李航

【摘要】高層建筑可以節(jié)省土地面積，滿足人們的用地需求，所以加強高層建筑的建設(shè)，對我國社會的發(fā)展具有一定的推動作用。在高層建筑建設(shè)過程中，結(jié)構(gòu)設(shè)計作為其重要組成部分，對高層建筑的質(zhì)量具有直接的影響，所以應抓住高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計要點，提高高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計水平，滿足人們的需求，以此促進城市建設(shè)的不斷發(fā)展。基于此，本文主要對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點進行分析探討。

【關(guān)鍵詞】高層建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計;要點探析

對于高層建筑而言結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個重點，也是難點所在。高層建筑想要確保整個建筑的安全性與經(jīng)濟性，結(jié)構(gòu)設(shè)計必須安全而合理，并且讓許多技術(shù)難點都得以很好的解決。

1、項目概況

平?jīng)鼋值?2街坊商辦項目位于上海市楊浦區(qū)，總建筑面積約21萬㎡，其中地上約13.5萬㎡，地下約7.5萬㎡。含A樓、B樓、C樓和J樓4幢高層建筑以及D樓、E樓、F樓、G樓、H樓和P樓共6幢多層建筑。其中A樓和B樓地上23層，高度約99米，主要功能為辦公樓。C樓地上10層，高度約45米，主要功能為辦公樓。J樓地上16層，高度約71米，主要功能為辦公樓。A樓、B樓、C樓和J樓為4幢超限高層，按規(guī)定需進行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防專項論證。

本項目針對抗震超限的結(jié)構(gòu)設(shè)計

本工程高層存在的超限和不規(guī)則的情況體現(xiàn)在以下方面：

1.1扭轉(zhuǎn)不規(guī)則和偏心布置。本工程由于建筑功能和造型的要求，因剪力墻布置并非對稱布置等原因，計算結(jié)果表明部分樓層在考慮偶然偏心地震作用下的扭轉(zhuǎn)位移比大于1.2（但均小于1.4），屬于扭轉(zhuǎn)不規(guī)則。由于平面不規(guī)則，抗側(cè)力構(gòu)件不均勻，部分樓層剛心與質(zhì)心的偏心率大于0.15，屬于偏心布置。這兩項不規(guī)則不重復計算，僅計一條。

1.2樓板不連續(xù)。建筑二層樓板大開洞，樓板有效寬度小于50%，開洞面積接近30%，并且存在局部樓板有效寬度小于該層樓板典型寬度的40%的情況，屬于樓板不連續(xù)。

針對本工程的幾點超限項目，結(jié)構(gòu)設(shè)計時采取了有針對性的措施。

（1）本工程由于建筑功能和造型的等原因，部分樓層在考慮偶然偏心地震作用下的計算扭轉(zhuǎn)位移比大于1.2。結(jié)構(gòu)設(shè)計時通過結(jié)構(gòu)柱墻的合理布置，尤其是加強邊框柱和邊框梁，使各樓層的最大位移比大部分小于1.2，僅在少數(shù)樓層大于1.2，且均小于1.4。

（2）本工程2層大堂樓板開洞較大，導致局部樓板有效寬度小于40%。在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，對開洞處的樓板進行加強，板厚增加為150mm，同時對其上一層（3層）的樓板也進行了加強，板厚為150mm，且配筋均采用雙層雙向并適當加大配筋。設(shè)防目標為小震下樓板不開裂，中震下大部分樓板不開裂，洞邊應力較大的樓板雖開裂但板筋不屈服。個別穿層柱箍筋全長加密，抗震等級提高一級。

此外，結(jié)構(gòu)設(shè)計時還采取了以下有利于提高結(jié)構(gòu)抗震性能的措施：

1）采用輕質(zhì)高效的結(jié)構(gòu)材料，改善結(jié)構(gòu)的抗震性能。主樓底部柱、墻中的混凝土強度等級采用C50～C60，有利于降低軸壓比。此外，還在A樓和B樓底部部分樓層的框架柱內(nèi)設(shè)置了型鋼，提高了整體結(jié)構(gòu)的抗震性能。鋼筋采用HRB400鋼（fy=360N/mm2）高強度鋼筋，降低結(jié)構(gòu)配筋量。墻體材料采用砂加氣混凝土砌塊及輕鋼龍骨石膏板等輕質(zhì)墻體。

2）提高抗震等級。本工程2層大堂開洞處的穿層柱抗震等級提高為一級框架。

3）在施工圖設(shè)計時，混凝土剪力墻將在各樓層標高處設(shè)置暗梁，以增加剪力墻的整體性和抗側(cè)剛度。

4）在施工圖設(shè)計時將按規(guī)范采取較為嚴格的構(gòu)造措施，包括嚴格控制柱墻軸壓比、保證構(gòu)件配箍率、保證樓板厚度和配筋率等。

2、C塔樓結(jié)構(gòu)選型

C塔樓采用樁+筏板式基礎(chǔ)?？紤]到成樁可行性、單樁承載力、沉降變形、工程造價以及方便布樁等因素，經(jīng)分析比較，采用直徑700mm的泥漿護壁鉆孔灌注樁，樁長42m，以⑦2層灰黃～灰色粉砂為持力層，同時進行樁端后注漿，以提高單樁承載力并減小絕對沉降量，單樁豎向承壓承載力的特征值為4100kN，計算結(jié)果顯示最大沉降量6.5cm，滿足了規(guī)范要求。塔樓C基礎(chǔ)示意圖見圖1。

