探究高层结构设计中存在的问题

杨俊强

（江门市建筑设计院有限公司，广东 江门 529000）

0 引言

近年来，中国的社会和经济发展迅猛，高层建筑业也随之迅速发展起来，高层建筑行业关系到众多类别和学科，其工作量巨大而沉重，所以，高层建筑必须做好结构设计，高层建筑结构设计得好，可以确保高层建筑的安全、应用、合理规划和经济性。高层建筑师在结构设计时，不得不重视概念设计，应特别注意要根据结构概念设计的规章制度进行。

1 高层建筑结构设计的现状

高层建筑的结构设计是人们根据实地调查，结合实际的经济、社会、政治条件进行的一种人类活动。高层建筑结构设计出现了一些问题，那么我们来分析一下在高层建筑结构设计中会经常遇到哪些问题。

1.1 回填土质量

在高层建筑地下结构往往有回填问题。回填质量在很大程度上影响结构的侧向位移、安全性和结构稳定性。例如，在广东省，由于地质的影响，大部分回填土用灰土压实，因此很难保证回填土的施工质量。这有两个主要原因：①石灰土非常粘。它需要大量的土地来搅拌均匀[1]。因此，相应的劳动强度也很高。混合过程中环境造成的污染不会在市区发生；②实时避免对地下结构的破坏，计划是对抗下层构筑物及地下构筑物上有石灰土。将灰土按照一定的比例回填，此时地下结构已经施工完成，但基坑支护结构与主楼地下室之间的作业距离和深度有可能会导致回填土质量不好。

1.2 砌体剪力墙结构裂缝

剪力墙砌体结构采用钢筋混凝土结构为底架的墙体结构。这种高层建筑是一种非常经济实用的空间房屋结构，旨在满足底层的需求。但是，高层建筑结构的底梁可能有裂缝。主要是因为原设计理论中每层梁都是根据楼板及其墙体的承重值来计算的。然而，在实际结构中，悬臂梁的上壁同时是整个砌体，下壁也用作梁上层的支架。横梁上部的壁和地板的支承实际上是从上到下传递的。

1.3 超长结构

钢筋混凝土框架结构伸缩缝间距不能太大，这个间距可以适当增加。而对于后浇带施工或降低混凝土温度变化和收缩的行为，必须有充分的特殊应急措施。实际单层房屋宽度一般在55～70m 之间，对这个距离来说不设置伸缩缝也不会造成大裂缝。结构设计要采用双层梁的布置，并按照实际加强中间部位的梁板加固[2]。中间部分将承受较大的应力，为了抵抗温度的变化，在两侧的支柱应做好必要的防护措施，尤其是侧跨。在设计中加强拐角支撑柱，这是为了解决热胀和收缩可能会产生推力，造成结构在拐角产生变化使得扭转。大于框架结构宽度时，为确保安全，必须采取一些特殊的安全措施，根据对温度变化范围和收缩裂缝的程度进行定量和定性分析结果，采取相应的措施，可以避免一些因此产生的问题，其应用效果也得到多次证实[3]。

1.4 砖混结构房屋设计构造柱

（1）砖混结构是多层高层建筑结构中以墙体为主的结构柱。结构设计时，设计者很多时候没有注意结构柱的实际使用。结构柱是承重柱，这样高层建筑并不太安全。

（2）作为承重柱，构造柱会使结构导向减少构造柱的承载能力。但是，结构柱在地面上没有其他基础支撑。地震发生后，应力集中柱将在结构底部形成。弯曲部分和承载强度达不到要求。

（3）随着社会经济的发展，人们在精神层面上对住房的要求也逐渐提高。近年来，高层和小型高层住宅高层建筑采用了许多异形柱结构。因为设计经验欠缺，在异性柱的设计时，存在很多问题。

1.5 水平荷载

高层建筑设计中，竖向荷载是高层建筑的大部分荷载，是由重力引起的。但是，节点的稳定性主要由水平荷载决定。水平荷载不可忽略，因为高层建筑本身的重量和地板的荷载是用在垂直构件上的。轴力和弯矩的感生值仅与高层建筑高度的主弯矩成正比，而结构水平荷载引起的倾覆力矩和竖向构件引起的轴力是高层建筑高度的两倍。另一方面，对于高层建筑物的某一高度，荷载通常是固定的，水平载荷的值随着结构动力学而变化很大[4]。

