鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的常見問題概論

陳正權(quán)

摘 要 鋼筋砼（混凝土）結(jié)構(gòu)有著很好的延展性、強(qiáng)度大和整體性很強(qiáng)等特征，在高層建筑中得到了廣泛使用。近幾年，建筑行業(yè)的發(fā)展領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，工程建設(shè)過程鋼筋砼結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)一些問題，設(shè)計(jì)師對(duì)此必須引起高度重視?；诖?，文章針對(duì)鋼筋砼高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的不足，詳細(xì)闡述了幾點(diǎn)有效的處理方法。

關(guān)鍵詞 鋼筋砼；高層結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)問題；處理方法

21世紀(jì)背景下，我國綜合國力不斷提高，由此促進(jìn)了高層工程的繁榮發(fā)展。當(dāng)前，建筑行業(yè)開始向著結(jié)構(gòu)煩瑣化、結(jié)構(gòu)高層化趨勢(shì)發(fā)展，工程技術(shù)、建筑模式和工程材料均有了較大改變。其中所用材料最頻繁的是鋼筋砼，鋼筋砼具有良好的耐久性以及安全性。針對(duì)鋼筋砼高層結(jié)構(gòu)而言，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)屬于十分重要的問題，直接關(guān)系到建筑物的質(zhì)量，已在高層結(jié)構(gòu)中得到廣泛使用。通過科學(xué)設(shè)計(jì)鋼筋砼高層結(jié)構(gòu)，可以確保鋼筋砼材料獲得充分利用，提高高層工程的穩(wěn)固性。

1 鋼筋砼高層項(xiàng)目設(shè)計(jì)中常見的不足

1.1 結(jié)構(gòu)體系不規(guī)范

若設(shè)計(jì)師選用的結(jié)構(gòu)體系不規(guī)范，會(huì)在很大程度上下降結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。在設(shè)計(jì)鋼筋砼高層結(jié)構(gòu)體系時(shí)，設(shè)計(jì)師要根據(jù)高層結(jié)構(gòu)特征，并結(jié)合本地抗震預(yù)防等級(jí)與風(fēng)荷載等因素，選用規(guī)范的結(jié)構(gòu)體系[1]。若鋼筋砼高層項(xiàng)目結(jié)構(gòu)體系不規(guī)范，則高層建筑物的性能將會(huì)下降，若設(shè)計(jì)師選用的設(shè)計(jì)指標(biāo)不合理，就會(huì)減小鋼筋砼高層建筑的可靠性，引發(fā)各種質(zhì)量故障，甚至產(chǎn)生安全事故。

1.2 地基及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不當(dāng)

單獨(dú)地基地下室設(shè)計(jì)問題。在設(shè)計(jì)高層結(jié)構(gòu)的單獨(dú)基礎(chǔ)地下室結(jié)構(gòu)時(shí)，設(shè)計(jì)師往往會(huì)忽略建筑結(jié)構(gòu)由于某些原因而出現(xiàn)沉降，進(jìn)而引起的附加應(yīng)力對(duì)建筑總體質(zhì)量的影響。在高層結(jié)構(gòu)中，在結(jié)構(gòu)頂部荷載的應(yīng)用下，單獨(dú)基礎(chǔ)地下室總體會(huì)出現(xiàn)變化、沉降，該環(huán)節(jié)若忽視沉降引起的附加應(yīng)力，地下室結(jié)構(gòu)將會(huì)由于壓力太大而出現(xiàn)裂縫。

地下水位現(xiàn)象。在設(shè)計(jì)鋼筋砼高層結(jié)構(gòu)時(shí)，要重點(diǎn)思考地下高水位現(xiàn)行。地下水位較高時(shí)，高層結(jié)構(gòu)需要規(guī)劃地下室時(shí)，要在地下室外邊地坪之下的外墻展開圍護(hù)設(shè)計(jì)，為方便開展防水施工工作，圍護(hù)模式的設(shè)計(jì)要盡量簡單[2]。針對(duì)高層結(jié)構(gòu)，有柱下承臺(tái)和地梁基槽地模狀態(tài)錯(cuò)綜煩瑣，且存在許多陰陽角及放坡現(xiàn)象，會(huì)造成防水施工時(shí)間延長、難度大、投資高，而且無法保障建設(shè)質(zhì)量。

自然獨(dú)立地基問題。自然獨(dú)立地基設(shè)計(jì)過程，采取椎體模式，其斜坡比超過1：3，導(dǎo)致砼振搗過程出現(xiàn)不密實(shí)現(xiàn)象 ，通過人工處理之后，砼的各種指標(biāo)依舊難以滿足設(shè)計(jì)需要。

