浅谈某工程的结构设计及结构超限对策

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【摘要】通过具体工程实例，详尽介绍高层建筑结构设计的超限情况，结构布置，结构计算分析，提出解决复杂高层结构超限的对策，并采取合理构造措施，可供同类工程项目提供参考。

【关键词】结构超限；平面不规则；竖向不规则；结构薄弱层；抗震设计；构造措施

1 工程概况

工程总建筑面积为86326m2。建筑物地上高度为90.3m，地下－9.6m。主楼为“L”形布置，由A、B、C三个塔楼组成，其中A栋为28层住宅，位于西端；B栋为17层住宅，位于西南；C栋为17层住宅，位于东南；地下负一层为教师职工配套的商业未来街市，地下负二层平时为停车库，战时部分兼作六级人防地下室，首层至三层为商业性用房。

2主体结构设计

1. 结构型式：根据该工程的建筑使用功能，建筑平面布局，以及立面造型的要求，采用现浇钢筋混凝土框架剪力墙结构体系。

2. 基础形式：该工程采用冲孔灌注桩，以微风化砂岩为桩端持力层，实际有效桩长12～25m，电梯间部位设多桩承台，其余为单柱单桩。因为本工程设有两层地下室，为了减少桩深度及降低工程造价，施工时是按先做基坑支护，进行大面积开挖至地下室底板标高负9.60m处，然后再进行冲孔桩施工。桩经及单桩承载力标准值如下表：

冲孔灌注桩表

3主要构件截面尺寸

3 结构计算

a) 结构计算软件，根据本工程特点采用中国建筑科学院研究院编制的《多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件》（墙元模型）－SATWE程序进行计算分析。

b) 结构计算的参数取值。

① 扭转耦联，分别考虑单、多塔扭转耦联抗震计算。

② 周期折减系数，A、B、C栋均为住宅，填充墙较多，框架剪力墙结构，折减系数取0.8。

③ 0.2Q0调整系数，由于本工程转换层位置在三层，属高层转换，本工程取0.3。

c) 计算结果

SATWE软件计算结果汇总表

从计算结果来看，结构平动周期比较合适，扭转效应影响不大，各层的层间位移角能基本满足规范要求，整体受力合理，结构安全可靠。

4 结构超限情况分析

a) 塔楼偏心

因本工程A栋、B栋和C栋三个塔楼呈“L”形布置，根据《高规》10.6.1条“塔楼结构与底盘结构质心的距离不宜大于底盘相应边长的20％”的规定判断，其中，A栋、B栋和C栋与底部裙楼的质心偏心距分别达到49米、39米、37米，由此判别塔楼偏心均超过《高规》的规定，故在设计上采取如下对策：①重新调整底部剪力墙位置，尤其是在远离塔楼的裙楼部分增加布置一部分剪力墙，这样做的好处就是调整裙楼部分的结构刚心。并使其尽可能靠近质心。②由于塔楼偏移过大，在进行结构内力计算分析时，裙楼大底盘部分二至三层均设置了弹性板进行计算。③裙楼各层与塔楼相连的邻跨梁板作了加强处理，裙楼顶部楼板加厚为180mm，并配置通长面筋，从而增强A、B、C三栋塔楼的变形协调能力。

b) 平面不规则

建筑内部因设有共享空间，自动扶梯，裙楼中间大面积开洞，其二～四楼每层的开洞面积小于大楼平面面积的30％，但楼面开洞尺寸超过楼面宽度的一半，依据《高规》判断，属于楼板局部不连续的平面不规则结构，为此，设计上采取如下对策：①选取合适的计算模型。②选用适合的计算软件，本工程采用《多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件》（墙元模型）－SATWE程序。③采用弹性楼板假定进行整体内力分析计算。④对裙楼大面积洞口周边的梁板进行加强，加厚楼板厚度，加大梁截面，从而增加平面刚度和有利于传递水平力。⑤加强洞口所对应的上一层同一位置处的梁板。

c) 竖向不规则

建筑使用功能要求，裙楼使用上要求大空间，B栋、C栋在第四层平面（裙楼天面层）局部采用框支梁上托剪力墙的转换型式，从而实现了从住宅的剪力墙转换为裙楼的柱子，同时由于C栋上下柱位置不一致，因此在裙楼天面层设置了转换梁，根据《高规》判别，属高位转换，竖向抗侧力构件不连续。设计上采取如下对策：①加强与框支框架相邻的各相关构件。②框支柱采用高强型钢混凝土，混凝土选用C60，以提高其抗震性能。③与框支梁相邻两边各一跨范围内楼板加厚至200mm，并配筋通长底面钢筋。④增加底部剪力墙，调整底部剪力墙至合适位置，减少楼层侧向刚度沿结构竖向的变化。

5 结构上构造措施

a) 严格执行现行国家相关规范，对剪力墙底部加强部位的抗震等级提高一级作构造加强措施，对约束边缘构件的纵向钢筋和箍筋予以特别提高，对剪力墙的水平钢筋及竖向分布钢筋的配筋率作适当提高。

b) 对框支柱采用高强型钢筋混凝土，岁框支梁提高纵配筋率及提高配箍率，以提高抗震性能。

c) 对建筑物外周边，塔楼外周边也和群殴层大面积开洞的周边作适当加高梁截面，加强梁筋构造。

d) 严格控制压轴比，提高结构延性和提高结构整体抗震性能。

e) 严格按照计算结果，对结构薄弱层进行加强，构造上抗震等级予以提高一级。

f) 对大开洞周边的楼板加厚处理，加厚至150mm，配置底面通长钢筋网，对裙楼天面层，即塔楼的嵌固端，其楼板加厚至180mm，对框支梁周边和塔楼相连楼板亦同样加厚至1800mm。

6结束语

由于建筑使用功能的要求，建筑平面布置，往往会造成结构楼板的不连续（平面不规则）和竖向抗侧力构件不连续和高位转换（竖向不规则），塔楼偏心，对建筑抗震极为不利。为了能更好地解决高层建筑结构超限问题，提高结构整体抗震能力，最终保证建筑物结构安全可靠，笔者认为设计上一定要坚持一下五点做法：①合理的概念设计。②合理的结构选型。③建立符合实际的力学模型。④选用合理计算软件。⑤采取必要有效的结构构造措施。通过本工程结构设计实例，可为同类工程设计提供参考作用。

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