3、結(jié)構(gòu)體系

塔樓C的結(jié)構(gòu)高度96.5m，共22層（不含屋面機房層），結(jié)構(gòu)高度96.5m，采用鋼筋混凝土框架-核心筒結(jié)構(gòu)。核心筒位于塔樓平面的中部，墻體布置基本對稱;在17層樓面以上，核心筒南側(cè)因電梯井道取消而內(nèi)收約3m，除兩處小片剪力墻不能伸至屋面，其余核心筒墻體和框架柱均上下連續(xù)。結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的側(cè)向設(shè)計主要受控于地震效應的作用，核心筒作為結(jié)構(gòu)的第1道防線承擔了大部分的水平地震作用和風荷載，外圍框架組成結(jié)構(gòu)的第2道防線，并按相應比例承擔其余的水平地震作用和風荷載。

4、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要目標在于安全目的、適用目的、耐久能力、經(jīng)濟水平和施工可行性等方面適合高層建筑規(guī)劃的要求和人們對高層建筑的需要。因此，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中要根據(jù)相關(guān)的標準和規(guī)定，對高層建筑結(jié)構(gòu)的布局、經(jīng)濟性、構(gòu)造特點等關(guān)鍵環(huán)節(jié)進行控制，探尋出進行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)要點，當前應該做好的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點有如下幾點：

4.1合理選擇結(jié)構(gòu)體系

一般而言，純框架結(jié)構(gòu)體系抗震性能稍差，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系抗震較好。而剪力墻結(jié)構(gòu)體系與筒體結(jié)構(gòu)具有良好整體性?？拐鹨?guī)范對于各種結(jié)構(gòu)體系的適用高度均有詳細規(guī)定。

4.2多道抗震防線的設(shè)置

在設(shè)計與構(gòu)造上設(shè)置多道抗震防線。如框架結(jié)構(gòu)首先是框架梁屈服，最后底層框架柱的下端屈服破壞。而框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中第一道防線是連梁，在地震作用下產(chǎn)生塑性鉸，而后是剪力墻與框架，充分利用連梁的屈服耗能防止剪力墻底部發(fā)生屈服破壞。

在設(shè)計過程中，控制結(jié)構(gòu)的屈服部位出現(xiàn)在最為理想的耗能部位，做到強柱弱梁，強節(jié)點弱構(gòu)件。充分發(fā)揮出結(jié)構(gòu)的抗震性能。

4.3結(jié)構(gòu)的承載力及剛度應均勻連續(xù)分布

結(jié)構(gòu)的承載力及剛度應均勻連續(xù)分布，避免形成薄弱層及軟弱層。通常而言底層出現(xiàn)相對薄弱會比上部更加不利。目前大部分高層建筑底層通常是大堂空間，因為建筑及使用功能要求：層高高，大挑空導致的部分結(jié)構(gòu)樓板缺失等因素都會導致底層結(jié)構(gòu)相對薄弱，在設(shè)計過程中，應特別注意。

在高層建筑的頂部通常會設(shè)置突出的塔樓。由于高振型的作用及鞭梢效應，對塔樓的承載能力與延性有更高要求?？梢钥紤]采用型鋼-混凝土結(jié)構(gòu)或者鋼結(jié)構(gòu)。

4.4合理的設(shè)縫

對于平面及外形較為復雜的建筑，各結(jié)構(gòu)單元之間可設(shè)縫徹底分開，也可以不設(shè)縫而加強連接。但對于高層建筑，應盡可能的不設(shè)置抗震縫。不設(shè)縫要考慮剛度突變、不均勻沉降帶來的影響。必須設(shè)縫時，縫的寬度除考慮結(jié)構(gòu)在地震，風荷載作用下的側(cè)向位移外，還應考慮由于基礎(chǔ)轉(zhuǎn)動帶來的位移增大的影響。

4.5必要的結(jié)構(gòu)剛度

地震作用下的結(jié)構(gòu)變形包括層間位移及頂點位移兩部分。層間位移主要影響結(jié)構(gòu)的開裂，塑性鉸的發(fā)展以及非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞。頂點位移主要影響結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性，抗震縫的寬度等。因為對于高層建筑而言，基礎(chǔ)的轉(zhuǎn)動會對頂點位移有較大影響，因此基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)必須有較大的整體剛度和抗轉(zhuǎn)動能力。

4.6結(jié)構(gòu)構(gòu)件防止過早出現(xiàn)脆性破壞

在設(shè)計過程中應采取切實有效的措施防止構(gòu)件過早出現(xiàn)剪切、錨固和受壓等脆性破壞。通常而言，應做到“強剪弱彎”。

構(gòu)件的壓應力或剪應力過高都會降低延性，導致發(fā)生脆性破壞，因此要限制構(gòu)件的壓應力及剪應力在較低的水平范圍內(nèi)。約束混凝土可以使其開裂之后仍能保持一定的受壓受剪能力，因此在構(gòu)件可能出現(xiàn)塑性鉸的區(qū)域內(nèi)設(shè)置足夠的約束箍筋可以起到很好的作用。同時，對該區(qū)域的鋼筋錨固也應提高要求。

結(jié)語：

本文結(jié)合某高層商辦建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計實例，從該高層的主體結(jié)構(gòu)抗震超限設(shè)計、地基基礎(chǔ)設(shè)計等方面進行論述，對重要構(gòu)件的細部構(gòu)造采取加強措施，同時通過提高底部加強區(qū)墻體的分布筋配率和約束邊緣構(gòu)件的體積配箍率來滿足延性要求。同時結(jié)合該項目實例，總結(jié)了部分高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點，為今后同類高層結(jié)構(gòu)設(shè)計提供參考借鑒。

參考文獻：

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[2]曹彬，李銘.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中剪力墻結(jié)構(gòu)的要點分析[J].中國建筑金屬結(jié)構(gòu)，2013（22）：65.