结合实例浅谈高层建筑结构设计

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摘要：随着城市人口的不断增加建设可用地的减少，高层建筑继续向着更高发展，结构所需承担的荷载和倾覆力矩将越来越大。文章结合某工程实例对高层建筑结构设计加以探讨。

关键词：水平荷载；地基处理；主体设计

中图分类号：TU318文献标识码： A 文章编号：

0引言

随着社会的发展和科技的进步，高层建筑目前在我们的城市建设当中所占的比例是越来越大，而建筑结构设计方面的变化也越来越多，很多新兴的结构设计方案以迅猛的速度呈现在我们的城市建设中。建筑类型与功能越来越复杂，高层建筑的数量口渐增多，高层建筑的结构体系也是越来越多样化，高层建筑结构设计也越来越成为高层建筑结构工程设计工作的难点与重点。面对如此形势，应该把高层建筑的结构设计放在首位加以研究。

1工程概况

某高层建筑总长60.8m，总宽19m，总高64.20m。地上十五层，地下一层。地下室层高7.4m（含局部设备夹层层高3.2m），一二层层高5.1m，三至十二层层高3.9m，十三至十五层层高4.5m。其中一至十二层为办公室，十三层至十五层为实验室，地下部分为车库和设备用房。总建筑面积18182.26m2，建筑占地面积2130.40m2。此建筑设计使用年限50年，为二类建筑，建筑耐火等级为一级，屋面防水等级为二级，地下室防水等级为二级(配电室为一级)。

2自然条件及地质情况

本工程场地地震基本烈度7度，设计基本地震加速度0.10g，设计地震分组第一组，建筑场地类别Ⅲ类。50年遇基本风压0.60kN/m2；场地标准冻深0.68m。场地地基土自上而下可划分为5层，从上至下依次为素填土，层厚2.4～5.5m；粘土，层厚1.5～3..m；淤泥质土，层厚29～35.3m；强风化泥岩，层厚4～6m；中风化泥岩，层厚4～5m。地下水稳定水位标高为425.6m至425.9m，地下水对混凝土及混凝土中的钢筋具弱微腐蚀性，场地为非自重湿陷性场地，地基湿陷等级为Ⅰ级(轻微)，湿陷性分类乙类。按非液化场地设计。场地地基分布有厚29～35.3m的淤泥质土，其天然含水量高，孔隙比大，属高压性、中等灵敏～灵敏的欠固结软土，遭遇强烈地震时，会导致软土的震陷，故场地属建筑抗震不利地段。

3高层建筑结构设计特点

3.1 水平荷载成为决定因素

一方面，因为楼房自重和楼面使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与楼房高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩，以及由此在竖构件中引起的轴力，是与楼房高度的两次方成正比；另一方面，对某一定高度楼房来说，竖向荷载大体上是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。

3.2 轴向变形不容忽视

高层建筑中，竖向荷载数值很大，能够在柱中引起较大的轴向变形，从而会对连续梁弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩值减小，跨中正弯矩之和端支座负弯矩值增大；还会对预制构件的下料长度产生影响，要求根据轴向变形计算值，对下料长度进行调整。

3.3 侧移成为控制指标

与较低楼房不同， 结构侧移已成为高楼结构设计中的关键因素。随着楼房高度的增加，水平荷载下结构的侧移变形迅速增大，因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。

3.4 结构延性是重要设计指标

相对于较低楼房而言，高楼结构更柔一些，在地震作用下的变形更大一些。为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，避免倒塌，特别需要在构造上采取恰当的措施，来保证结构具有足够的延性。

4地基处理及基础形式

为了提高地基承载力，且场地地基分布有厚29～35.3m的淤泥质土，其天然含水量高，孔隙比大，属高压性、中等灵敏～灵敏的欠固结软土，在大面积填土的荷载作用下，会发生软土的固结沉降。对地基淤泥质土层进行软基处理，以防建筑物室内外地台面因地基不均匀沉降而发生沉裂。

根据场地地质情况及墙柱内力大小，采用混凝土预制桩基础。场地地基软土层淤泥质土厚度巨大，地面荷载将引起淤泥质土沉降，当桩周土层产生的沉降超过基桩的沉降时，基桩承载力考虑桩侧负摩阻力。

另外，由于此建筑主楼与门厅、地库重量相差较大，为了减小两部分之间因不均匀沉降所引起的上部结构间的内力，在与主楼相连的门厅处从基础至顶层设置沉降后浇带，后浇带采用比相应结构部位高一级的微膨胀混凝土，施工期间后浇带两侧构件应妥善支撑，并且要在两侧结构单元沉降基本稳定后再进行浇筑，这是兼顾经济利益与施工工艺的有效措施。

5结构主体设计

5.1结构选型

根据《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223- 2008 规定，本建筑抗震设防类别为标准设防类（丙类）。考虑到主楼一层大厅为双层中空，建筑功能布局多为开敞办公区、视频大会议室、监控室等大空间以及建筑外形要求美观、大方等方面因素，故本建筑主体部分采用钢筋混凝土框架———抗震墙结构形式，这种结构体系兼顾了框架结构和抗震墙结构的优势，既能使房屋空间布局灵活，又能使高层建筑结构满足较大刚度的要求。具体做法是在建筑电梯井筒及楼梯间四周布置抗震墙，以及东西两侧山墙分别设置抗震墙，其余部位水平剪力由框架柱和框架梁承担。参照规范规定，结构抗震等级为框架三级，抗震墙二级，地下车库框架三级。

5.2主要荷载取值

楼梯、阳台和上人屋面栏杆顶部水平荷载取0.5kN/m。高低层相邻的屋面，低层屋面考虑施工时临时

荷载取4kN/m2。大型设备按实际情况考虑。地震参数：场地特征周期0.45s，建筑结构的阻尼比0.05，多遇地震水平地震影响系数最大值0.16。

5.3 主要受力构件尺寸取值

除地下车库顶板板厚为250mm、地下一层顶板厚为180mm外，其他各层楼板厚度均为120mm。

5.4 主要结构材料选取

此外，圈梁、构造柱、挑檐、雨篷及楼梯均采用C30混凝土。主要用于基础梁、板，墙和柱以及楼面梁的纵筋选用HPB300、HRB335、HRB400 级钢筋。标高正负零以上填充墙采用加气混凝土砌块，容重≤6.5kN/m，标高正负零以下墙体采用MU10 粉煤灰砖，其余内隔墙均采用轻质隔墙，其重量不应大于1.00kN/m。标高正负零以上采用M5 混合砂浆，标高正负零以下采用M7.5 水泥砂浆。结构中所采用的型钢、钢板和钢管均采用Q235- B级钢。

5.5 计算软件及计算依据

本工程计算使用程序为中国建筑科学研究院开发的建筑结构三维设计与分析软件SATWE。计算依据为建筑条件图及《混凝土结构设计规范》GB50010- 2010、

《建筑抗震设计规范》GB50011－2010、《高层建筑钢筋混凝土结构技术规程》JGJ3- 2010、《建筑地基基础设计规范》GB50007－2011 等国家相关规范。

5.6 计算结果分析

（1）位移比

基于刚性楼板假定，考虑偶然偏心的条件下，最大位移与层平均位移的比值：X 向为1.17，Y 向为1.16；最大层间位移与平均层间位移的比值：X 向为1.05，Y 向为1.21。位移比超过1.2，需要考虑双向地震作用，在进一步施工图设计中对结构构件进行优化。