高层建筑结构设计要点探讨

摘要：以办公楼设计理论为基础，分析研究办公建筑设计的特殊性。从建筑设计、结构设计等方面阐述办公建筑设计的基本原理、重要原则和设计方法。总结出办公楼结构设计理念，满足不断演变的社会需求。

关键词：高层建筑；办公楼；结构设计

Abstract: office design theory based on analysis of the particularity of the design of office buildings. Expounded the basic principles of the office building design, architectural design, structural design, the important principles and design methods. Summed up the office structure design concept, to meet the evolving needs of the community.

Keywords: high-rise buildings; office; structural design

中图分类号：TU97文献标识码： A 文章编号：

引言

高层办公综合楼建筑的主体结构体系只有多样性，迄今为止主要有：框架、框粱剪力墙、剪力墙、筒体、筒中筒、束筒、筒框(筒体稀柱框架结构的简称)、带支撑或带刚臂(刚性加强层的简称)的筒框、巨形支撑等等；一幢高层建筑的主体结构可以由其中的某一个体系单独构成，也可以由其中的某一个总至三个体系按不同比例组合而成。现将深入探讨关于办公楼的结构设计要点，为同行提供参考借鉴。

高层结构的均匀对称布置

对于实际工程中理想的绝对均匀对称的高层建筑结构几乎是不存在的，但是结构的均匀对称有利于结构的抗震抗风，有利于结构在重力荷载下正常工作，它是一个好的高层建筑结构设计的重要标志。

（1）结构的对称性。结构的对称性内含于建筑之中，它主要指的是高层建筑中抗侧力的上体结构的对称。对称的建筑如平向对称的筒体框架结构、筒中筒结构、筒体结构、框剪结构、剪力墙结构、框架结构等，一般比较容易实现结构的利称性。对于不对称的建筑如平面形状复杂的L型、T型等高层建筑，楼电梯间偏于平面一侧或一角的高层建筑等，内含结构的基本对称仍是有可能实现的，这主要取决于结构工程师结合建筑平面的功能和需要进行合理的结构布。如筒体、剪力墙的合理布置，可以设法调整结构的刚心与建筑物质心、平面的形心尽量接近，从而实现结构的基本对成。

对于结构的较大不对称，将引起结构在水平侧力作用下产生较大的扭转变形，不利于结构抗侧力，不利于非结构构件如填充墙的正常工作，同时要招致结构耗材、成本的较大增加。所以高层建筑的主体结构对称性十分重要，要注意不可能条件下尽量予以满足，这点在建筑平而布置中尤需特别加以注意。

（2）结构的均匀性。从工程实践表明，对于高层建筑结构的均匀性书要体现在以下四个方面：高层建筑主体抗侧力结构两个主轴方向的刚度比较接近、变形特性比较相近：这是因为实际的高层建筑结构都是三维空间的，实际的地震荷载、风荷载具有任意的方向性；高层建筑主体抗侧力结构两个主轴方向的刚度比较均匀，就能具有比较良好的抗震抗风性能。高层建筑主体抗侧力结构沿竖向断面、构成变化比较均匀、不要突变。这里主要是指主体结构的层剪切刚度不要突变。这种均匀的高层建筑结构可以避免因薄弱层的破坏而引起的结构整体破坏，尤以强震区的高层建筑结构需特别注意。

另外高层建筑主体抗侧力结构的平而布置，应注意同一主轴方向各片抗侧力结构刚度尽量均匀，应避免在主体结构的布置中设置某一、二片刚度特别大而延性较差的结构，如长窄的实体剪力墙。此时，即使结构仍满足对称性和刚度的要求、但由于个别结构刚度巨大，地震发生时，将首先吸收极大的能量，应力特别集中，而容易首先招致破坏，从而引起整体结构的破坏。同一主轴方向的各片抗侧力结构刚度均匀，水平荷载作用下应力分布将比较均匀，有利于结构抗震延件的实现。

（3）高层建筑主体抗侧力结构的平面布置还应注意中央核心与周边结构的刚度协调均匀，保证主体结构具有较好的抗扭刚度，以避免高层建筑物在地震或风的扭矩作用下产生过大的扭转变形而引起结构或非结构构件的破坏。这是因为实际的建筑平面变化无穷，特别是相邻未来建筑的影响，即使自身对称的建筑，风荷载仍会产生较大的扭矩，有时将超出设计控制的范围。

