浅谈高层建筑结构设计.doc

山东东平大安建工有限公司浅析高层建筑结构设计文章结合工程实例，介绍了高层建筑结构特征与基础设计，并从高层建筑的抗震结构选型、构造措施、节点处理及结构计算等方面来阐述主体结构分析设计方案，对结构设计人员有一定的指导意义。 1 工程概况 某大厦占地面积12365m ，由一栋40层的超高层主楼和一栋32层的高层副楼以及5层的裙房和2层地下室组成，总建筑面积109545 m 。主楼40层，高度164.3m，720层为办公室，2236层为五星级宾馆，6层和2l层为避难层，3740层用于餐饮、娱乐和观光。主楼从36层开始，层层内收，楼顶正中竖立一根天线塔，塔顶标高201.00m。副楼32层，上部均为住宅，结构高度99.950m。 2 基础设计 核心筒部位采用 1000的桩，桩长50m，持力层为(12)层粉质粘土，以3d(d为桩直径)间距满布。外围框架柱部位采用 1200的桩，桩长50m，持力层为(12)层粉质粘土，采用柱底布桩方式，用足桩的承载力，每个边柱下布置4根桩，角柱荷载较小，布置3根桩。副楼部位采用 800的桩，桩长40m，持力层为(11)层粉砂，也采用桩筏基础，尽量把桩布置在剪力墙底部。裙房部分荷载较小，采用桩土共同作用的方式，每个框架柱底布置一根桩，其余荷载由底板承受。经计算，主楼核心筒中心点的沉降为32.6mm，主楼外围处的沉降为12.4mm，沉降差能满足要求。 3 主体结构分析设计 3.1 结构选型 本工程按照建筑抗震设计规范，抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g，设计地震分组为第三组，按照建筑抗震设防分类标准，抗震设防类别为标准设防类，本工程地震作用和抗震措施都按6度的要求。在裙房位置设置防震缝，将主楼和副楼分开，分成两个独立的抗震体系，避免形成多塔结构，防震缝同时兼做伸缩缝。同时保证地下一层的侧向刚度大于地上一层侧向刚度的两倍，把结构的嵌固端设在地下室顶板处。标准层平面见图1。 图 1 标准层平面图 主楼高度164.3m，采用型钢混凝土框架一核心筒结构，结构高宽比为4.o3，核心筒高宽比为9.6，由于结构侧向刚度较大，未设置加强层。核心筒墙体底部厚度为600mm，逐渐减薄到300mm。为避免刚度突变，柱子尺寸逐渐减小，底部边柱为12001200，角柱为1o001000，到顶部边柱和角柱均为800800。型钢混凝土柱的外围主梁以及与核心筒连接的主梁均采用h型钢混凝土梁，梁端均采用刚接，梁的型钢含钢率不小于4.0%，纵筋配筋率不小于0.2%。在型钢混凝土主梁与核心筒连接处的墙体中设置型钢，便于梁中型钢与墙的连接，同时又能较好地保证连接的刚性，并提高核心筒的延性。按高层建筑钢混凝土混合结构设计规程(cecs230：2008)的规定，框架的抗震等级为二级，核心筒的抗震等级为一级。副楼采用剪力墙结构，地下室和裙房部位剪力墙厚度为300mm，到上部住宅部位减为250mm，到顶部内墙再减为200mm。 3.2 结构计算 核心筒的抗震等级为一级，轴压比限值为0.5，经试算在竖向荷载作用下，核心筒底部墙体厚度为600mm，结构的侧向刚度已满足规范要求，因此未设置加强层。这样结构体系合理，侧向刚度均匀无突变，抗震性能好。 主楼从36层开始内收，在36、39和4o层处梁上托柱转换，造成竖向不规则。对这些楼层，在地震作用标准值作用下的地震剪力乘以l.25的增大系数。 经计算，结构的前6阶基本周期(s)分别为36258(x向)、35364(y向)、18057(扭转)，08628(x向)、08429(y向)、06473(扭转)。主要的计算结果见表2。 表2 主楼主要计算结果 3.3 构造措施 型钢混凝土边柱底部为12001200(内置十字形型钢8002003838，型钢含钢率为5.8%)，到顶部减为800800，柱子外侧平齐，为保证柱中型钢腹板上下对齐，底部柱子中的型钢采用单轴对称布置；角柱底部为10001000(内置十字形型钢6502001830，型钢含钢率为4.5%)，到顶部变为800800，为保证柱中型钢腹板上下对齐，底部柱子中的型钢采用双轴均不对称布置。型钢不对称布置的方式在实际工程中应用较多，受力性能还有待实践检验和研究，本工程地震烈度不高，柱子的剪力和弯矩均很小，主要承受竖向荷载。 办公层主梁均为400600，内置h型钢400200188，型钢含钢率为4.1%，梁纵筋为上下各2 25配筋率为0.41%。宾馆层柱子和核心筒连接的主梁为450650，内置h型钢450200228，型钢含钢率为4.1%，梁纵筋为上下各2 25，配筋率为0.33%；外围主梁为400450，内置h型钢250200148，型钢含钢率为4.1%，梁纵筋为上下各2 25，配筋率为0.54%。型钢混凝土柱和梁中的型钢含钢率均控制在不小于4%。 裙房部分的柱和梁采用钢筋混凝土结构，在型钢混凝土梁向钢筋混凝土梁转换时，型钢延伸到钢筋混凝土梁中，延伸长度为跨度的1/4，混凝土梁纵筋一部分锚入节点，另一部分与该型钢搭接，不伸入节点中。 3.4 节点处理 对于型钢混凝土结构，节点构造复杂，节点处即有梁柱型钢穿过，又有较多的纵筋和箍筋，施工难度大。本工程中，型钢混凝土柱和型钢混凝土梁中型钢的翼缘宽度均取为200mm，柱纵筋上下贯通，不穿梁型钢，梁纵筋在柱型钢腹板上穿孔，但不穿柱型钢的翼缘，梁纵筋间距不小于3d(d为纵筋直径)。 主楼裙房以上部分，框架柱和框架梁均为型钢混凝土，梁柱纵筋一般按构造要求配置，梁柱节点处钢筋不是很多，梁纵筋避开柱中型钢的翼缘，在腹板上打孔穿过，由于钢筋不多，腹板不需补强。在中部楼层部位，由于型钢混凝土柱和混凝土核心筒竖向不均匀压缩，与柱和核心筒连接的框架梁在与剪力墙连接处负弯矩较大，梁上部纵筋较多，中间钢筋采用套简与核心筒内的型钢翼缘连接，其余钢筋直接锚入墙体中。 裙房部分的框架柱和框架梁采用钢筋混凝土结构，因此有些节点处既连接有型钢混凝土梁，又有钢筋混凝土梁，钢筋较多，钢筋混凝土梁采用较大的梁宽，以方便钢筋放置，保证梁纵筋间距为3d(d为纵筋直径)。 地下2层为甲类6级人防地下室，顶板需抵抗核6级和常6级荷载，而地下1层有些地方为设备用房，荷载较大且某些地方因净高要求，楼板降低500mm，为保证地下2层的净高，