1.3 裂縫現(xiàn)象

裂縫現(xiàn)象主要包含如下幾種：其一，結(jié)構(gòu)開裂。在砼澆筑時(shí)，構(gòu)件間存在不同的剛度，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生剛度很弱的區(qū)域，該區(qū)域就極易產(chǎn)生裂縫，主要表現(xiàn)在樓板板端與墻角部位；其二，構(gòu)造開裂。其主要的原因是，砼配備時(shí)水灰比不合理，澆筑過程振搗不徹底、模板移動(dòng)等，此外，脫模太早，養(yǎng)護(hù)不當(dāng)?shù)榷紩?huì)引起砼裂縫；其三，溫度裂縫[3]。受到外部環(huán)境溫差的極大影響，混凝土出現(xiàn)熱脹冷縮情況，使得在施工中產(chǎn)生裂縫，在施工過程溫度裂縫的出現(xiàn)頻率最大。

砼裂縫現(xiàn)象的處理，要在易出現(xiàn)裂縫的位置，采取預(yù)應(yīng)力澆筑方法；而且，用支架加固預(yù)埋管線，如此可以減少裂縫問題的產(chǎn)生，進(jìn)而提升高層結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量及可靠性。

1.4 頂部結(jié)構(gòu)規(guī)劃不合理

（1）框架-剪力墻與連梁問題。①框架-剪力墻設(shè)計(jì)問題。在設(shè)計(jì)鋼筋砼高層結(jié)構(gòu)時(shí)，剪力墻的布置應(yīng)均勻，防止剪力墻單肢強(qiáng)度太大，進(jìn)而造成應(yīng)力集中，損壞整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全性與可靠性。此外，布置不均勻也會(huì)造成其連梁設(shè)計(jì)的困難性提高。剛度很大的一級(jí)剪力墻，它的支數(shù)最少是4支。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大多數(shù)是以抗震型開展設(shè)計(jì)的，要根據(jù)多道設(shè)防原理進(jìn)行。優(yōu)先思考第一等級(jí)的剪力墻，而且采用低等級(jí)的剪力墻管理結(jié)構(gòu)的變化，提高高層結(jié)構(gòu)的抗震性和穩(wěn)固性。②連梁問題。連梁屬于相鄰剪力墻在出現(xiàn)地震問題時(shí)，承擔(dān)剪力墻受力的構(gòu)件。在框剪構(gòu)造的連梁構(gòu)件設(shè)計(jì)中，是根據(jù)剪力墻的布置狀況處理的。在設(shè)計(jì)連梁時(shí)，要適當(dāng)提高連梁剛度，而且，連梁上不能夠安裝關(guān)鍵的框架梁。

（2）梁支架。針對(duì)結(jié)構(gòu)中梁支架的規(guī)劃，很多設(shè)計(jì)師將梁和柱間的梁支架設(shè)計(jì)成固定無法旋轉(zhuǎn)的形式，在實(shí)際建筑中有時(shí)是不科學(xué)的。例如，剪力墻和框架的架梁是正相交的，并且對(duì)梁的限制很弱時(shí)，就無須梁支架了。

2 鋼筋砼高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷處理辦法

2.1 優(yōu)化高層結(jié)構(gòu)體系

信息化時(shí)代下，各種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在建筑項(xiàng)目結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中得到了廣泛使用。在鋼筋砼高層結(jié)構(gòu)規(guī)劃中，能夠充分利用BIM技術(shù)，建立健全的建筑信息模型，根據(jù)建筑模型的基本特征，進(jìn)一步完善高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)劃，確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)劃得到貫徹執(zhí)行。針對(duì)設(shè)計(jì)師而言，需要科學(xué)計(jì)算和分析高層結(jié)構(gòu)，采用多種計(jì)算方式，綜合比較計(jì)算結(jié)果，進(jìn)一步提高鋼筋砼高層結(jié)果規(guī)劃方案的科學(xué)性。

經(jīng)各種比較，科學(xué)規(guī)劃鋼筋砼高層項(xiàng)目結(jié)構(gòu)體系，可以有效提高高層結(jié)構(gòu)的抗震能力，避免施工資源的大量消耗[4]。鋼筋砼高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)過程，要采用科學(xué)的設(shè)計(jì)指標(biāo)，并根據(jù)本地及建筑工程的實(shí)況，進(jìn)一步完善高層項(xiàng)目結(jié)構(gòu)體系規(guī)劃方案，逐漸降低外部環(huán)境對(duì)鋼筋砼高層結(jié)構(gòu)建設(shè)質(zhì)量的影響。

2.2 科學(xué)設(shè)計(jì)地基及基礎(chǔ)

