浅析高层建筑工程结构设计方法

摘要：目前城市高层建筑数量日益增加，建筑内部机构愈加复杂化，对工程结构设计也越来越高。本文结合工程实例，从建筑的结构体系、基础体系结构设计出发，阐述了高层建筑工程结构设计的主要特点，并提出一些设计方法，供类似工程研究参考。

关键词：高层建筑；结构体系；基础体系；设计方法

中图分类号： TU97 文献标识码： A 文章编号：

随着城市化进程的不断加快，高层建筑在城市建设当中所占的比例逐渐上升，建筑的内部结构设计方面的变化愈加明显，许多新兴的结构设计方案逐渐应用于城市高层建筑的建设当中。目前建筑的类型与使用功能越来越复杂，结构体系日趋多样化，对高层建筑的结构设计要求提出了更高的要求。然而，在实际的设计过程中，工程设计人员容易出现一些概念性的错误，影响到建筑工程的建设。因此，如何做好建筑结构设计工作成为了当前工程设计工作的难点和重点。本文通过探讨高层建筑工程结构设计方法，达到提高建筑结构设计的水平的目的，以期充分发挥出建筑的综合效益。

1 工程概况

开平市翡翠名珠G1，G2幢，地下1层，建筑高度57.1m，建筑面积19900m2。抗震设防烈度6度，设计使用年限为50年。

2 结构设计

2. 1 结构主体设计

本建筑主体结构采用现浇钢筋混凝土框架―剪力墙结构体系，剪力墙抗震等级二级，框架抗震等级二级。结合建筑使用功能，作为主要抗侧力构件的剪力墙布置在建筑中部，并形成筒体，筒体周围设框架柱。因受层高及使用功能的限制，地上部分楼层主次梁均沿Y 向布置，以便减小主梁高度，增加使用净高，标准层楼板厚110 mm。本工程结构嵌固端位于地下室顶板，考虑其承受并传递由地震作用产生的水平力，故其板厚为180 mm，板配筋双层双向满布。主要竖向构件截面变化见表1，混凝土强度等级见表2

表1 主要竖向构件截面变化

表2 混凝土强度等级

本建筑结构采用多层及高层建筑结构三位分析与设计软件SATWE( 墙元模型) 进行分析计算，计算结果比较合理并符合现行规范要求，有关结构位移和地震力等电算结果见表3～5。

表3 结构周期

表4 结构位移

表5 底层地震剪力、弯矩、剪重比

2.2 地下室部分

混凝土结构按照规范要求一般长度超过45m～55m即需设伸缩缝，地下室结构更是30m即要求设伸缩缝。但是，这些变形缝的设置，一方面对于防空地下室来说，很难满足现行《人民防空地下室设计规范》(GB50038―2005)第4.11.4条关于“在防护单元内不宜设置沉降缝、伸缩缝”的要求；另一方面，伴随着变形缝的出现往往要设置双梁、双柱、双墙，使得结构变得复杂，工程造价增大，甚至增加了建筑布局和使用上的困难，而且变形缝防水处理较为复杂，易产生渗漏水的现象。因此，我们对该项目超长地下室混凝土结构采用了无缝设计。

新浇混凝土在硬结过程中会收缩，已建成的结构温度变化时会热胀冷缩，当这两种应力分别超过混凝土抗拉强度时就会导致混凝土开裂而形成收缩裂缝或温度裂缝，引起渗漏。在不设置永久沉降缝的情况下，有效控制混凝土收缩应力和温度应力影响是工程设计重点，为了确保地下室结构安全、正常使用，采取了以下措施：

(1)设置纵横向温度后浇带

设置温度后浇带是传统的做法，大约隔30m～40m左右设置1道，以消化收缩变形，减少混凝土收缩产生的温度应力。温度后浇带在其两侧结构施工完成60d后，采用比后浇带两侧混凝土强度等级高一级的微膨胀混凝土进行浇筑。浇筑前应把后浇带内垃圾清理干净，混凝土浇筑过程中要避免新老混凝土结合不紧密，有效处理好后浇带处渗漏现象。

