高层综合楼建筑结构设计

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摘要：本文主要对高层住宅综合楼的结构设计进行探讨， 指出结构设计师要全面了解各种结构形式的受力特点、关键部位、关键构件；对一些复杂工程， 分析结构特点， 并有针对性的采取一些技术措施。

关键词：高层建筑；结构设计； 技术措施；

1 工程简要

工程占地总面积是22161m2，总建筑面积为68740m2。其中还包括南北住宅综合楼及东西两侧公建。南楼（B-G座）地上8层，北楼（J-R座）地上8层～10层住宅综合楼均为剪力墙结构，南楼局部设有框支梁。东楼公建（H座）地上2层，为高配套商业用房，框架结构；西楼公建（A座）地上4层，为文化娱乐、健身中心，框架结构。南北楼均设两层地下室，南楼地下2层物资库、平时为汽车库， 北楼地下2层为设备用房， 南北楼地下1层设为自行车库。南北楼中间局部设有地下室，位于地下2层，分单纯停汽车库，其西侧局部从地下2层至地面为水池，框架结构（局部含有剪力墙）。

2 工程特点

此工程整体设计思路是典雅、高级和舒适。建筑立面风格追求古典主义，平面布置讲究高度灵活性，可以居住和办公。为了追求大尺度， 部分户型房间开间达到了12.8m，进深达到14.7m。户型建筑面积在200m2～500m2，顶层带跃层。由于开发商要求功能要多样化、适应性强， 使得建筑设计平面与立面复杂、多变。与一般工程有着鲜明特点，结构设计不利因素相对集中，体系相对复杂，给结构设计带来了很大难度，其结构特点具体体现在以下几个方面：

①高差悬殊（住宅综合楼及汽车库高差达8层～11层）；

②超长混凝土结构（地下2层建筑长度达177m）；

③大跨度楼板（最大板跨12.8m）；

④错层集中（两个部位剪力墙两侧层高分别为218m、3.0m， 楼板层层交错设置）；

⑤不规则坡屋顶（四坡屋项带老虎窗）；

⑥部分剪力墙不能直接落在基础上（主要为南楼折线形外墙）。另外，该工程部分地下室设有人防层、游泳池。

3 技术措施

由于本工程比较复杂， 经过反复论证与综合分析，确定设计原则如下：

住宅整体结构采用了剪力墙体系，墙体厚度300mm到顶， 局部楼电梯间处墙厚为200mm，为了提高结构整体性以及抗侧移刚度，并且可以满足“新规范”对剪力墙厚度的要求。楼板采用大板块现浇预应力混凝土结构。针对本工程结构特点，详细技术措施如下：

①高差悬殊问题。设置两道沉降缝将南北住宅综合楼与中间地下汽车库完全脱开，沉降缝宽度为100mm， 缝内用粗砂填实。

②结构超长问题。地下1层开始设伸缩缝将南北住宅综合楼分成若干单体，缝宽100mm。如果仍有超长的设置伸缩后浇带，后浇带宽800mm，主体结构施工完后两个月用高一强度等级混凝土并加适量微膨胀剂浇灌，附加温度钢筋， 加强施工养护，以解决混凝土结构超长问题。

③大跨度楼板问题。本工程结构最大板块跨度为12.8m×14.7m，根据工程经验确定板厚为280mm。可以先采用普通混凝土结构经过详细计算，在较大配筋率（0.65%）情况下承载力极限状态可以满足，混凝土相对受压区高度ξ（0.14）不超限。但是正常使用极限状态下裂缝宽度验算为ωmax =0.35mm，超过限值ωlim=0.3mm；板块最大挠度为f=0.0698m，远远超出限值[f]=0.043m，无法满足正常使用极限状态下裂缝宽度与挠度验算的要求。

经过分析和比较，认为配置预应力钢筋是比较合理的， 配筋率比较经济，挠度和裂缝问题均很好解决， 并且还可达到建筑上灵活设置隔墙、家庭办公等要求。另外， 在板块上部中间部位增设温度钢筋， 以提高楼板抗变形能力。

④楼板错层问题。由于是开发商特殊要求， 此工程两个部位出现了错层集中现象， 剪力墙两侧层高分别为218m、310m，为Q、R座中间墙，J、K座中间墙。这样就使楼板层层都交错，而且错层部位楼板高差不一致，如图1。

楼板起到传递与分配水平力的作用， 楼板错层导致局部应力集中和剪力墙平面外、平面内短墙受弯等情况，对结构十分不利。

详细处理措施如下： 加强错层部位剪力墙厚度，将此部位剪力墙厚度调整为400mm，以提高剪力墙平面外刚度；剪力墙抗震等级提高一级，剪力墙分布钢筋配筋率提高到0.5%，并适当增加暗柱数量和配筋等。在结构计算上采用弹性楼板假定。

⑤坡屋面问题。因建筑立面要求，屋顶做成不规则坡屋面形式，水平跨度都在10m～1218m左右。下部为300mm厚剪力墙结构，用层高限制，无法设置托柱梁，更不宜在屋脊交点位置楼板上设置立柱，形成不了框架结构，所以这种不规则坡屋面给结构设计造成很大困难。

经多种结构形式的比较分析、反复试算，确定使用空间钢架方案来解决，即在屋顶沿屋脊位置、窗间墙位置设置斜柱， 柱截面高度与墙厚相等为300mm，柱截面宽度确定为600mm， 并在屋顶部设置水平拉梁以构成空间钢架，如图2。很好地布置满足了建筑上丰富立面的构思，又可以减轻结构自重，圆满地解决了工程问题。

⑥框支梁问题。因为南楼地下2层有一部分为汽车库， 采用了大柱网框架结构布置。住宅部分是从地下1层开始，其部分外墙（南侧外墙） 不能落到基础上，而且外墙沿几条轴线布置， 走向形成折线外形。轴线间距在各个部位都不等，大部分都为2000mm。结构处理方式采用了框支托梁，把整个折线形外墙托起，以承担竖向荷载并传递水平地震力。经计算采用1000mm高度没有问题， 宽度各个部位有所不同，大部分为2500mm。

4 结构计算

采用了中国建筑科学研究院PKPM工程部编写的《SAT-WE》程序计算。

5 结束语

近年来，我国的高层建筑建设发展迅速。但从设计质量方面来看，并不理想。在高层建筑结构设计中，结构工程师不能仅仅重视结构计算的准确性而忽略结构方案的具体实际情况，应作出合理的结构方案选择。高层建筑结构设计人员应根据具体情况进行具体分析掌握的知识处理实际建筑设计中遇到了各种问题。