实例探究高层建筑结构设计

【摘要】随着城市建设的快速发展,高层建筑是为了满足日益紧张的城市建设用地而出现的建筑结构形式,它的出现大大缓解了城市建设用地,更大程度的利用了空间,如今在城市化建设中的比例进一步扩大。本文结合工程实际，对高层建筑结构优化思路、方法进行分析研究，可供同行参考。

【关键词】高层建筑；结构设计；探讨

中图分类号：[TU208.3] 文献标识码：A 文章编号：

0 引言

高层住宅建筑工程中，主体框架结构占工程建造成本的70％～80％。因此控制工程成本就要对主体结构设计进行优化。本文以某大厦的结构设计为例，谈一谈对钢筋混凝框架剪力墙结构设计优化的思路和做法。

一、工程概况

某大厦位于江西省南昌市，由四层裙楼和A、B两栋高层塔楼组成，地下设置两层停车库和设备用房。A楼为19层，高75．3m，B楼为29层，高95．3m。总建筑面积为5．4×0m，房屋平面布置为不规则形状(图1)。

图1 一层平面

二、结构设计优化的原则

在满足结构设计现行规范和相关规定的前提下，通过大量计算和经验分析进行优化，遵循以下原则：

(1)保证结构的安全性和正常使用；

(2)保证结构具有合理的刚度，特殊部位应有局部加强；

(3)可以减小的结构构件，应进行有效的核减。

三、结构设计要求

该工程采用钢筋混凝土框架剪力墙结构，建筑结构的安全等级为二级。地震基本烈度为7度(0．1g，第二组，特征周期0．4s)，抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为7度(O．1g，第二组)。地基基础设计等级为乙级。上部结构和负一层的框架抗震等级为二级，剪力墙为二级结构，负二层的框架抗震等级为三级。基本风压：=0．35kN／m，地面粗糙度为B类，雪荷载：0．1kN／m。

四、结构设计优化

高层框架剪力墙结构体系中，主要是水平荷载作用下，框架和剪力墙内力分配设计，其中剪力墙的设计位置和数量就是关键。

4．1 结构最优设防的选择

在预测地震烈度概率分析的基础下，使用专业地震安全评价报告的数据，采用模糊综合评定分析法计算结构的模糊延性向量和模糊抗震强度，损失等级概率和震害损失的概率预估期望值，在满足最大投资期望和最大损失约束条件下，

求出最优地震设防烈度值。

4．2 钢筋混凝土框架结构的优化设计

在结构整体内力分析完成后，根据梁柱各构件的控制内力进行截面的优化设计，确定满足荷载效应水平要求的各结构构件的几何特征的配筋量的优化结果，由此导致原结构的几何特征和荷载特征的变化，优化结构在现荷载作用下内力分布特征发生变化，各控制截面的控制内力也发生相应变化，据此进行下一步的优化设计。因此，结构优化就是一个不断迭代、渐进的寻优过程。

4．3 框架与剪力墙协同工作，承载力、刚度、延性能力的最佳匹配设计剪力墙结构的设计主要是结构刚度和结构延性的最佳组合。结构刚度对结构的主要影响为结构的自振周期和侧向位移，结构延性对结构的影响主要为保持承载力能力的前提下的变形能力，因此可以采用结构整体的侧向位移量来协调结构的刚度和延性，按规范对层间位移量和顶点位移总侧移的限值来控制结构的刚度和延性设计。

4．4 基础优化设计

(1)主楼和裙楼的基础分别设计，即依据地勘资料，主楼采用筏板基础，裙楼采用独立基础，基础底板或桩基承台要按照经验和计算结果设置，不得随意增加厚度或加大钢筋。例如在地下室基础的初步设计工作中，原初步设计地下室基础拟全部采用筏板基础，经审核计算后，提出纯地下室基础部分采用独立基础加抗浮底板及抗浮锚杆的做法能做到节约钢筋、混凝土。同时保证结构安全，施工简便，能达到更加节省工程成本目的。因此对纯地下室基础采用独立基础加

抗浮锚杆、底板方式设计施工图(图2)。

图2独立柱基础剖面

(2)对地下室有防水要求的基础底板，裂缝宽度可控制为0．2mm；地下室顶板及外墙，要求荷载取值准确、有些荷载可根据实际情况选用，不得累加。

(3)作为塔楼的嵌固端，地下室的顶板不宜太薄，在覆土不太厚的情况下，采用十字梁较好，在覆土较厚时，采用井字梁较宜。

(4)依据地质勘察报告，基础持力层为中密卵石层，A，B栋塔楼采用筏板基础，裙楼基础采用独立柱基础加抗水底板．裙楼和纯地下室部分采用抗浮锚杆。

4．5 框架一剪力墙结构的优化设计

框架结构优化设计的原则就是结构优化的原则，通过一次性完成的结构件，逐步优化各个构件，以达到结构受力合理，节约投资的目的。

4．6 楼板的设计

考虑到楼板要预埋管道的要求，楼板较薄时施工容易造成裂缝，因此楼板设计时采用弹性假定，不采用塑性假定设计，计算楼板厚度、配筋的折减等，精心配筋最小配筋率取0．2和0．45中较大值相同板厚时混凝土强度等级低、钢筋强度大时，最小配筋率低，故优先采用三级筋；板中抗裂钢筋(分布筋)最小配筋率0．1％，当120mm厚板时，可用@150；尽量不用大跨厚板。

4．7 强化“强柱弱梁、强剪弱弯、”设计理念框架结构的柱、剪力墙设计要引起重视，要加强设计；而梁和板的配筋不宜调大，梁的设计变量主要是截面高、宽及纵向受拉钢筋的截面积和架立钢筋的截面积，优化设计主要针对以上设计变量进行优化，因此梁的截面尽量按正常值取定，少做宽扁梁，配筋率也应控制在1．5％左右，次梁的箍筋宜分为加密区和非加密区。

五、结论

总而言之，高层建筑的结构优化是一个非常复杂的工程难题，结构优化带来的经济效益也是巨大的，因此研究和开发应用钢筋混凝土结构优化技术对节约工程投资具有重大意义。

参考文献

[1]GB50011―2000建筑抗震设计规范[s]

[2]GB50010―2002混凝土结构设计规范[s]

[3]建设部建质(2003)4号，2003全国民用建筑工程设计技术措施[S]