在钢筋混凝土高层结构设计中常见问题的分析

张锐

1 引言

进入21世纪以来，我们的综合国力日益增强，也进一步推进了高层建筑在我国的快速发展。目前的建筑正朝着结构复杂化、建筑高层化发展，建筑技术、建筑形式、以及建筑材料都发生了较大变革。其中使用材料最多的是钢筋混凝土，钢筋混凝土具有耐久性好、安全性高等特点。对于钢筋混凝土高层建筑来说，其结构设计是一个非常关键的问题，直接影响了建筑实体的质量。已经被广泛应用到高层建筑工程中。通过做好钢筋混凝土高层结构设计工作，能够保证钢筋混凝土材料得到有效利用，提升高层建筑结构的稳定性。本文主要分析钢筋混凝土高层结构设计中存在的问题与解决对策，保证钢筋混凝土高层结构设计工作得以顺利开展。

2 我国钢筋混凝土高层结构的发展

2.1 建筑高度不断增加

依据相关资料记载，自80年代到20世纪末期，伴随中国经济的增长，建设了100多栋高于150m的建筑，到2006年年末，中国内部共计建设了150多栋高于150m的建筑，到2009年年末，该类建筑的数量已达到250栋，在2018年，又制定了很多高层建筑建设规划。从这可以知道，国内高层建筑无论在建设速度还是在建设数量以及建设的高度方面，均让人吃惊，如图1所示。

2.2 结构体型日趋复杂

伴随我国综合国力的增长，高层建筑一方面要具有建筑自身应当有的效能，另一方面还应当有自身的特色。中国大多数区域为抗震区域，而高层建筑集聚的东部沿海省份还是台风发生概率较高的区域。比如福建、广东等地建造的高层建筑，广州市区便是台风发生频次较高的区域，而建筑架构体型的日渐繁杂让设计过程中原本就难度较大的抗风、抗震等问题面临更严峻的挑战。

2.3 新型结构体系涌现

伴随高层建筑的发展，产生了诸多新型架构机制。比如广州西塔运用了外部交叉网格架构机制；天津津塔主要抗侧力机制包括外伸钢臂抗侧力机制、钢管混凝土柱外框、核心钢板剪力墙机制；国贸三期主塔楼运用的是钢-混凝土结构-核心筒架构。另外，以巨型柱为基础的巨型架构等结构方式也广泛运用到高层建筑中。

2.4 超高层建筑中钢-混凝土混合结构为主

依据相关资料，到2017年年末，中国高于250m的超高层建筑架构中，钢-混凝土架构占到98.4%，比如金茂大厦、上海环球金融中心，外部框架都是型钢混凝土柱和钢柱，内部为钢筋混凝土核心筒；刚建成不久的117大厦，外部运用钢管混凝土柱，内部为钢板混凝土剪力墙结构。钢架构具有技术方面的优点与混凝土成本较少的特征，推动了中国钢-混凝土混合架构的快速崛起。另外，钢混架构呈现为结构方式多元、适应水平高、结构功能优良、稳定性优良等优势，为此估计在未来的高层建筑设计中这种结构会得到更大范围的运用。

3 钢筋混凝土高层结构设计常见问题

3.1 结构体系不合理

如果设计人员选择的结构体系不合理，在一定程度上会降低结构的稳定性。在设计钢筋混凝土高层结构体系的过程中，设计人员要结合工程结构特点，并根据该地区抗震设防等级及风荷载情况等，选择合理的结构体系。如果钢筋混凝土高层结构体系不合理，该高层建筑工程的结构性能会降低，如果设计人员选择的设计指标不科学，则会降低钢筋混凝土高层结构的可靠性，导致各种质量问题的出现，甚至出现安全问题。

3.2 地基与基础设计不科学

在设计钢筋混凝土高层建筑工程地基与基础的过程中，经常会出现以下几个问题：①基础类型选择不当，导致建筑物出现不均匀沉降甚至倾斜。②天然基础设计不合理，地基的斜面坡坡度较大，会降低地基混凝土的振捣质量，影响地基结构的稳定性。③地下室底板配筋不合理，如果地下室底板配筋不合理，高层建筑结构很容易出现失稳现象，增加建筑物的不均匀沉降量。④设计人员没有考虑到地下水对地基与基础的影响，如果地下水位比较高，会影响地基与基础结构的耐久性和稳定性，因此，设计人员要制定合理的地基与基础防水设计方案，提升地基与基础的可靠性。

