严洪强
武汉光谷联合建筑设计研究院有限公司
摘要：高层钢筋混凝土结构设计属于系统性工作，涉及方面较广，设计难度较大。当前，我国大部分高层钢筋混凝土结构工程在设计中都存在一定的问题，有待进一步优化改善。本文对钢筋混凝土高层结构设计常见问题进行简单分析，探讨钢筋混凝土高层结构设计问题的改善策略。
关键词：高层建筑；钢筋混凝土结构；高层建筑结构设计；问题策略
一．引言
高层建筑逐渐成为城市发展的重要组成部分，由于高层建筑楼层高、建筑体量大、结构形式复杂，导致结构设计难度增加。钢筋混凝土自身的诸多优势，被广泛应用到现代建筑结构设计中，由于受到多方面因素影响，导致钢筋混凝土高层结构设计存在一定的问题，影响钢筋混凝土高层结构安全。
二．钢筋混凝土结构的优势
钢筋混凝土（英文：Reinforced Concrete或Ferroconcrete），实际上就是一种复合材料，它是将纤维、钢板以及钢筋钢筋网原材等添加到混凝土中构成的与之共同工作来改善混凝土力学性质的一种组合材料。钢筋混凝土结构就是将混凝土和钢筋进行综合利用的结果，这样综合利用之后可以充分发挥混凝土抗压强度较高和钢筋抗拉强度较高的优势，共同抵抗外力作用，提高混凝土结构承载能力。因此钢筋混凝土结构施工技术会被广泛的应用在房屋建筑施工中，钢筋混凝土结构的优势可以从以下几点进行分析。
1.实现了对混凝土原材和钢筋原材的综合利用
根据钢筋混凝土结构施工人员多年的经验来看，混凝土结构拥有较强抗压强度，通常是在35MPa左右，但是混凝土的抗拉强度较低，通常只有抗压强度的十分之一左右，任何显著的拉弯作用都会使其微观晶格结构开裂和分离从而导致结构的破坏。相较混凝土而言，钢筋抗拉强度非常高，一般在200MPac以上，完全能够满足房屋建筑结构的受力要求。因此钢筋混凝土结构就应运而生，钢筋混凝土结构的技术非常简单，简单的说就是将钢筋材料加入到混凝土材料中，关键是要确定它们之间的比例关系，在混凝土结构中添加钢筋之后能够弥补混凝土结构力学性能不强这一缺陷，由钢筋承担其中的拉应力，混凝土承担压应力部分，使得混凝土结构的力学性能得到显著提高。
2.结构整体性优势突出
高层房屋建筑施工过程中使用钢筋混凝土结构，具有明显的高抗压强度和抗拉强度这些优势，这些优势在实际应用过程中也得到了充分的体现，这样就使得钢筋混凝土结构其整体性优势得到了凸显。此外，钢筋混凝土结构还具有其它一些优点，如抗爆、抗震能力较强，而―般的工程结构都不具备这些功能。下图为现浇梁和柱的连接、预制梁和柱的连接以及装配整体式梁和柱的连接方式，由此可以看出钢筋混凝土结构的整体性能更加具有优势。
3.结构制作方便快捷
钢筋混凝土结构就是一种复合材料，通常是由多种材料进行组合而成，这些材料主要包括纤维、钢筋原材以及混凝土原材等等，此外部分钢筋混凝土结构中还会使用到一些砂石材料。所用到的这些材料虽然来自不同的工业领域，但是每一样都是应用得非常广泛，所以获取这些材料也都极其方便。也就使制作整个钢筋混凝土结构时会非常快捷和方便，最重要的是对房屋建筑工程周围的环境没有影响。
三．钢筋混凝土高层结构设计常见问题
1. 结构体系问题
结构体系属于高层钢筋混凝土结构设计主要内容，结构体系有框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、筒体结构、巨型结构等。高层建筑地处地基较为稳固的位置，确保上部结构满足建筑变形限制要求下，要注重建筑外观设计，要尽量降低建筑结构刚度。而在实际设计过程中，针对建筑结构体系问题设计存在较多问题，如无法准确设计转换层上下层刚度比重，不能控制层间位移和顶点位移，导致结构失衡。
2.结构超高问题
结构高度问题在抗震设计规范中明确要求，A、B类建筑要控制在应属范围内，不可超高。而在实际设计过程中，更改结构高度将导致设计和施工变化，因此较多单位并未重视，以至于结构审查时难以通过。
3.短肢剪力墙设置问题
设置短肢剪力墙具有一定的目的，短肢剪力墙指截面厚度不大于300mm、各肢横截面与厚度之比的大于4但不大于8的剪力墙。高层建筑结构不应采用全部短肢剪力墙，但由于短肢剪力墙的特殊作用，许多工程结构设计中都未对数量进行控制。在确保建筑结构满足抗震设计要求的情况下，必须要尽量少设置短肢剪力墙，避免造成建筑结构问题。
4.建筑结构概念设计问题
