某高层建筑结构设计实例分析

田晨阳1 花 蕾2

（1.        北京世纪安泰建筑工程设计有限公司 71000；2.陕西有色建筑设计研究院有限公司 710000）

【摘要】随着社会的不断进步，建筑层数的增多、高度的增加等对建筑结构设计工作者的要求越来越高，因此必须根据各方面的约束与条件开展工作，本着先进的设计理念和进取的态度，不断完善设计方案，为建筑工程提供必要的技术。本文结合国内某高层建筑工程项目，主要阐述了现代建筑结构设计的要点以及该工程项目结构设计各方面的设计方案，供同行参考。

【关键词】高层建筑；结构设计；要点；主体结构；地基；框支结构

1. 现代建筑结构设计的要点分析

1.1 起决定性因素的水平荷载是绝对不允许被忽视的，现代的建筑结构设计的过程中：楼面使用荷载和建筑物的自重等因素将在竖构件中通常引起与建筑物高度的一次方成正比例而水平荷载对于建筑结构产生的倾覆力矩及其在竖构件中引起的轴力，则是与建筑物高度的二次方成正比的一定的轴力与弯矩数值，所以，竖向荷载基本是定值，而地震作用、风荷载等水平荷载的数值则会随着建筑结构动力特性的不同，而会出现很大幅度的变化，在建筑结构设计过程中，这种情况经常出现，这是必须在设计工作中进行详细计算与周密分析的原因所在。

1.2 在高层建筑结构设计过程中，轴向变形也是必须考虑进去的，可能会由于数值较大的竖向荷载，轴向变形可能在柱中引起一定程度的发生，引起连续梁中间支座处的明显减小的负弯矩值越来越明显，也会产生影响预制构件下料的长度，设计人员要依据轴向变形的实际计算值，合理调整下料长度，而达到影响连续梁弯矩的目的。

1.3 设计工作还有一项重要的控制指标——侧移，必须将水平荷载作用下的建筑结构侧移控制在一定的限度之内，原因是：，侧移在高层建筑结构设计中已经成为重要的控制指标，特别是伴随着建筑物高度不断增加，建筑结构的侧移变形在相同水平荷载下增大显著，这是与与多层建筑完全不同的。

1.4 设计工作还有一项重要指标结构延性，在相同的地震作用下变形相对而言比较大，相比较于小高层、多层建筑而言，层数较高的建筑结构会相对更加柔软一些。在结构设计中必须采取相应的工艺与技术措施，以保证建筑结构具有足够的延性，这都是为了保证高层建筑结构进入塑性变形阶段后，依然会具有非常合理的变形能力，避免建筑物倒塌或者发生别的危险。

2. 建筑结构设计工程实例

本论文以某高层住宅建筑工程这个项目为例，需要指出建筑结构设计的基本流程与注意事项如下：建筑工程这个项目位于某城市的市中心繁华的地段，地上20 层，地下1 层，建筑总高度达到78.3m，建筑总面积大约25 万m2。宅建筑工程这个项目建筑结构的长宽比为3.8 ～ 7.4，高宽比为5.6 ～ 10.1。宅建筑工程这个项目所在地有着平坦的地形，以人工填土为主的表层，土层在垂直与水平方向有着非常稳定的分布，一般第四纪沉积土层的以下部分。宅建筑工程这个项目建筑的结构为二级安全等级，抗震设防重要性为丙类抗震设防，基本风压0.45kN/m2，抗震设防烈度为9 度抗震设防烈度。

2.1 主体结构设计

高层住宅建筑工程这个项目的主体结构采用的是剪力墙现浇钢筋混凝土框架结构体系。其中框架的抗震等级为二级抗震等级，剪力墙的抗震等级为一级抗震等级。高层住宅建筑工程这个项目中部布置剪力墙，形成筒体，并且将其作为主要的抗侧力构件，设置框架柱在筒体周围合理，这都是结合建筑物的实际使用功能。高层住宅建筑工程这个项目在地下室顶板是结构嵌固端，将板厚设定为180mm，板配筋为双层、双向形式的满布。地上部分的楼层主次梁沿Y 向布置，以利于减小主梁的高度，增加使用净高，层楼板厚为110mm。这是为了充分考虑其承受与传递地震作用产生水平力的问题，这是由于本工程受到层高与使用功能的限制。

2.2 基础设计

设计人员根据高层住宅建筑工程这个项目X 向基础梁的尺寸为900×1800，Y 向基础梁的尺寸为1000×2000 或1800×2000，这是由于所在地的地质勘探及地基承载力的实际计算结果所决定的。高层住宅建筑工程这个项目由于受到筒体内电梯基坑、集水井局部下沉的影响，因此最终决定采用梁板式筏形为基础，筒体四周的板厚为1.5m，剩下部位为1.0m 板厚，所以，非常有可能导致导致主梁难以正常贯通，筒体部位的竖向荷载也相对较大。高层住宅建筑工程这个项目计算基础结构过程中，要特别重视各类技术资料与数据的收集和整理，进行计算时采用弹性地基梁板基础软件，真实性与可靠性是能够确保计算结果的。

2.3 框支层结构设计

2.3.1 框支层结构设计

高层住宅建筑工程这个项目结构设计中，为了有效改善混凝土的受压性能，增大结构延性，在设计工作中合理控制墙肢轴压比，其比例应控制在0.5 以内。核心筒落地剪力墙的厚度为40cm，核心筒以外，建筑四角分别布置L 型剪力墙，厚度为70-90cm 之间。底部加强区域的剪力墙设计中，应按照相关规范与技术要求设置相应的约束边缘构件，其纵筋配筋率应控制在≥ 1.2%，体积配箍率则要控制在≥ 1.4%。同时，在本工程长厚比＜ 5 的短墙计算中，按照柱输入计算进行分析与比较。墙体水平与竖向分布筋不但要满足基本的计算要求，而且满足最小配筋率为0.3% 的限值。

2.3.2 框支柱设计

高层住宅建筑工程这个项目框支柱的抗震等级为二级，在本工程框支柱的剪力设计中，设计值按照柱实配纵筋进行计算，还要剪压比应控制在0.15 以内，乘以放大系数1.1。柱内纵向钢筋的配筋率应＜ 1.2%，体积配箍率均＜ 1.5%，使得柱具有较为理想的延性，以符合“强剪弱弯”的设计要求。轴压比的限值为0.6。框支柱主要截面为1300×1300 和1300×2300 等形式，设计工作中的相关计算结果表明，全部框支柱的受力情况较为理想，轴压比为0.41 ～ 0.52，所以，箱形转换层下的框支柱变形控制效果较为理想。

2.3.3 箱形转换层楼板设计

高层住宅建筑工程这个项目的结构设计中，箱形转换层的箱体的上下层板厚均为25cm，总高度为245cm。结构设计工作中，采用专业的ANSYS 有限元软件对箱体上下层板的内力进行分析与计算。在不同的荷载工况条件下，在箱形转换层楼板设计中，楼板裂缝≤ 0.2mm，实配双层、双向通长钢筋。箱体上层板的最大压应力控制在1.2MPa 以内，箱体下层板的最大拉应力应控制在2.0MPa以内。

3. 结语

由上述可以得出，对于设计中常见的效率与质量的问题要引起特别的重视，必须综合考虑各种影响因素与条件在建筑结构设计工作中的影响与作用。应及时引入先进的设计理念和方法在设计过程之中，从而使得建筑结构设计中更多的应用新工艺、新技术和新材料，从而达到有效提高建筑结构设计的整体品质的目的，这样也会有利于项目建设工作的顺利进行。

参考文献

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