地方設計院設計高層建筑結構體會

熊勇權 史少華

(四川文理學院環境與建筑工程學院，四川 達州 635000)

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地方設計院設計高層建筑結構體會

熊勇權 史少華

(四川文理學院環境與建筑工程學院，四川 達州 635000)

對地方甲級設計院在高層建筑設計中所產生問題的原因進行了分析和研究,結合某高層結構設計實例總結了地方設計院的設計心得，并從勘察準備階段、建筑設計過程、施工階段等幾方面提出了具體的設計辦法。

高層建筑結構，設計，水平荷載

隨著房地產快速的建設發展和人們的生活水平不斷提高，對建筑的要求不再滿足于簡單居住功能，而對建筑的舒適性，藝術性和安全性提出了新的要求。為了滿足人們對住宅的新需求，建筑的高度不斷增高、建筑造型不斷變化，并且結構復雜程度加大，這對我們的建筑設計院提出了更高的要求。然而我們地方甲級設計院由于技術、資金、人員等各方面與省級大院相比還有很多不足，雖然能完成一些高層建筑的結構設計，并取得了一定的設計成果和經驗，但對于不斷提高的建筑要求往往有些力不從心，最突出的就是結構設計人員對相應軟件設計還是比較熟練，可是對高層的受力性能尤其是結構概念設計往往被忽視，從而造成結構布置不合理，在使用經濟上，功能上帶來一定的設計問題，這與我們現在對于建筑達到經濟，安全，美觀的要求還有不小的差距。因此地方設計院要適應新形勢下的變化，從以前只注重構件規范設計向建筑概念設計與構件設計相并重轉變。現以我院設計七十幾米的框架核心筒體鋼筋混凝土結構進行概念設計與構件規范設計相結合作一些探討。

1 高層結構設計特點

對于本次工程設計我院進行了高層建筑設計總體分析，從以下幾個方面考慮：

1)地質勘查是高層建筑設計是否成功的前提，根據地勘報告來確定設計方案，建筑方案設計是整個工程核心關鍵一步，接著通過建筑結構施工圖設計把建筑思想轉化成建筑實體，同時也是高層建筑結構設計優劣的十分重要具體體現。

2)高層建筑由于其復雜性往往考慮很多的方面，首先高層建筑結構方案合理，要滿足結構形式和結構體系的安全要求，并且要滿足經濟合理的要求。其次建筑還要同設備專業(水，暖，電等)相協調，選擇合理經濟的結構，確定建筑結構的方案。最后要考慮建筑結構在施工中的合理性。

3)對高層建筑來說，荷載不僅包括豎向力而且包括水平力(風荷載和地震荷載)，由于高層建筑為柔性體系因此水平力為影響結構內力的主要因素，因此對結構進行受力分析時除計算結構的軸力、剪力、扭矩，彎矩外，尚需滿足高層建筑結構設計規范中的結構層間側移不超過允許值要求。值得注意的是，隨著建筑物高度的增加，高層建筑的位移增加引起側移變大,在荷載作用下產生二次變形不但影響人的舒適度，同時使得建筑物的使用受到影響，并且容易損壞結構構件以及非結構構件。

2 高層建筑結構概念設計

我院對此次工程設計首先進行了建筑結構概念設計，要求在水平及豎直平面的尺寸來確定平面及豎向的各結構構件的大小位置，因此從以下幾個方面考慮：

1)該工程設計地區抗震烈度為6度，建筑高寬比為77/18.6=4.14小于高規允許高寬比h/b≤5，工程所處地區季節溫差大，尤其冬季室內外溫差可達到30 ℃以上，內外溫差會產生溫度荷載使構件產生附加彎矩,高層建筑物考慮溫差影響，對于溫度產生的內力目前采用構造辦法來解決這種問題。在本工程設計中采用加保溫層以及隔熱處理減小溫度差使附加彎矩忽略不計。

2)對于高層建筑平面：結構平面體系應該力求對稱與規則，使結構形心與荷載重心偏差要小，其扭轉可以忽略不計，對于凸凹過大結構要少采用，結構平面最好采用正方形或規則平面。因此本次工程平面設計以對稱長方形布局，同時要求構造措施是強柱弱梁，強剪弱彎。由于建筑要求其第3層為薄弱層，根據規范對于薄弱層等要加強，因此在薄弱層設置了剛性層減少建筑物的側移量，同時我們對3層不設剛性層與設剛性層分別計算側移得出差距4.4 mm，故建議在30層以下的高層建筑考慮可以設半剛性或者非剛性層同時考慮構件抗震的延性的性能以及各種應力對構件的影響。