3.3 上部结构设计存在较多缺陷

在钢筋混凝土高层建筑上部结构设计中，如果框架-剪力墙结构设计不合理，很容易出现应力集中现象，降低高层建筑结构的安全性，容易导致结构裂缝或者倒塌事件，当外界发生地震时，高层建筑结构很容易出现坍塌。此外，在设计框架-剪力墙连接构件的过程中，由于剪力墙布置不合理，会增加框架-剪力墙连接构件的设计难度，影响钢筋混凝土高层建筑整体结构的可靠性。

4 钢筋混凝土高层结构设计常见问题的解决对策

4.1 科学设计结构体系

在信息技术快速发展的今天，各类计算机软件在建筑工程结构设计中的应用范围越来越广泛。在本钢筋混凝土高层建筑结构设计中，我们可以充分运用BIM技术，构建完善的建筑设计模型，结合该建筑模型的运行特点，不断优化建筑结构设计方案，保证结构设计方案得到良好的实施。对于设计人员来讲，还要做好高层建筑结构计算与分析工作，运用不同的计算方法，将计算结果进行综合对比，不断提升钢筋混凝土高层结构设计方案的合理性。

通过各种比对，科学设计钢筋混凝土高层建筑结构体系，能够有效提升高层建筑工程的抗震性能，减少施工资源的浪费。钢筋混凝土高层结构设计人员在实际工作当中，要选择合理的设计指标，并结合该地区及建筑物的情况，不断优化高层建筑结构体系设计方案，不断减小外界环境对钢筋混凝土高层建筑工程施工质量的影响。

4.2 合理设计地基与基础

为了保证钢筋混凝土高层结构设计方案得到更好的实施，设计人员需要合理设计建筑的地基与基础。通过综合分析场地地质条件，合理选择基础方案，保证结构安全。在本钢筋混凝土高层建筑工程中，由于地质条件良好，我们采用天然地基独立基础（局部筏板）+防水板+抗浮锚杆形式，并准确设计各个基础间的拉梁结构，增大基础配筋，有效提升独立基础的稳定性。由于该高层建筑有地下室，为了防止地下室底板出现大面积裂缝，我们在不同持力层间采用褥垫处理方案，提高地基与基础结构的安全性。

通过合理设计地基与基础，能够帮助设计人员全面了解钢筋混凝土高层建筑地基与基础结构特点。伴随我国高层建筑工程数量的逐年增多，地基与基础设计工作显得越来越重要，结构设计人员在实际工作中，要根据地下水位变化情况，绘制包络图，并结合高层建筑地基与基础结构特点，制定相应的防水方案。此外，设计人员还要做好配筋工作，准确计算地基与基础配筋量，保证该高层建筑地基与基础结构的可靠性得到更好的提升。

4.3 优化上部结构设计

钢筋混凝土高层结构设计人员通过合理优化上部结构设计，能够提升高层建筑结构的抵抗水平荷载性能和结构稳定性。例如，设计人员在设计框架-剪力墙结构的过程中，要结合框架-剪力墙布置情况，做好相应的设防工作，保证框架-剪力墙结构刚性符合相关规定，减少应力集中现象的发生。另外，在设计梁柱的过程中，设计人员要遵守“强柱弱梁”设计原则，并准确计算高层建筑梁柱的节点剪力，提高高层建筑物的抗震性能。设计人员在实际工作当中，需要注意以下问题：①不得随意增加高层建筑上部结构荷载，保证高层建筑连梁部位更加稳定。②认真遵守相关设计规范，禁止在高层建筑连梁上部搭设框架梁。通过合理优化钢筋混凝土高层建筑上部结构设计，能够有效提升设计方案的科学性，减少施工材料的浪费。

5 结束语

综上所述，随着我国城市化进程不断加快，高层数量快速增长，对其结构设计和施工的质量提出了新的要求。文章以超高层建筑设计为例，对其建筑结构设计中存在的问题进行分析，只有采取科学化的设计方案，结合工程项目的实际情况进行计算，才能达到设计尽可能的完善，可以说从整个工程案例的几个维度来看，设计者不仅要重视结构的定量计算分析，而且更要注重结构的概念设计，即结构的宏观控制和定性判断，才可以保证建筑结构的安全性与稳定性，进一步提升其结构质量。