（4）对于竖向构件的布置。应尽量使竖向构件在垂直荷载作用下的压应力水平接近均匀，以避免竖向构件之间压应力的二次转移。这点同样可以应用于基础设汁，要注意使基础反力水平接近、刚度均匀。当然竖向构件在垂直荷载下压应力水平(即轴压比：竖向构件组合设计压应力与该构件截面混凝土设计强度之比)绝对的一致是不可能的，但是竖向构件在垂直荷载下压应力水平就已经有较大差异的高层结构显然是不合理的。因为压应力的二次转移是以楼屋盖梁板变形协调传递为代价的，势必要使楼屋盖梁板产生一定的附加二次内应力从而增加其用钢量和断面，造成材料的浪费和造价的增加。同时要指出的是，垂直荷载下竖向构件压应力水平的调整协调十分复杂，它取决于整体结构的实际施工构成过程，实际的垂直荷载作用的时间、混凝土材料的徐变、收缩特性等，影响十分复杂，设计时很难事先予以准确的控制；因此到目前为止，尚无较好的软件来实现这个复杂过程的准确计算反映。这反过来又极易给结构造成内在的隐患。所以对于垂直荷载下竖向构件压应力水平接近均匀是最合理优化的结构选择；实际的高层建筑结构设计应该也是不难能够实现它的。

高层办公综合建筑结构的复杂性

3.1主体结构的转换

对于下部商业空间、上部住宅公寓的综合楼，下部商业空间通常希望采用比较规则的大柱网框架体系，上部住宅公寓为避免室内出现较大的柱子利于防火、防盗、隔音，改善使用条件，又通常希望采用大开间的剪力墙体系。这二种体系的结合，必然要产生左体结构由上部剪力墙结构到下部筒体框架或框架剪力墙结构的转换。

对于上部酒店客房下部大堂、商务、会议、健身、商业等的综合楼，下部建筑空间，通常希望采用规则的大柱网框架体系，上部酒店客房通常希望小柱网、薄壁柱，以减小房间内柱子尺寸，便利于客房室内布置，提高客房的使用标准，客房内也通常希望避免布置梁格，可提高室内净高，避免吊顶、改善室内空间。这二种体系的结合，必然要产生主体结构中上部小柱网、薄壁柱到下部大柱网的转换。从国内外这种主体结构的转换已有大量成功的工程实例，事实证明，这些必要的转换不仅具备建筑的合理性也具备结构的可行性，关键在于建筑师、结构工程师密切的配合和精心的设计。

3.2结构空间的渗透

由于建筑造型和建筑功能的需要，某些高层办公楼、高层酒店建筑中，有时需要设置几层高、甚至通高的共享空间，有时需要局部设有几层通高的绿化空间，相应部分的楼盖被抽空，通常高层建筑结构中基本常用的设计假定——刚性楼盖假定难以实现，甚至使部分结构形成长、短柱，结构受力比较复杂。

办公楼结构节点形式

对于办公楼采取现浇钢筋混凝土结构情况时，钢筋混凝土结构一般适宜设汁成刚性连续节点，即节点具有转功的约束，此时施工简便，结构整休性好；同时结构各部分构件受力较均匀，有利于充分发挥所有结构构件的抗侧力作用从而提高结构的抗侧刚度。对于钢结构或钢很凝土组合结构，则其水平构件、文撑构件与柱、墙之间的连接一般适宜设计成铰节点，即节点仅能传递剪力，具有平动约束，而无转动约束。此时的节点一般由梁腹板与柱节点外伸连接板螺栓连接或焊接构成，施工快捷简便，节省工地劳动力，这在劳动力昂贵的西方发达国家尤其适用：此时梁可按简支设计，支撑可按轴心受力构体设计，受力十分明确。但是相对来说，此时结构的整体抗侧刚度相比连续节点的结构整体刚度要有所减弱，而且需要有专门的抗侧力结构体系如支撑、抗弯框架等来构成结构的整体抗侧刚度，以保证结构的抗侧力工作以及结构的整体稳定性。

结语

高层办公综合楼建筑结构的多样性发展，为建筑师、结构工程师对高层建筑结构体系、材料、构造的优化选择提供了可能。建筑师从事高层办公综合楼建筑设计时，思路要开阔、概念要清楚，选取适合具体工程命题的结构体系、形式、材料、构造的选择并不具有唯一性，而是可以从多种选择中作出抉择。结构工程师从事高层建筑结构设计时，同样应该理解、支持和帮助建筑师针对不同的建筑功能作出切合实际的合理的结构体系、形式、材料、构造的选择。

参考文献：

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[2] 张福萍．某行政办公楼结构设计[J]．煤炭工程，2012，27（03）：31~33．

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