建筑不同于普通商品，尤其是高层建筑。很多因为是地理标志性建筑，所以往往都是有一定个性的，千篇一律的建筑会给人带来枯燥的审美观。在概念设计上，我们应该多选择一些新颖的建筑样式，同时又要注意其抗震设计、抗风设计等基础要素。但是建筑也不能盲目的标新立异，结构上应该选择规则性强一些的。不论是平面或者立体都应该尽量遵循这个原则。
四．钢筋混凝土高层结构设计问题改善策略
1.钢筋混凝土结构的选择
高层钢筋混凝土结构设计前，需要对建筑所处区域的地理环境有充分的调查了解，对当地的城市文化和风俗习惯进行研究，结合建筑抗震性能要求开展结构设计。通常情况下，可以采用钢筋混凝土剪力墙设计方式进行设计，以降低工程成本，缩短施工周期，确保建筑结构刚度和延性。
2.做好短肢墙抗震设置问题
抗震设计时，各层短肢剪力墙在重力荷载代表值作用下产生的轴力设计值的轴压比，抗震等级为一、二、三时分别不宜大于0.45、0.50和0.55；对于无翼缘或端柱的一字形短肢剪力墙，其轴压比限值相应降低0.1。抗震设计时，除底部加强部位应按高规7.2.10条调整剪力设计值外，其它各层短肢剪力墙的剪力设计值，一、二级抗震等级应分别乘以增大系数1.4和1.2。抗震设计时，短肢剪力墙截面的全部纵向钢筋的配筋率，底部加强部位一、二级不宜小于1.2%，三、四级不宜小于1.0%；其它部位一、二级不宜小于1.0%，三、四级不宜小于0.8%。短肢剪力墙截面厚度，底部加强部位不应小于200mm，其他部分不应小于180mm。7度和8度抗震设计时，短肢剪力墙宜设置翼缘。一字形短肢剪力墙平面外不宜布置与之单侧相交的楼面梁。
短肢墙的布置合理、对称、均匀、力求质量中心与刚度中心重合，短肢墙布置应以T形、L形、]形、+形为主，这样可增加短肢墙抗扭和出平面外稳定。短肢剪力墙结构的抗震薄弱部位是建筑平面外边缘的角部处的墙肢，当有扭转效应时，会加剧已有的翘曲变形，使其墙肢首先开裂，因此应加墙其抗震构造措施，如减小轴压比、增加纵筋和箍筋的配筋率。主要抗侧力结构筒体（或长墙）一般利用楼、电梯间，但要注意刚度的均衡性，不要集中在一处布置使建筑产生过大的扭转效应，同时筒体要有足够的刚度，其平面尺寸不宜过小，要使筒体和一般剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不宜小于结构总底部地震倾覆力矩的50%，形成多道抗震防线，为了确保水平力可靠传递，核心区楼板适当加厚，与核心筒相连的连梁按强剪弱弯设计，短肢墙之间的梁净跨不宜过小（一般取4~6M），使其具有一定的耗能作用。
3.开展概念设计
（1）选择有利场地。场地是导致高层钢筋混凝土结构发生地震震害的原因之一，由于场地因素造成的地震破坏较为严重，因此在结构设计阶段必须要合理选址。确定工程场址前，要详细勘察，研究施工场地地质情况、地形地貌等信息，选址抗震有利地段，避免钢筋混凝土高层建筑面临地震破坏时造成严重影响。
（2）选择合理的结构形式。高层钢筋混凝土结构设计过程中，抗震设计属于重要环节，要按照结构材料的分类，确定建筑高度、建筑材料、抗震设防烈度、施工条件以及场地条件和经济条件等因素。高层钢筋混凝土结构设计开展概念设计时，要做到：
①结构体系应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径；
②结构体系宜具有多道抗震防线，应避免因部分结构或构件破坏而导致整个体系丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力；
③结构体系应具有必要的抗震承载力，良好的变形能力和耗能能力；
五．结束语
钢筋混凝土高层结构设计过程中，必须要结合工程实际情况，综合考虑地质条件，将高层钢筋混凝土建筑结构体系、结构刚度、结构延性纳入考量范围，开展结构概念设计、抗震设计，逐步提高结构稳定性，保障高层建筑质量和安全。
参考文献：
[1]罗庆刚.钢筋混凝土高层结构设计难点研究[J].低碳世界，2014，（6）：207-208.
[2]连佳顺.钢筋混凝土高层结构设计多见问题的分析[J].城市建设理论研究（电子版），2015，（1）：1682-1682.
论文作者:严洪强
论文发表刊物:《基层建设》2015年23期供稿
论文发表时间:2016/3/28
标签：钢筋论文; 结构论文; 钢筋混凝土论文; 结构设计论文; 混凝土结构论文; 高层论文; 剪力墙论文; 《基层建设》2015年23期供稿论文;