关于高层筋混凝土结构设计一些常见问题的探讨

吕丽娜刘凤莉

中图分类号：TU37

摘要：高层建筑类型和功能的复杂化也使高层建筑结构设计变得更加复杂,进而在设计过程中也难免会出现一些遗漏和错误,本文就结构设计中结构选型、地基与基础设计、结构计算与分析几方面简要总结了一些要在结构设计过程要注意的问题。

关键词： 高层筋混凝土结构设计问题

Abstract: high-rise building type and function of the complex also makes the design of tall building structures become more complex, and then in the design process, there will inevitably be some omissions and errors, this paper structure design selection of structure, foundation and foundation design, structural calculation and analysis several aspects briefly summarizes some structure in the design process should pay attention to problem.

Key words: high-rise reinforced concrete structure design

一、引言

随着高层建筑在我国的迅速发展，建筑高度的不断增加，建筑类型与功能的愈来愈复杂，结构体系的更加多样化，高层建筑结构设计也越来越成为结构工程师设计工作的主要重点和难点之所在。笔者在工作实践发现，在高层钢筋混凝土结构设计过程中经常出现一些遗漏或错误，为了避免在过程中犯这些错误，现将这些常常出现的问题作一下梳理并进行探讨。 二、高层结构设计容易出现的具体问题分析

（一）结构选型应注意的问题

1、结构的规则性。规范在这方面增添了相当多的限制条件，例如：平面规则性信息、竖向不规则，嵌固端上下层刚度比信息等，而且，新规范采用强制性条文明确规定“建筑不应采用严重不规则的设计方案。”因此，结构工程师在遵循新规范的这些限制条件上必须严格注意，以避免后期施工图设计阶段工作的被动。

2、结构的超高设计。在抗震规范与高规中，对结构的总高度都有严格的限制，尤其是新规范中针对以前的超高问题，除了将原来的限制高度设定为A级高度的建筑外，增加了B级高度的建筑，因此，必须对结构的该项控制因素严格注意，一旦结构为B级高度建筑甚或超过了B级高度，其设计方法和处理措施将有较大的变化。在实际工程设计中，出现过由于结构类型的变更而忽略该问题，导致施工图审查时未予通过，必须重新进行设计或需要开专家会议进行论证等工作的情况，对工程工期、造价等整体规划的影响相当巨大。

3、嵌固端的设置。由于高层建筑一般都带有二层或二层以上的地下室和人防，嵌固端有可能设置在地下室顶板，也有可能设置在人防顶板等位置，因此，在这个问题上，结构设计工程师往往忽视了由嵌固端的设置带来的一系列需要注意的方面，如：嵌固端楼板的设计、嵌固端上下层刚度比的限制、嵌固端上下层抗震等级的一致性、在结构整体计算时嵌固端的设置、结构抗震缝设置与嵌固端位置的协调等等问题，而忽略其中任何一个方面都有可能导致后期设计工作的大量修改或埋下安全隐患。

4、短肢剪力墙的设置。在规范中，对墙肢截面高厚比为5~8的墙定义为短肢剪力墙，且根据实验数据和实际经验，对短肢剪力墙在高层建筑中的应用增加了相当多的限制，因此，在高层建筑设计中，结构工程师应尽可能少采用或不用短肢剪力墙，以避免给后期设计工作增加不必要的麻烦。

（二）地基与基础设计应注意的问题

地基与基础设计一直是结构工程师比较重视的方面，不仅仅由于该阶段设计过程的好与坏将直接影响后期设计工作的进行，同时也是因为地基基础也是整个工程造价的决定性因素，因此，在这一阶段，所出现的问题也有可能更加严重甚至造成无法估量的损失。

在地基基础设计中要注意地方性规范的重要性问题。由于我国占地面积较广，地质条件相当复杂，作为国家标准，仅仅一本《地基基础设计规范》无法对全国各地的地基基础都进行详细的描述和规定，因此，有了作为建立在国家标准之下的地方标准。地方性的“地基基础设计规范”能够将各地方的地基基础类型和设计处理方法等一些成熟的经验描述和规定得更为详细和准确，所以，在进行地基基础设计时，一定要对地方规范进行深入地学习，以避免对整个结构设计或后期设计工作造成较大的影响。

