關于高層辦公樓建筑結構設計研究

劉芳

摘 要：21世紀我國的科學技術取得飛躍式的進步與發展，這是眾所周知的，目前我國人民的生活水平已經有了很大程度的提高，這在很大程度上促進了我國建筑行業的迅猛發展，與此同時，隨著人們生活品位的提升，對于建筑空間的提升以及安全性能的要求越來越強烈，為此，本文就高層辦公建筑結構設計進行了具體分析，以便于對以后的建筑工程事業提供借鑒和參考。

關鍵詞：綜合建筑；高層辦公樓；結構設計

中圖分類號：TU97 文獻標識碼：A

目前隨著城市化進程的發展，對建筑的造型和功能提出了較高的要求，一些高層酒店、辦公樓這一類的建筑在設計時需要設置通高的共享空間，或者是局部設置通高的綠化空間，而傳統的建筑結構設計方法無法滿足其功能需要，為此，這就需要結構工程師在此基礎上進行具體分析，妥善處理，從而保證建筑物的安全性及、可靠性。本文作者主要就高層辦公樓建筑結構設計進行了分析與探討。

一、研究背景

當前經濟背景下，我國的科學技術取得飛躍式的進步與發展，進而也在很大程度上推進了我國的城市化建設進程，尤其是伴隨著我國人民的生活水平的提高，更進一步地促進了我國建筑行業的迅猛發展，此外，由于現代人們對生活品位要求的上升，不僅對建筑空間的要求有所提升，同時對建筑的安全性及可靠性的要求越來越高。而傳統的建筑結構設計方法無法滿足其功能需要，為此，需加以重新設計，確保其設計的科學性、合理性、規范性以及經濟性，由于傳統性結構難以實現其要求，加上結構設計本身受力復雜、為此，必須要對建筑結構的功能各個方面出發充分考慮合理設計，從而提高建筑物的安全性及、可靠性。

二、普通高層辦公綜合建筑結構設計要點

1 主體結構

對于主體結構的設計主要考慮到其結構類型、結構的適用范圍以及基本尺度，以下作具體的分析與說明：

首先是框架結構，一般而言，框架結構主要用于50m（10～12層）高度以下的辦公建筑以及高層建筑。因此，在進行框架結構的設計時需要注意以下幾點：

一是要確保框架結構傳力的直接性以及對稱的均勻度，同時，為了方便于地下室的有效布置和經濟性，柱網尺寸選擇7.4m～12m為宜，這也是最為常用的高層柱網尺寸，同時，為了保證上部分商業區域的設置與布置，確保其良好的景觀視野和柜臺布置，小柱網控制在5m～6m為宜；

二要從結構角度講，柱網的尺寸可以適當放大，但是結構的上下不需要傳力直接或者是轉換，為了更加有利于框架梁鋼筋的抗震錨固，框架柱的斷面適當放大，與此同時，為了達到更好的經濟效果，促進施工速度的加快，確保框架結構剛度的合理性，可以適當減少框架柱的數量；

三是對于框架結構本身而言，為了保證其整體的穩定性與抗側能力，這與自身結構密切相關，為此在設置前期，合理確定柱斷面，斷面尺寸不可以過小，控制垂直荷載下的軸壓比（通常即為斷面壓應力與混凝土抗壓強度之比）具體的數值為：角柱0.65-0.75，邊柱0.7-0.8，中柱0.75-0.85。

其次是簡體稀柱框架結構，該結構是近年來一種具有發展前景的框架結構體系，其主要由周邊稀柱框架和中央核心筒構成，也近10年發展起來的，國外多采用鋼結構，核心筒與鋼框架的鋼梁上、鋼往采用混凝土組合，周邊鋼柱用鋼梁鉸接支承，而周邊的稀柱外框筒與核心筒協同工作，若是剛度不足時，避難層與設備層可以加設外伸剛臂，并與其共同工作，且具有一個明顯的優點就是可以降低施工成本，減少勞動力，加快施工進度，但是也存在著一個明顯的優點，就是樓面梁鉸接的共抗側作用未能及時有效發揮，這樣，忽視了建筑整體的合理性，只保證了某個構件以及局部的合理性，不僅會影響到建筑的使用標準，而且層高過高，會降低平面的利用系數，最終導致整體造價提升，為此，在實際應用中，需要通過綜合考慮，堅持合理的設計思想，選用合理的設計方法，使得每一個構件的作用得到發揮，并保證其協同作用，既可以保證整體空間的抗側能力，而且可以設計出一個優秀的作品，具體如圖1所示。

