超限高层建筑结构设计探讨

摘要近些年来，高层建筑的设计中出现了很多超限的问题，根据新修订的建筑规范，通过应用软件SATWE和ETABS,对某超限的高层建筑分析和设计结构。得到了其结构在多次遇到地需用震的情况下其位移和内力的结果，本论文将会讨论一些不规则的结构以及由此发生的抗震问题，并提出一些解决办法。并且还采用以下两种软件对该建筑的数据进行计算，并比较。本论文涉及的方法可以供超限的高层建筑在设计时参与。

关键字超限高建筑结构设计方法对策

中图分类号：TU97 文献标识码：A 文章编号：

随着建筑结构的体系、体形日趋复杂化和多样化，建筑的在重视实用性的时候，也越来越重视其精神功能。所以在目前的高层的建筑设计中，一些规则的设计往往比较难中标，超限的工程也越来越高。超限的高层建筑主要是指超出目前的相关技术标准以及规范所规定的高度，其体形与传统的相差较远的一些高层建筑工程。新修订的建筑规范对超限的高层建筑提出了比较明确的要求。本论文将以某项超限高层建筑的结构设计为例进行剖析。

一、某超限高层建筑的工程概概况

该超限高层建筑位于某开发新区，是一幢办公大楼，具有现代建筑风格的特征。图人给出的是其的正立面图以及透视，图２给出的是各层的平面简图以及南立面图。

图１正东立面图及透视图

图2平面简及南立面图

根据图1和图2，我们可以知道这幢大楼的结构平面是一个带有切口的椭圆，其主体结构有地下室一层，地上的主楼有10层。主楼的平面呈现出半个小椭圆形，大约高为51米，从第8层起渐渐收进；楼顶部具有一装饰的小塔楼，这座小塔高约为60米。两侧有裙房四层，分布在南北两侧，大约高为20米，与主楼连成了一个整体。

如上图2所示，地下室层是一个坚固的大底盘；钢骨的混凝土天桥既可以加强主楼，也可以作为南北两侧裙房的连续接板；第五层的中厅其玻璃天栅的两侧设有水平支撑的钢桁架，南北两侧的裙房由空间钢管的杄架进行连接。裙房和主楼之间存在着一竖并向局部收陇，收陇的尺寸大于是相邻的下一层水平尺寸的四分之一。

整个超限高层建筑采用的是现浇钢筋土的框架作为剪力墙的结构。局部采用的是钢骨的混凝土以及钢结构，其基础，采用的是桩筏基础，其桩型采用的是预制的混凝土方桩，楼盖采用的是现浇梁板。该建筑物的安全等级是二级，预计可使用年限是50年，重要性为丙类，抗震的列度为七度。属于Ａ级高层建筑。

二、该超限高层建筑的特点以及难点

该工程的立面和平面比较独特，其特点主要有以下几点：

（１）平面呈现出不规则的凹凸。正面入口处的凹进尺寸与相应的投影方向的总尺寸还要大30%，属于平面规则性的超限。

（２）该建筑的楼板出现了局部不连续的情况。图2所示的第二层到第四层，其洞口的宽度比该层的楼板宽度要大一半，这属于平面规则性的超限。

（３）侧向的刚度不规则：比如说南立面图，结构竖向收进的水平比相邻的下层还在大四分之一。当然也可以看成是裙房与地下室形成的一个大底盘，上部收进的是单塔建筑，这属于竖向的规则性超限。

（４）局部抽空的柱子：南侧的裙房第四层是大会议厅，抽取的柱子形成了局部的大空间。

（５）伸缩缝的间距超限：主楼长为95米，超过了规范的伸缩缝的最大间距。

三、该超限高层建筑的结构设计以及措施

１、结构设计

对于结构布置比较复杂、体形也比较复杂的高层建筑，应该至少选择两个不同的力学模型进行结构分析，并进和整体计算。本论文中采用的是SATWE 和ETABS 软件。ＳＡＴＷＥ是利用空间结构的模型，楼板主要是采用符合实际情况的全弹性板进行计算。ＥＴＡＢＳ主要是利用空间开，板主要是利用具有面外和面内刚度的壳元模型进行计算，剪力墙采用的是能做出准确反应翘曲和氛围的空间膜元以及边柱元的模型来进行计算。因为本建筑的体型并不规则，所以计入了在双向水平的地震的作用下，对该建筑所产生的扭转影响。故采用考虑扭转耦联的振型分解反应谱法, SATWE 振型数取21, 有效质量参与比大于90%，屋顶的小塔楼其鞭梢效应也进行了反映。ETABS 在进行模态组合时亦采用CQC 法, 它考虑了扭转与密集模态的耦合;而且它能够考虑其动力荷载的分布。