（三）结构计算与分析应注意的问题

在结构计算与分析阶段，如何准确，高效地对工程进行内力分析并按照规范要求进行设计和处理，是决定工程设计质量好坏的关键。由于新规范的推出对结构整体计算和分析部分相当多的内容进行了调整和改进，因此，结构工程师也应该对这一阶段比较常见的问题有一个清晰的认识。

1、结构整体计算的软件选择。目前比较通用的计算软件有：SATWE、TAT、TBSA或ETABS、SAP等，但是，由于各软件在采用的计算模型上存在着一定的差异，因此导致了各软件的计算结果有或大或小的不同。所以，在进行工程整体结构计算和分析时必须依据结构类型和计算软件模型的特点选择合理的计算软件，并从不同软件相差较大的计算结果中，判断哪个是合理的、哪个是可以作为参考的，哪个又是意义不大的，这将是结构工程师在设计工作中首要的工作。否则，如果选择了不合适的计算软件，不但会浪费大量的时间和精力，而且有可能使结构有不安全的隐患存在。

2、是否需要地震力放大，考虑建筑隔墙等对自振周期的影响。该部分内容实际上在新老规范中都有提及，只是，在新规范中根据大量工程的实测周期明确提出了各种结构体系下高层建筑结构计算自振周期折减系数。

3、振型数目是否足够。在规范中增加一个振型参与系数的概念，并明确提出了该参数的限值。因此，在计算分析阶段必须对计算结果中该参数的结果进行判断，并决定是否要调整振型数目的取值。振型组合数既不能太小，也不能过大，取值太小不能正确反映模型应当考虑的地震振型数量，使计算结果失真；取值太大，会消耗掉很多计算机资源。《高规》5.1.13-2条规定，抗震计算时，宜考虑平扭耦联计算结构的扭转效应，振型数县计算振型数应使振型参与质量不小于总质量的90％。一般而言，振型数的多少与结构层数及参与质量贡献的结构自由度数有关，当结构层数较多或结构层刚度突变较大时，振型数也应取得多些，如有弹性节点、多塔楼、转换层等结构形式，但振型组合数应不大于有质量贡献的结构自由度数。必须要指出的是，结构的振型组合数并不是越大越好，其最大值不能超过结构有质量贡献的总自由度数。例如对采用刚性楼板假定的单塔结构，考虑扭转耦联作用时，其振型数不得超过结构层数的三倍。如果该结构的振型组合数已经增加到结构层数的三倍后，其有效质量系数仍不能满足要求，此时设计人员应该认真分析原因，考虑结构方案是否合理。

4、多塔之间各地震周期的互相干扰，是否需要分开计算。一段时间以来，大底盘，多塔楼的高层建筑类型大量涌现，而在计算分析该类型高层建筑时，是将结构作为一个整体并按多塔类型进行计算，还是将结构人为地分开进行计算，是结构工程师必须注意的问题。如果多塔间刚度相差较大，就有可能出现即使振型参与系数满足要求，但是对某一座塔楼的地震力计算误差仍然有可能较大，从而便结构出现不安全的隐患。

5、非结构构件的计算与设计。在高层建筑中，往往存在一些由于建筑美观或功能要求且非主体承重骨架体系以内的非结构构件。对这部分内容，尤其是高层建筑屋顶处的装饰构件进行设计时，由于高层建筑的地震作用和风荷载均较大，因此，必须严格按照规范中增加的非结构构件的计算处理措施进行设计。

三、结束语

总之，钢筋混凝土高层结构设计是一个长期、复杂甚至循环往复的过程，任何在这过程中的遗漏或错误都有可能使整个设计过程变得更加复杂或使设计结果存在不安全因素。结构工程师应对结构的体系特点有清醒的认识。有针对性的对结构薄弱层、薄弱部位以及由于建筑设计方案可能带来的抗风抗震设计缺陷有宏观的把握，最终制定完善的结构设计方案。

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