浅谈高层建筑结构选型与概念设计

摘要：本文结合工程实例，对高层建筑结构特点及对计算结果进行了分析。可供同行参考。

关键词高层建筑结构；结构设计；结构体系；结构选型；概念设计

中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A 文章编号：

1工程概况

某办公楼27层，层高为3m，建筑总高78m，长44m，宽17m，平面较规则，每层面积748平米，总面积20190平米，抗震设防烈度为7级，地震加速度为0.05g,50年一遇基本风压为0.3KN/m2 ，结构得要性系数为1.0，场地类别为Ⅱ类，地基土为三类。设计中采用多层及高层建筑结构三维分析与设计软件程序SATWE，对以下拟采用的结构方案进行了计算和比较。

2结构构形式及其设计原则

2．1框架剪力墙结构体系。

框架剪力墙结构体系由框架和剪力墙组成。剪力墙作为主要的水平荷载承受的构件，框架和剪力墙协同工作的体系。在框架剪力墙结构中，由于剪力墙刚度大，剪力墙承担大部分水平力，是抗侧力的主体，整个结构的侧向刚度大大提高。框架则承受竖向荷载，提供较大的使用李问，同时承担少部分水平力。由于有了剪力墙，其体系比框架结构体系的刚度和承载力都大大提高了，在地震作用下层间变形减小，因而也就减小了非结构构件的损坏。这样无论在非地震Ⅸ还是地震区，都可以用来建造较高的高层建筑。框架剪力墙体系的能建高度要大于框架体系。

2.2短肢剪力墙结构

短肢剪力墙结构是适用建筑要求形成的特殊的剪力墙结构，根据建筑平面布置，在建筑物凹凸转角处布置各种形式的短墙肢，主要形式有：T型、十字型、L型、Z型等。因采用这种结构体系时，将中部的电梯间、楼梯间和管道井四周的剪力墙组成筒体结构，四周布置短肢剪力墙，也可根据需要布置一些长肢墙，所以结构布置极为灵活。

3计算结构的比较分析

本工程用SATWE建模计算。框架剪力墙结构结构柱尺寸为1100x1100mm，两端剪力墙厚度约250mm; 短肢剪力墙结构中介设置约肢长1000mm行厚度约220mm，两端剪力墙厚度约180mm，标准层平面分别如下；

计算所得数据如下表

4计算结果分析

从地震基地下剪力及地震倾覆力矩两项指标来看，框剪结构均大于短剪力墙结构。说明自短肢剪力墙结构引起的地震作用较小，较有利于抗震，分析可能是由于可框剪方案中剪力墙较厚多从而招致了较大地震作用。

周期比侧重控制的是侧向刚度与扭转刚度之间的一种相对关第，它的目的是使抗侧力构件的平面布置更有效、更合理，使结构不致于出现过大的扭转效应，减小扭转对结构产生的不利影响，新《高规》第3.4.5条及相应的条文说明。两方案均满足规定；“结构扭转为主的第一周期Tt之比，A级高度高层建筑不应大于0.9；B级高度高层建筑混合结构高层建筑及复杂高层建筑不应大于0.85”的要求，且短肢剪力墙结构周期比略小于框架剪力墙结构，说明本方案短肢剪力墙结构的扭转效应较小，结构抗侧力构件布置较合理。

最大层间位移角是用来控制结构的侧向刚度的，从上表可以看出本工程中两方案均满足规范规定，框架剪力墙位移角小于1/800，短肢剪力墙结构小于1/1000，且短肢剪力墙结构的最大层间位移角较小，说明其侧向刚度较大。

位移比主要为限制结构平面布置的不规则性，以避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应，见《抗规》第3.4.2条，《高规》JGJ3-2010第3.5.5条及相庆的条文说明。从上表可以看出两方案位移比都满足规范规定：“楼层竖向构件的最大不平位移和层间位移，A、B级高度高层建筑均不宜大于该楼层平均值的1.2倍；且A级高度高层建筑不应大于该楼层平均值的1.5位，B级高度高层建筑混合结构高层建筑及复杂高层建筑，不应大于该楼层平均值的1.4倍”，且相差不大，结构平面布置规则性差不多。

最小楼层抗剪承载力之比主要为限制结构竖向布置的不规则性，避免楼层抗侧力结构的受剪承载力沿竖向突变，形成薄弱层，《高规》JGJ3-2010文条说明；对于形成薄弱层应按《高规》第5.1.14条予以加强。从上表可以看出本方案中两主案均满足规定“不宜小于其相邻上一层受剪承载力的0.8，不不应小于0.6”，且短肢剪力墙结构的最小楼层抗承载力之比略小，说明其竖向布置的规则性较好。

从经济上进行分析，粗略估计，两方案钢筋及混凝土用最差不多；从适用性，美观性上分析，本方案中框架结构柱截面较大，突出墙体较多，而短肢剪力墙结构则更利于房间的布置，而且较经济。经以上分析该工程采用短肢剪力墙结构较好。

结语

(l)高层建筑结构体系直接影响抗震性能,结构选型应满足以下要求:应具有必要的承载能力。

刚度和变形能力;应避免因部分结构或构件的破坏而导致整个结构丧失承受重力荷载，风荷载和地震作用能力;应避免连续倒塌;结构的竖向和水平布置宜具有合理的刚度和承载力分布, 避免因局部突变和扭转效应而形成薄弱部位;宜具有多道抗震防线。

(2)短肢剪力墙结构中剪力墙肢可短可长，剪力墙的数量可少可多，主要根据抗侧力的需要而定，还可通过不同布置和尺寸以调整刚度及刚度中心的位置；由于剪力墙数量减少了，而代之以轻质填充墙，不仅可以使房屋总重量减轻，同时也可使结构刚度适当降低，使地震作用减小，这不仅对基础的设计有利，而且对结构抗震也较为有利，同是还可降低工程造价，故应是80m左右高层结构设计时优先选用的一种结构体系。

参考文献

[1]沈蒲生．高层建筑结构设计[M]．北京:中国建筑工业出版社,2006.

[2]刘海卿,康珍珍,张丙军.高层建筑结构选型影响因素分析[J].科学技术与工程,2006(6).

[3]袁鸿.高层建筑结构设计探究[J].大众科技,2004,(08).