２、该超限高层建筑剪力墙的布置

在设计的过程中，较为关键的是剪力墙的长度、数量、布置的位置以及厚度。因为该建筑受到了平面布置的局限，只能利于电梯井、楼梯间、隔墙以及设备井作为剪力墙。经过多次的调整，最后像图３所示，形成了五个筒体，因为增强了结构抗握的刚度；并使该结构沿着两个主轴的方向的侧向比较相近；剪力墙的间距大绝迹35米，满足了规范的要求。图中没有标明楼板的百度，其为120，墙厚大约为300，局部墙以及底的厚度为350，筒体的内墙厚度为250；地下室的顶板厚度大约为180，可以作为嵌固端。

由于南北的裙房与主楼的连续比较弱，平面也不规则，为了发送裙房和主楼的连接部位的受力善，在南北两侧的裙房之间增加了墙体。

３、抗震的设计和构造的措施

针对以上所描述的工程特点，主要采用以下措施：

（１）提高了地下室到第四层结构的混凝土的强度等级，标为Ｃ35，并提高了该混凝土的配筋率，第五层及其以上采用了是Ｃ30.

（２）加强了大底盘：将地下室的顶板加厚到了180毫米，采用了双向双层配筋的方法，提高了配盘率；同时加厚地下室的外墙，沿着西侧的主楼外圈轴线增设了地下室的内墙，并加强了地下室的结构的楼层刚度，使其大于或等于相邻的上部的楼层刚度的两倍。如图4所示：

（３）加强洞口周连年构件以及结构的构件：将洞口周围的楼板加厚到了150毫米，采用双向双层的配筋方式，在凹口的地方增设了厚拉板，厚度为300毫米。如图2.3所示。采用的是钢骨混凝土，同时尽最大可能将钢骨延伸到主体的筒体上，然后加强锚固。这些部位起着非常重要的作用，他们将裙房和主楼连成一个整体，感情用事限制着其扭转。

（４）加强了立面收进层（第四层）楼盖厚度，将其提高为150，也提高了其配筋率，同时加强其收进部分的构件。为了增加该建筑的延性不适当地提高了配筋。

（５）由于南侧的裙房第４层的大厅罐子取了三根中柱，所以在此处采用了型钢混凝土梁来增加其跨度，加厚了该楼板，达到了150，同时采用钢筋混凝土来组合楼面。

（６）图2所示的第五层平面简图中，中厅的玻璃天棚选择了铰椄钢梁同时在其两侧增加了水平支撑，加强了第一层到第五层的竖向构件，保证了结构的整体配合工作。

（７）加强了南侧和北侧裙房之间的相互连接：在图2中，第五层的平面简图采用了空间钢管桁架将南侧与北侧的裙房进行了刚性连接，而且与中厅的天棚钢桁架相连接，从而减小了裙房的扭转和偏离的趋势。

（８）不设伸缩缝和沉降缝。提高了每层楼板的构造配筋，而且在收缩应力以及温度比较大的板区内没有配筋的表面布置了温度收缩钢筋。这样就可以避免以后的设备设计以及结构上的很多困难。

四、结束语

该超限高层建筑因为其独特的立面、平面的建筑设计而中标了，但是也因为其平立面的不规则性也给该设计增加了很多困难。为了保证该超限高层建筑的功能以及造型这两个方面的要求，对楼板的厚度、梁柱的截面、剪力墙的布置、局部的位置以及材料进行了多次调整。最终确定了本论文所描述的结构方案。通过本论文对超限高层建筑结构方案的实现，为合理地设计不规则的平立面的超限高层建筑提供了一些新的思路。而且本设计已经通过了抗震的审查。

参考文献

[1]董金梁. 上南花苑城D 区平面不规则高层建筑结构设计[J]. 建筑结构, 2002, 32(4) .

[2]混凝土结构设计规范( GB50010 2002)[M]. 中国建筑工业出版社,2002.

[3]高层建筑混凝土结构技术规程( JGJ3 2002, J1862002)[M] . 中国建筑工业出版社, 2002.