(2)适当提高构件的配筋

①基础底板及地下室顶板的最小配筋率不小于0.3%左右，并采用双层双向配筋。

②顶板梁的腰筋配筋率，控制在每侧0.2%；钢筋“细而密”设置，间距不大于150mm。

③由于地下室外墙养护较困难，受温度影响大，水分蒸发速率大，容易开裂。为了控制温差和干缩引起的垂直裂缝；适当提高墙体的水平钢筋配筋率，控制在每侧0.25%左右，钢筋间距100mm～150mm。

④添加防裂膨胀剂

地下室侧墙及顶板混凝土内添加JM-Ⅲ改进型抗渗防裂多功能增强剂，侧墙和顶板中JM-Ⅲ的掺量为6～8%，后浇带和膨胀加强带中的掺量为12%～14%，施工中也可采用0.8kg/m3左右的聚丙烯纤维代替JM-Ⅲ。

(3)材料和施工质量控制

混凝土原材料采用低收缩、低水化热水泥，控制水泥用量，掺入适当的粉煤灰和外加剂，控制水灰比，控制砂石骨料含泥量和级配，合理选择混凝土配合比。施工应注意控制混凝土外加剂的品种、质量和剂量。

控制混凝土的浇筑时间和浇筑温度，采取措施减少水化热对混凝土构件的影响，确保混凝土振捣密实并加强养护，以减少混凝土收缩和温度应力对结构带来的不利影响。

3 局部设计的几点考虑

( 1) 本建筑的外框架与内筒间距较大，为14. 5 m，框架梁端在内筒处负弯矩较大，按常规做法此梁在筒内宜贯通，以平衡梁端的负弯矩，但建筑设在筒内的楼电梯间以及通风和水专业的管道井均使框架梁不能正常贯通，这样在筒体剪力墙上产生较大的平面外弯矩，为此采取以下措施:

①加大设于筒体墙内楼层处暗梁截面及配筋，形成加强环梁( 见图1) ，通过此环梁，将作用于X 向墙体上的平面外弯矩分别传递到Y 向各墙上；

②与框架梁相交的墙体节点处均设置暗柱，并通过计算配置暗柱内的纵筋和箍筋；

③因剪力墙厚450 mm，按如图2 所示进行改进，增加梁端凸出部分，以便提高梁端在抗震时的锚固。

(2) 为减小框架梁的荷载以便减小梁的截面高度，本建筑的次梁均沿Y 向布置，这样就加大了次梁的跨度，为控制次梁的挠度和裂缝，在结构布置时尽量将次梁在筒体内贯通，形成三跨连续梁，并通过计算配置梁下部纵筋，满足正常使用的要求。

(3) 在设计计算过程中发现，X 向轴，轴与剪力墙相交的框架梁，因在同一平面内的剪力墙刚度相对很大，在地震力作用下，与剪力墙相交部位的梁端配筋均超筋，为解决此问题，设计中采取两条途径分别计算: ①在不考虑地震作用时，梁与剪力墙相交处按固结考虑，计算后按结果配置梁端负筋; ②在考虑地震作用时，假设梁与剪力墙相交处出现塑性铰，计算后按结果配置梁跨中正筋。这样既能满足正常使用时的强度要求，又能保证地震作用下的

安全。

4 结语

高层建筑结构设计是一项系统性的工作，涉及内容繁多且复杂。因此，工程设计人员要进一步深入研究建筑结构设计的技术问题，选择合理的结构方案，同时提高结构设计水平，以完善建筑的各项功能。本工程交付使用后未出现任何问题，结构设计与建筑功能符合性良好，取得了较好的经济效益。

参考文献

[1] 赵东晓.高层建筑结构设计的问题与对策研究[J].商品混凝土.2012年第09期

[2] 刘伟琼.关于高层建筑结构设计探析[J].中国新技术新产品.2011年第03期