高层结构设计实例探析

樊春锦

摘 要：在某高层结构设计中，为了避免出现复杂高层建筑结构的结构体系，将设计中常采用的大底盘框支转换多塔楼复杂高层结构改变为无转换层、非大底盘的独立剪力墙+多层裙房纯框架结构。本工程中存在高宽比超限的问题，对此采用了加强措施。本文详细阐述了设计的全过程。

关键词：高层结构；房屋高宽比；地基与基础

1 工程概况

本工程位于某市两条交通要道的交叉口处，工程占地面积为1.65万m2，建筑总面积为6.25万m2。该地上总共布置有三栋高档商住楼：地上26层，地下2层，房屋主体高度为87.4m，计算宽度为14.3m。三栋商住楼中由两栋塔楼是通过商业裙房连接的，商业裙房的总共有6层。三栋商业主塔楼之间通过大底盘车库相连。结构设计使用年限为50年，安全等级为二级。

本工程抗震设防烈度为7度，其地震加速度为0.1g，设计地震分组为第一组，抗震设防类别为丙类。基本风压0.50kN/m2，地面粗糙度为C类。本工程地基基础设计等级为甲级。

2 地上结构方案的选型

2.1 对转换和大底盘的考虑

根据有关的论文可知，对于大底盘底商上宅的多塔综合楼而言，下部商场应采用大空间的形式，而裙房部分通常层数较少，一般采用纯框架的结构形式。主楼上部的结构形式为剪力墙住宅，针对这种形式，应在第6层设框支-剪力墙转换结构，这样才能符合建筑的规范要求。本工程所处地区抗震设防烈度为7度，转换位置在第6层，根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010规定，本工程为高位转换，属于超限复杂高层结构，这个给设计和施工带来了一定的难度，同时增加了工程造价，应通过抗震专项审查，设计周期也相应的延长。

为了避免出现上述的这些问题，在设计时，本工程通过相关单位的协商，决定对上部住宅的户型进行一些调整，尽量使用大开间剪力墙，户内用隔墙进行分隔。根据底部商业需要，部分剪力墙上开大洞，为保证竖向刚度不突变，该洞在上部住宅也连续设置。在主楼区进行布置时，其上尽量布置小商铺、管理用房等。

在这些措施实施之后，主楼的剪力墙即可设置为落地的形式，在主楼地面与裙房框架地面以上通过设置防震缝进行分隔。在一般的设计中，通常是采用大底盘带转换层底商上宅多塔楼形式，而在本设计中将这种复杂结构转化为无转换层、非大底盘的独立剪力墙直接落地高层建筑加框架结构多层裙楼，这些结构形式的改变，避免超限复杂高层建筑的结构问题，比如高位转换，使得设计和施工都变得相对简单了，同时降低了工程造价，缩短了施工工期。

2.2 结构抗震等级合理确定

根据《建筑工程抗震设防分类标准》：本工程商业面积未达到大型商场的标准，因此设防类别为丙类。本工程地下室顶板作为上部结构的嵌固部位，结构抗震等级分别为：3栋主楼为二级（地下一层相关范围为二级，地下二层为三级）；商业裙房纯框架为二级，地下车库抗震等级取为三级。

2.3 房屋高宽比超限处理

主楼标准层为长矩形，尺寸为43.7m×14.3m，长宽比为3：1，平面较为规则，高宽比：H/B=87.40/14.30=6.1，超过《高層建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010中对于高层建筑适用的最大高宽比不宜大于6的要求，在进行本工程高层结构设计时，高宽比超限给设计人员带来了很多的难度。当高宽比超过规范规定的限值时，对于设计人员而言，可以采取一定的加强措施进行高宽比超限问题的处理，在满足结构安全规定的要求下可进行适当的突破。

本工程中主楼高宽比为6.1，这已经超过了规范的规定，设计人员在与相关单位进行协调并参考类似工程的经验之后，决定采取以下加强措施：①严格控制侧向位移和地震作用下最大弹性层间位移角，本工程的地震作用下最大弹性层间位移角为1/1329，小于规范规定的1/1000；②按照《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010D的5.4.1条进行结构整体稳定验算。根据SATWE计算结果：X向刚重比为4.56，Y向刚重比为5.27。结构刚重比EJd/GH2>1.4，结构整体稳定性满足要求；且EJd/GH2>2.7，可以不考虑重力二阶效应。③加大基础埋深，本工程基础有效埋深为9.9米，约为房屋高度的1/9.42，大于房屋高度的1/18，满足规范要求。④按照《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010的12.1.7条进行水平力作用下的基础底面应力计算。根据JCCAD计算结果：水平地震力作用下及风荷载作用下X向、Y向桩基均未出现抗拔桩，桩筏基础全部受压，满足规范要求。⑤严格控制竖向构件轴压比，剪力墙最大轴压比不超过0.4。⑥加大剪力墙的配筋率，底部加强部位的水平和竖向分布钢筋配筋率不小于0.35%，一般部位的水平和竖向分布钢筋配筋率不小于0.30%。

3 地基与基础方案

根据地址勘察的结果可知，本工程所处地区土层除表层填土外，主要为全新世中期灰色淤泥质土层、粘土层；晚更新世晚期黄色粘土，部分夹砾、砂、碎石；各种风化程度凝灰岩。土层组成：层1素填土，层2-1淤泥质粘土，层2-2淤泥质粘土，层4粘土，层5粘土，层6粘土，层7含砾砂粉质粘土，层10-1全风化凝灰岩，层10-2强分化凝灰岩，层10-3中风化凝灰岩。场地勘探深度以浅性质较好的土层主要有：5层粘土、7层含砾砂粉质粘土、10-1层全风化凝灰岩、10-2层强风化凝灰岩、10-3层中风化凝灰岩。桩基持力层的选取除了取决于场地的工程地质条件外（包括土层的埋藏条件、土层的工程特性及厚度），还取决于建筑物的结构形式、竖向荷载大小以及拟建建筑筑物对沉降的要求等。综上所述，本工程决定采用10-3层作为桩端持力层。

根据上述工程地质条件、结合建筑物规模、上部荷载及高宽比超限等特点，结合地区建筑经验，本工程主楼基础决定采用整体性、稳定性较好的桩筏基础（厚筏板和泥浆护壁钻孔灌注桩基础），商业裙房及地下车库采用防水底板加泥浆护壁钻孔灌注桩基础。因本工程地基基础设计等级为甲级，所以在施工前应采用静载试验确定单桩竖向抗压承载力特征值，试验的桩数应超过总数的1%，本工程试验7根桩即可。桩的静载试验应选择较差的场地位置，同时均匀分布进行试验。为了缩短设计和施工周期，先根据地质报告估算得到的单桩抗压承载力特征值进行基础设计。若试验得到的单桩抗压承载力特征值不小于估算值时，可进行正式的桩基础施工；否则须按实际承载力进行修改后方可用于施工。主楼周围设沉降后浇带，主楼结顶后封闭。

4 结 语

本文以某高层结构设计为实例，针对该工程存在的转换结构设计、高宽比超限处理等进行了详细探讨，提出了可行的设计措施。从分析结果表明，本工程所采取的设计处理技术可以有效地确保结构安全性的前提性，又可满足建筑使用要求。

参考文献

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