3)對于高層建筑豎向：由于配筋率改變、截面尺寸、混凝土強度等級等變化，豎向構件在進行軟件計算時要計算豎向構件軸向變形，不考慮軸向變形時則中間彎矩變小，支座彎矩變大,引起結構布局誤差,使其中間結構配筋偏小,因而考慮計算豎向構件軸向變形,使其軸向變形差減小到合理的限度以節約梁的鋼筋。

3 高層結構體系中的受力分析

我院對該工程進行了具體設計，得出以下結論：

1)本工程基礎采用樁基，開始考慮為箱形基礎和樁基礎二選一，計算發現樁基礎更加合理，所以采用41 m整板式鉆孔灌注樁基礎，單樁承載力最大為290 kN，最小為243 kN，以條分倒梁法和我設計院自己開發的計算程序對比：最終確定為混凝土C30的雙層配筋±25@150，板厚2.3 m整板式鉆孔灌注樁基礎。

2)本工程結構在水平力作用下，筒體承受水平力81%，為典型的彎剪型結構。a.軸力：由上到下逐漸增大，底部彎矩最大，四個角柱軸力大，中柱軸力小。b.彎矩：框架柱反彎點位于中間和筒體反彎點在1/3處，底部彎矩最大。c.剪力：由于剪力滯后現象沿框筒高度是變化的，底部剪力滯后嚴重，越往上剪力滯后現象緩和。因此1柱～3柱為C40邊長1 m鋼筋混凝土，四層以上每三層縮10 cm。本工程為規則的結構，設計了8 m的貫通筒體中部的0.2 m厚的剪力墻，框架柱采用相同尺寸，角柱配筋率高于中柱配筋率。

3)結構設計要對數據的輸入和數據的結果有一定的判斷，高規為保證框架柱有足夠的抗剪安全儲備，每層柱總剪力≥max(0.2倍基底總剪力，1.5未經調整的各層框架承擔的地震總剪切力最大值)，調整應在滿足樓層最小地震剪力系數的前提下進行，也就是說樓層的最小判別在先。高層建筑由于層數較多而形成質點自由度增加，但在地震荷載作用下其振型只取3個以下即可。水平力作用下通過樓板系統來傳遞風荷載、地震力到梁到柱，樓板布置對柱和墻會產生直接影響，高層建筑標準層層高為3.6 m，考慮建筑要求梁截面尺寸設計450×550及400×550同時梁加掖增強，樓板為0.1 m厚的密肋梁現澆樓蓋。

4 高層構造及連接要求

1)高層建筑設計人防考慮平戰結合通常配有兩層或者兩層以上的地下室或者人防。地下結構嵌固端設置在何處十分關鍵，考慮嵌固端設置各種情況，把嵌固端設置在地下室的頂板。結合嵌固端下層地下結構和上層框架結構的剛度比，并且根據高規上面兩層，地下一層抗震的等級為7，高層建筑綜合分析抗震縫隙設置和高層建筑結構嵌固端位置的協調。要求柱與梁在嵌固端加構造筋，經計算后地下結構層高3.6 m達到人防規范要求。

2)主樓與裙房的連接問題，為了減少地基差異沉降，可適當對基礎放寬，考慮變剛度調平設計主樓與裙房采用不同的基礎則符合經濟要求，經與建筑設計人員協商，裙房采用天然地基上的筏形基礎，盡管基礎剛度不均勻，但有利于結構內力的均衡，每層主樓與裙房的梁柱分開，但要求進行過渡加強加厚結合處的防水措施，這樣使主樓與裙房可分開減少構件數量及節約造價。

5 結語

地方設計人員在設計經驗與水平還要進一步加強，因此應該經常相互探討、交流，使建筑設計質量得到進一步的提高與發展。

[1]鐘勇華.淺談高層建筑結構設計.中國高新技術企業，2009(24)：106-108.

[2]周定前.抗震概念設計在高層建筑結構設計中的應用.中華民居,2013(5):56-58.

[3]徐 萍.抗震概念設計在建筑結構設計中的應用.工程技術，2011(5):112-114.

The high-rise building structure design of local design institute

Xiong Yongquan Shi Shaohua

(EnvironmentandArchitectureSchool,SichuanUniversityofArtsandScience,Dazhou635000,China)

This paper analyzed and researched the causes of local grade A design institute in high-rise buildings design, combining with the design example of a high-rise structure, summarized the design experience of local design institute, and from the survey preparation stage, architectural design process, construction stage and other aspects put forward specific design methods.

high-rise building structure, design, horizontal load

1009-6825(2015)18-0043-02

2015-04-15

熊勇權(1979- )，男，講師； 史少華(1976- )，男，碩士，工程師

TU973

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