1.6 忽略支承柱截面高度

成本控制对于建筑设计来说是很重要的，其直接影响企业是否盈利，但部分结构设计师设计时过分考虑成本问题，而没有考虑工程的质量。例如，在Ⅵ度地震设防地区，高层建筑抗震设计欠缺。设计承重柱是为了使小柱的刚度提高，梁柱节点变成更小的分支。这样设计就没有遵守“强柱弱梁”的原则。如果没有注意梁与柱之间的刚度，结构柱的截面不够厚，柱顶、梁底受力较强，水平裂缝很容易就出现了。发生地震或其他强大的冲击，由此产生的塑料筏可能会有严重的后果。

1.7 纵向恒架

为了减少地震对高层建筑物结构的破坏，水平框架设计和垂直框架设计应同时考虑。然而，在非抗震设计中，大多数结构设计者都渴望设计连续框架，并承担柱与框架中纵向肋和箍筋的配置之间的节点。

2 解决措施

2.1 解决回填土质量问题的措施

回填通过使用紧密灌浆方法加密。通过加密过程，发现回填物中有大量空隙。对水泥的使用进行处理，得到一个较为好的结果，即地面没有下沉的迹象，保证了高层建筑结构的安全性。结构类型有差异，填充密度就会有差异。注：压实系数λ 为对照干密度ρ 与土壤最大干密度之比，对照含水量Wop±2。

2.2 对砌体剪力墙结构裂缝的解决措施

2.2.1 钢筋混凝土结构所处的气候环境以及梁板钢筋保护层

（1）钢筋混凝土基础。通常，它的环境类别属于第二类非寒带和非冷区。设计可以使用的寿命为52 年，混凝土强度等级不得低于C26，要做好钢筋混凝土的保护工作，保护层厚度不得小于42mm。如果钢筋混凝土没有衬垫时，在北方温度低的地区，环境状况可以分为三种，混凝土强度等级应大于或等于C35。

（2）建筑物外露的遮阳篷和阳台，常年受到太阳和风的洗礼，容易被破坏。寒冷地区的环境类别分为三类。在这种情况下，混凝土强度等级要符合相关规定，钢筋混凝土保护层要有合适的厚度[5]。

（3）严寒地区有三类环境类别，混凝土的强度要高于C35。根据地下防水的相关规范，混凝土保护层要60mm 厚。

2.2.2 现有钢筋混凝土结构采用钢结构设计

在钢结构层状结构体系的设计中，抗震规范中基础结构的钢筋混凝土并没有包含，上部结构为钢结构。两种结构的对比是不同的，上下两部分的刚度相差很大。这些设计是不太符合相关规定的，设计需要经过相关高层建筑监督管理部门管理下的专家委员会批准才有效。如果钢筋混凝土结构只有屋面顶部采用钢结构时，整个分层设计系统的水平组成部分仍然是分层设计，实际设计必须符合相关规定。

2.2.3 多柱剪力墙结构设计

现在，大多数建筑都是高层建筑。高层建筑用较多的柱子作为承重，因此，这类结构有以下几种方法：①分析整个建筑结构设计。多柱剪力墙结构具有具体的规范，在进行高层建筑设计时，要按照实际建筑施工情况调整建筑设计时根据实际情况进行调整；②结构等级按照剪力墙来定；③根据具体计算，视框架梁值的大小设置多柱联轴节梁；④根据相应剪力墙结构空间的大小，长、宽、高尺寸进行剪力墙的设计和施工。剪力墙结构设计如图1 所示。

图1 剪力墙结构设计

2.3 超长结构处理问题的处理方法

在高层建筑中必须设置伸缩缝，车间结构设计分为多个温度变化区间。伸缩缝往往是采用多排结构设计，这样就可以减少裂缝的产生。此外，应做好裂缝的预防措施。

3 结语

在高层建筑结构设计这个庞大的项目中，要不断发现问题，解决问题，我们需要设计师有坚实的理论基础，丰富的采购和实践经验，灵活的创新思维，严肃高尚的品质。不可能一目了然地解决设计中遇到的问题。设计师不可能一步一步地沉下心来计划自己的想法，以了解他们所知道的。所以最好在工作中了解清楚。总结在实践设计中的各种经验和教训。