，这在一定程度上增加了施工费用和施工周期。在前期结构方案设计阶段，对于一个具体设计项目，首先应分析项目的具体特点，选择与项目本身相匹配的混凝土强度和外加剂类型。对于层数较高框架结构及框架-剪力墙结构，在满足规范要求及本地区施工技术有保障的前提下，设计人员宜优先选用高强度、高性能的混凝土，此时可取得良好的经济效果。对于一般层数较低的单层、多层项目，以及较多层数的剪力墙结构，在满足规范最低要求的前提下，宜选择本地区较普通通用的混凝土类型，也可取得良好经济效果。

（二）优化结构方案和结构选型

建筑设计人员在设计的过程中，需要对结构选型进行充分的考虑，如果结构选择缺少合理性，容易导致整个方案设计失调，甚至增加单位的损失，无法取得理想的效果。在整个预设过程中，针对剪力墙平面布置的各种问题，以新的标准作为基础，根据设计经验和数据进行预设。高层建筑钢筋结构预设中可能存在很多限制性的因素，在今后设计中要求明确其中存在的问题和不足，设置嵌固端。在高层钢筋混凝土的建筑结构设计中，明确具体位置。结构系统可能存在超标的情况，在整个预设的过程中，高层建筑钢筋混凝土结构预设严格执行对应的规定要求。根据国家现有的规范可知，限制性的条件比较多，在新的规范中对于不合理的方案不允许采用。在后期预设中，尽量满足结构设计要求，最大程度减少后期过程中的设计变动。建筑平面设计以后浇带作为基础，在强化设计中，确定合适的配合比。

（三）加强地基基础设计

在高层建筑钢筋混凝土结构设计时，地基基础设计是整个设计的基础环节，只有做好了地基基础设计，才能使地基基础发挥出积极作用，使整个建筑物的外观结构和整体稳定性得到有效保证。一般来说，高层建筑不仅楼层较多，而且地下室层数也相对于普通建筑较多，结构自重因为荷载的增大而不同，结构设计也深受来自土层的深度及土质的松软程度的影响。因此，在进行高层建筑混凝土结构设计时，要积极开展施工测量工作，做好勘察工作，为设计工作提供真实有效的勘察数据，还要根据实际情况，合理选择地基基础施工处理技术，确保地基基础施工处理质量。另外，近年来BIM 技术得到了广泛的应用，可以将BIM 技术应用到地基基础设计中，对设计方案进行模拟、修改，确保地基基础设计的科学性、正确性。

（四）结构计算统计

在高层建筑钢筋混凝土结构设计环节，结构参数计算对整体工程设计质量具有较大的影响。因此，在实际高层建筑钢筋混凝土结构设计过程中，相关人员应结合整体高层建筑结构内在应力，对整体结构运行参数进行合理计算。在现阶段，高层建筑钢筋混凝土结构设计参数核算环节，常用的结构设计软件有SAP、SATWE、TBSA、TAT 等几种类型。在实际结构计算环节，不同的运行软件计算模式存在有较大的变化，因此，在设计环节中相关设计人员需依据结构类型选择合理的计算机计算软件，并在此基础上对不同运算软件计算结果进行统一分析，再确定最佳设计方案。在确定整体结构参数之后，设计人员需适当地进行地震力的放大措施，即综合考虑建筑隔墙与相应建筑自振周期的关系，并依据工程实际测量获得的周期数据，在设计方案中确定相应的结构体系高层建筑结构自振周期折减系数，在确定自振周期折减系数后，设计人员再对振型参与系数、振型数目进行合理的计算。

三、高层建筑钢筋混凝土结构设计准则

在高层建筑钢筋混凝土结构设计前期，需要根据建筑功能及建筑高度、地震烈度等确定合适的结构类型，如住宅结构选用纯剪力墙结构往往取得最优投资方案，商业综合体选用框架剪力墙往往取得最优投资方案等等。在前期结构方案设计阶段，地基处理方式的选择亦是重点考察的项目之一，此时，应该根据甲方提供的地勘报告，并根据建筑的本身层数、高度、建筑功能、荷载分布等等。结合工程所在地的地基处理工程经验。按照概念优先、设计辅助的原则确定合理的地基处理方案。基础型式的确定及建筑平面的专业间沟通，此阶段应与各专业密切配合，做好多方案比较，以避免方案阶段形成结构上的多项不规则。

（一）高层建筑钢筋混凝土的设计现状

高层建筑钢筋混凝土的预设是个需要进行全方位思考的过程，在当前设计阶段，针对存在的各种不同程度的问题，需要在结构预设的前提下进行结构预设，保证设计符合安全需求。结构体系的设计选择存在部分问题，根据稳定性和基础结构的概况等，建筑上部结构设计以现有规范作为基础，在层间位移预设的过程中，进行顶点位置的合理设计，结构设计人员需结合高层建筑的预设情况，减少其局限性。在结构科学设计的阶段，需要增加的结构水平层次预设，根据剪力的应用情况，在实际预设过程中，进行抗震性分析。考虑到结构超高问题和抗震规范情况等具体问题，进行不同等级的预设。在实际设计中，实施竣工分析和竣工检查，根据项目部建设情况，保证结构合理也是重点，在二次施工设计中，确定好控制点。

（二）高层建筑钢筋混凝土结构设计注意事项

首先，在结构设计前期，可结合区域的建设情况进行混凝土配比试验，对其在具体钢筋混凝土结构应用环节的强度及耐久性进行检测评估，从而确保后期钢筋混凝土浇筑环节的强度。现阶段，我国钢筋混凝土结构设计中，多选用高泵程混凝土浇筑的形式，即在应用基础水泥材料的前提下，采用适当比例的化学外加剂、粉煤灰等材料进行双掺措施。在拌和比例设计过程中，要综合考虑混凝土外加剂技术、泵管布置铺设技术、配合比设计技术、泵送设备、混凝土掺合料等相关技术，保证混凝土泵送高度符合标准需求。其次，设计人员应优先选用高强度、高性能的混凝土。高强度混凝土在实际应用过程中，相较普通混凝土在强度上有大幅度的提升，且高强度混凝土可以有效降低结构尺寸，在提升促使钢筋混凝土内部建设空间及资源得到有效利用的同时，由于高强度混凝土具有良好的耐久性及弹模性，长期使用可保障整体高层建筑的运行效益。

结语

综上可知，在高层建筑钢筋混凝土结构设计过程中，其建筑钢筋混凝土结构的功能特性是较为复杂。因此，在建筑钢筋混凝土结构设计过程中，严格遵循高层建筑结构设计的相关规定，合理地控制建筑钢筋混凝土结构的设计强度及相关构件布设数量。从而在保证高层建筑抗震目标达成的基础上，最大可能性地降低建筑钢筋混凝土结构风险因素，从而确保后期高层建筑钢筋混凝土结构建设工作得以顺利开展。