為確保鋼筋砼高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)劃獲得貫徹實(shí)行，設(shè)計(jì)師需要科學(xué)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)地基及基礎(chǔ)。通過全面分析場(chǎng)地地質(zhì)環(huán)境，科學(xué)選取基礎(chǔ)方案，確保結(jié)構(gòu)安全。若鋼筋砼高層結(jié)構(gòu)的地質(zhì)環(huán)境很好，就能夠采取天然地基單獨(dú)基礎(chǔ)+防滲板+防浮錨桿模式，并合理設(shè)計(jì)每個(gè)基礎(chǔ)之間的拉梁構(gòu)造，加大基礎(chǔ)配筋，不斷提高單獨(dú)基礎(chǔ)的可靠性。若高層結(jié)構(gòu)處在地下，為避免地下室地板產(chǎn)生大范圍開裂，就需要在各個(gè)持力層之間實(shí)施褥墊施工方案，提升地基和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

通過科學(xué)設(shè)計(jì)地基及基礎(chǔ)，可以幫助設(shè)計(jì)師詳細(xì)掌握鋼筋砼高層結(jié)構(gòu)地基和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)特征。隨著國內(nèi)高層結(jié)構(gòu)數(shù)量的不斷增加，地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)任務(wù)逐漸重要，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師在實(shí)際操作中，要結(jié)合地下水位浮動(dòng)狀況，制作包絡(luò)圖，并根據(jù)高層工程地基和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)特征，建立適當(dāng)?shù)姆罎B計(jì)劃。另外，設(shè)計(jì)師還要處理好配筋工作，精準(zhǔn)算出地基和基礎(chǔ)配筋量，確保高層結(jié)構(gòu)地基和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性得到提高。

2.3 科學(xué)設(shè)計(jì)頂部結(jié)構(gòu)

鋼筋砼高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師通過科學(xué)設(shè)計(jì)頂部結(jié)構(gòu)，可以提高高層項(xiàng)目結(jié)構(gòu)的抵抗能力，增強(qiáng)荷載性能與結(jié)構(gòu)可靠性。比如，設(shè)計(jì)師在規(guī)劃框架-剪力墻時(shí)，要根據(jù)框架-剪力墻的分布狀況，做好相關(guān)防護(hù)工作，確?？蚣?剪力墻的剛度滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，避免應(yīng)力集中情況的出現(xiàn)。此外，在設(shè)計(jì)梁柱時(shí)，設(shè)計(jì)師要遵循“強(qiáng)柱弱梁”的原則，并精準(zhǔn)算出高層結(jié)構(gòu)梁柱的節(jié)點(diǎn)應(yīng)力，提升高層結(jié)構(gòu)的抗震水平[5]。設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)過程要注意如下幾點(diǎn)問題：其一，不能隨便加大高層結(jié)構(gòu)頂部結(jié)構(gòu)荷載，確保高層結(jié)構(gòu)連梁位置更為穩(wěn)定。其二，認(rèn)真遵循相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，防止在高層結(jié)構(gòu)連梁頂部建立框架梁。通過科學(xué)設(shè)計(jì)鋼筋砼高層頂部結(jié)構(gòu)，可以有效提高設(shè)計(jì)方案的合理性，避免施工資源的耗費(fèi)。

2.4 選擇計(jì)算模式

針對(duì)常規(guī)結(jié)構(gòu)，能夠采取樓板總體平面中無限剛假設(shè)模型；針對(duì)多塔和錯(cuò)層結(jié)構(gòu)，能夠采取樓板分塊平面中無限剛模型；針對(duì)樓板局部開大口、塔和塔之間頂部連接的多塔結(jié)構(gòu)等，能夠采取樓板分塊平面中無限剛，并含有彈性銜接板帶模型；但針對(duì)樓板開大口涉及中庭等共享區(qū)域的獨(dú)特樓板結(jié)構(gòu)，以及需要研究精度大的高層結(jié)構(gòu)，就能夠采取彈性樓板模型。在實(shí)際應(yīng)用中能夠結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)及工程具體情況靈活使用，以最低的計(jì)算量得到預(yù)期的分析精度標(biāo)準(zhǔn)，不僅不能不分情況盲目采取剛性樓板模型，導(dǎo)致小墻肢計(jì)算值過小，不安全；也不需要全都采取彈性樓板模型，增多不必要的計(jì)算量。

3 結(jié)束語

通過上文的分析發(fā)現(xiàn)，隨著國內(nèi)城市化進(jìn)程的推進(jìn)，高層建筑數(shù)量日益增多，對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及建設(shè)質(zhì)量提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)。本文以高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為研究對(duì)象，對(duì)其設(shè)計(jì)中常見的問題展開分析，通過分析發(fā)現(xiàn)，唯有采用科學(xué)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，根據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)際狀況計(jì)算，方可保證設(shè)計(jì)的完整性，并確保高層結(jié)構(gòu)后續(xù)建設(shè)的安全性及可靠性，不斷提高高層結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

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