第三是剪力墻結構。建筑工程中，剪力墻結構主要適應于高層住宅，尤其是利于家具的分隔與布置，而且具有較好的隔音、防盜、防火、分戶功能，根據大量工程實踐研究發現，剪力墻在大開間分戶墻的應用，既可以承受水平荷載，又可以承受垂直荷載，間距約在6m～8m左右，可以說是一種比較可行又實際的結構布置，而對于高層公寓住宅而言，其自重只相當于其一半左右，加上小開間用墻多，自重大、施工困難，平面不靈活，有害無利，結構剛度大，用鋼量增加，目前已經被歷史所淘汰。

2 樓層蓋結構

對于樓層蓋結構的設計分析同樣也從三個方面出發，即類型、基本尺度和適應范圍，以下具體說明：

（1）梁格布置和樓層面板。

高層建筑樓層蓋為了保證其自身的穩定性與水平性，需要水平面保持應有的剛度，尤其是對于現澆鋼筑混凝土結構，同時，可以改善樓板隔聲防震效果，更為主要的是方便于電氣設備的走線和埋管，一般情況下，板的厚度要求保持在8cm～10cm為宜，若是立足于工作的經濟角度，梁格布置的距離以3cm～4cm為宜，尤其是對于高層建筑結構，斷面、構件（柱、墻、簡體）均相對較大，在水平溫差的影響下，梁板會有相對較大的收縮應力，加上板厚些，為此，可以根據需要適當配置貫通分布鋼筋，以防止地面裝修破壞，提高整體樓層剛度，控制裂縫的發生。對于梁格的布置，要求在樓層面結構的設計中盡可能使其傳力直接，為了提升室內的空間質量，要保證梁格布置與建筑內隔墻之間的對齊與有機統一，當存在著一定的困難時，可以采用預應力跨度厚平板，適應使得梁的間中擴大，此時，板厚預應力取值L/40-L/50，其中，L則為板的短向跨度，另外，隨著板厚的的增中，室內凈度也會加大，層高則減小，根據經濟效益分析，其具有可行性。

（2）梁的運用。

隨著現代社會生產的發展以及建筑技術水平的提升，人們對建筑空間要求不斷提升，主要表現為對空間靈活性和景觀視野的提升，因此，在這種情況下，樓面梁跨度要適當加大，但由于樓高不允許，因此，這就成為一個關鍵的問題。在實際應用中，可以考慮以下方面：

一是為了保證建筑層高的合理性，要保證配筋合理以及梁自身的高度，豎向結構相應加大，會導致成本的增加，為此，可以在其中應用扁梁或者是寬扁梁，保證其強大的生命力，不僅可以降低結構成本，具有良好的經濟性，而且可以保證很好的穩定性；

二是從抗震角度講，由于高層建筑與多層建筑之間有著很大的不同，為此，必須要考慮其整體結構的抗側剛度，包括支撐、剪力撐、筒體、剛臂等，并且可以適當增加剛度，確保結構的總體剛度、穩定性以及抗側力。

另外，要確定抗震等級，帶地下室的建筑，當地下室頂板作為上部結構的嵌固端時，此處的樓層部位在地震作用下屈服時將影響到地下一層，因此地下一層的抗震等級應與上部結構相同；與主樓相連的裙房確定抗震等級時，除應按本身考慮外，還不應低于主樓的抗震等級；若框架部分承受的地震傾覆力矩大于結構總傾覆力矩的50%，該部分已不能被視作次要抗側力構件。

結語

總而言之，現代生活要求高層辦公樓設計要更加合理、科學、舒適，要有較大的靈活的自由空間，通過剪力墻設計，提高其抗側強度，滿足建筑不同的使用要求，減少地震荷載、風荷載，提高結構的抗震能力，并且區性設計過程中，充分考慮建筑的使用功能和結構合理性，合理布置剪力墻、柱、框架梁，有效地滿足水平和豎向荷載。

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