某高层综合楼的结构设计

摘 要：本文结合某高层综合楼结构设计实际分析，对高层建筑结构设计中的地下室结构设计及上部结构设计等方面进行了相应的探讨。

关键词：高层建筑；地基基础；地下室；地震力；结构设计

引言

某高层建筑总建筑面积约19703.88m2，大楼主楼由两栋11层高层建筑和一层综合用房及一层地下室组成，住宅塔楼建筑高度37.2m，地下室长62.95m，宽60.4m。塔楼采用剪力墙结构。该地区抗震设防烈度为7度，基本风压0.4kN/m2。设计时间为2008年。

工程场地地层自上而下依次为人工填土，淤泥质粉质粘土、粉细砂、粉质粘土、强风化安山岩和中风化安山岩。地下水类型为赋存于人工填土和粉质粘土中的上层滞水和赋存于粉砂中的潜水，其中粉砂为主要含水层。地下水主要来源于大气降水、地下水渗透及附近河水渗透。钻探揭露水位在自然地面下1.0～4m，水位随季节变化。地基土类别属中软场地土，建筑场地类别II类，场地为稳定场地。

1 基础方案

根据地质资料以及建筑物结构形式，采用预应力混凝土管桩基础，持力层为强风化安山岩，按端承摩擦桩设计。因现场土层较为复杂，桩基施工时应做好下列工作：

（1）部分桩须穿透淤泥质粉质粘土，故现场须做好配桩工作，使管桩接头避开淤泥质土层。

（2）部分桩须穿透较厚粉细砂土层，因此在具体施工前必须做好试桩工作，并选择较大吨位的压桩机械进行施工。

（3）因桩端持力层是强风化岩，为防止桩端滑移，须在桩端加桩尖。

（4）为防止桩端土预水软化，丧失桩端承载力，须在桩端浇筑一定量的混凝土进行封堵。

2 地下室设计

2.1 结构超长处理措施

地下室为1层，建筑面积约3188.54 m2，地下室平面尺寸长62.95m，宽60.4m。从建筑的功能、结构整体性及防水等方面考虑，不设伸缩缝，仅以后浇带的形式将之分成四部分，见图l。

图1 主体布置平面图

为减少温度变化和混凝土收缩产生的影响，在设置伸缩缝的同时，还采取以下措施：

（1）±0.000平面楼板均加大板厚为180mm，配筋采用双层双向。

（2）A塔、B塔及群楼的屋面部分均采用双层双向钢筋加强，同时采用抗渗混凝土。

（3）混凝土内掺适量的减水剂和膨胀剂。

另外，地下室底板、地下室外墙因考虑堆土压力、水压力及水浮力，板及墙体配筋均为双层双向，配筋足够强，可增强混凝土的抗裂能力。

2.2 抗浮设计

群楼部分结构因其自重小于地下水浮力，故桩基设计在考虑承重的同时，还考虑抗拔。采用单节管桩抗拔，桩长15m，桩径Ф500。单桩抗拔承载力设计值为300kN，工程抗拔桩在水位低时，承受上部结构自重及活载。需考虑抗拔的桩共159根，最大水位时，基底承受的水压力为31.5kPa。

3 上部结构

3.1 结构型式

高层建筑随着建筑物高度的增加，水平荷载迅速增长，为抵抗水平荷载及控制水平荷载引起的变形，要求建筑物具有足够的抗侧能力。剪力墙结构体系具有很大的侧向刚度，能承担相当大的水平荷载，且结构水平位移小。高层建筑在建筑功能上，要求结构隐梁隐柱，采用剪力墙结构，能较好地满足这一要求。

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2002）A级高度全部落地剪力墙结构在7度设防时最大高度为 120m，采用较多短肢剪力墙时，该高度应适当降低。工程塔楼建筑总高度37.2m，采用剪力墙结构体系，符合规范要求。

从以上方面考虑，塔楼采用剪力墙结构体系，剪力墙全部落地至基础。由于建筑上设计为弹性可变住宅及外墙开窗的要求：剪力墙布置受到约束，部分剪力墙截面高厚比在5～8之间，即成为短肢剪力墙。对短肢剪力墙，可采用提高抗震等级，控制轴压比，增加配筋率来提高抗震性能。

为避免竖向刚度突变，地震时因塑性变形集中效应产生过大的层间位移而导致结构破坏，低层裙房与主楼之间设置防震缝，±0.000以上完全脱开。裙楼采用框架结构。

3.2 抗震概念设计与结构布置

高层建筑结构计算在很大程度上是一种校核验算。上机计算前，结构构件的布置及截面尺寸都应事先确定。由于结构构件布置及构件尺寸对地震作用影响很大，因此，布设时首先要考虑抗震概念设计的要求。工程主要从以下几方面考虑：

（1）工程塔楼建筑平面在抗震概念上属凹凸不规则平面，为减少地震作用的不利影响，防止抗震薄弱部位过大的应力集中和塑性变形集中，采取以下措施：楼层平面凹口处加强梁、板配筋，板配筋按双层双向配置，并增设拉结板、拉梁。拉结板厚120，配Ф12@200双层双向钢筋网。部分拉梁从建筑上考虑隔层设置。另外，在程序计算时考虑扭转耦连影响，并按弹性楼板假定进行验算。

（2）由于建筑物自重的增加会引起地震作用的增大，从这方面考虑应尽量减少结构的自重。减轻自重主要从以下几方面考虑：①填充墙采用轻质墙体；②竖向构件采用较高标号混凝土提高强度，以减少墙体厚度，从而减轻自重；③竖向构件变截面设计以减少自重。

（3）竖向刚度均匀变化。

（4）裙楼与塔楼之间设置防震缝，±0.000以上完全脱开。

（5）结构的基本自振周期尽量避开场地的卓越周期。

（6）考虑到在增加结构刚度的同时，地震作用也增大，为避免刚度过大而引起工程浪费，在保证承载力以及构造要求的前提下，适当减薄墙体厚度，加大墙体间距。同时也要考虑避免刚度过小而引起位移过大甚至承载能力的不足。

（7）强墙弱梁原则，避免连梁刚度过大，保证地震破坏时连梁屈服先于墙肢。

通过以上各方面的考虑，再进行程序计算，选取合理的结构布置和构件尺寸。工程塔楼主要结构尺寸：墙厚200mm，沿竖向无变化，楼板采用现浇钢筋混凝土梁板结构，一般主梁高450。竖向构件混凝土标号取C30。