简析概念设计在高层建筑结构优化设计中的实践

■陈 敏 ■上饶县建筑规划设计院，江西 上饶 334100

在高层建筑结构优化设计过程中，需要充分结合具体情况，科学设计优化方案，并且将概念设计的方法给应用过来，保证建筑结构的性能与相关的要求和规范所符合，这样高层建筑的质量方可以得到保证，将更加安全舒适的空间提供给人们。特别是目前人们生活质量的提升，对建筑也提出了更高的要求，那么更是需要对其产生足够的重视，科学优化。

1 工程概述

本文以某工程为例，进行了分析和阐述。本工程项目用地为11.5平方千米，总建筑面积达到了70万平方米，拟建成一个具有多种功能的大型商业综合体，包括高档公寓、SOHO公寓、普通住宅以及商业和写字楼等，整个综合体划分为了五个建筑组群，我们将其分别命名为ABCDE。本工程处于B区，建筑面积大约为10万平方米，地下室有两层，除了车库之外，还可以用作设备用房等;裙房部分有2到4层，两栋住宅塔楼都为40层。我们将50年作为工程结构设计使用年限，建筑结构为二级的安全等级，地基基础则为甲级设计等级。采用了丙类抗震设防类别，抗震设防烈度为7度，将0.1克作为设计基本地震加速度值。按照100a重现期的风压值来计算风荷载，基本风压为0.6kn/m2，地面粗糙类别为B类，因为塔楼高宽比为4.32，比4.0要大，因此将1.4作为风荷载体形系数。

2 基础及地下室设计

一是工程地质及水文地质情况:我们对工程进行了仔细的勘察，发现处于山前坡洪积平原中，场地内岩土分层包括杂填土、细砂、粉质粘土以及强风化云母片岩等。没有不良地质现象存在于场区内，液化土层也是没有的，有着较好的区域稳定性，对于工程建设较为有利。0.86-3.44为场区的地下水位标高，将4.00平方米作为抗浮设计水位标高建议值。

二是基础类型:结合勘察报告，并且将抗浮要求充分纳入考虑范围，我们将筏板基础作为裙房部分的基础，基础持力层选择的是第三层粉质黏土层或者第四层强风化云母片岩层，筏板厚度为0.6米作为，结合抗冲切要求，将相应尺寸的柱墩设置于框架柱位置。在塔楼基础方面，我们对天然筏板基础和大直径人工挖孔桩基础两种方案进行了考虑，从诸多方面进行了对比，如结构造价成本、施工便利程度等，最后将大直径人工挖孔桩、墙下承台梁和防水板基础应用了过来，它传力直接。

三是地下室抗浮设计:-0.25米为地下室抗浮设计水位，那么就需要进行抗浮设计。设计上，抗浮采用的是抗拔锚杆，锚杆进入强风化岩需要在10米以上，长度需要在14米以上，360kn为单根锚杆抗拔承载力特征值。

四是地下室结构超长及主裙楼差异沉降:因为地下室平面尺寸要比规范要求更大，但是建筑结构会受到设缝的不利影响，那么在设计的过程中，就需要将适当的结构措施、建筑措施以及施工措施等应用过来，不将变形缝设置于地下室范围内，而是对收缩后浇带进行设置。另外，为了对主裙楼之间的差异沉降问题进行解决，需要将沉降后浇带设置于主群楼之间。在混凝土浇筑之后的两个月，封闭收缩后浇带，要结合沉降观测结果，来分析沉降后浇带，然后在合适时机进行封闭。

3 上部结构方案

工程地下室部分是不对伸缩缝和沉降缝进行设置，整个工程连接起来，地下室顶板按照上部结构的嵌固部位进行设计。上部结构对两道抗震缝进行了设置，这样就将结构划分为三个部分，两个塔楼位于左上角和右下角，框架结构位于左下部分。

两栋塔楼都是将剪力墙结构体系给应用了过来，结构高度为118.9米，属于A级高度的钢筋混凝土高层建筑。塔楼平面外包尺寸以及高宽比和长宽等，都与规范的相关要求所符合。在结构方案阶段，首先是结合概念设计的原则，来进行剪力墙的平面布置，对剪力墙的墙肢长度严格控制，保证与普通剪力墙的要求所符合，并且对带有翼缘的剪力墙进行布置，这样整个建筑物的抗震性能就可以得到有效提升。其次是将中间交通核心形成的剪力墙内筒的抗侧力作用给充分利用起来，促使外围剪力墙的数量和尺寸尽量减小。然后将结构的规则性和整体性原则给应用过来，从多个方面来综合分析和判断整体计算分析的结果，如周期比、位移比、刚度比等，对结构进行了多轮优化之后，将塔楼的结构方案给确定下来。其中，塔楼的剪力墙厚度呈均匀变化的态势，混凝土强度等级从C50和C40逐渐过渡为C30，并且剪力墙厚度的变化和混凝土强度等级的变化均错开数层。

4 结构整体计算分析

一是振型分解反应谱法:在结构整体计算分析的过程中，我们将两种不同的计算软件给应用了过来，在整体计算的时候，首先采用的是SATWE，之后验证时候，采用的则是Etabs中文版。在地震作用计算是，首先将扭转欧联振动影响的振型分解反应谱法给纳入考虑范围，对塔楼进行了深入的计算。计算结果表明，采用这两种软件计算，没有较大的差异存在，计算结果与规范的相关要求能够符合。

二是弹性时程分析补充计算:上文我们已经提到，本工程结构高度在100米以上，抗震设防烈度为7度，那么多遇地震下的弹性时程补充分析计算就是必不可少的。我们将1条人工波RHITG035以及两条实际地震记录TAF-2TH2TG035给选择过来，在弹性动力时程分析时，选择的是SATWE，将地震加速度的最大值给输入进来，也就是35厘米/s2。

5 结语

通过上文的叙述分析我们可以得知，建筑行业是我国国民经济的支柱行业，如今土地资源日趋紧张，建筑开始朝着高层方向发展;高层建筑的结构设计质量，会直接影响到人们的正常生活，还会对国民经济的和谐发展造成影响。针对这种情况，就需要将概念设计应用到高层建筑结构优化设计中，结合工程的具体情况，严格依据相关的规定和标准，充分考虑诸多方面的因素，积极应用先进的科学技术，进行分析和计算，以便制定最为科学的优化设计方案，得出最为安全适用的结构，它的经济合理性也可以得到显著提升。

［1］韦庆军.探讨超高层住宅的结构优化设计［J］.中华民居，2011，2(11):123-125.

［2］夏广文.概念设计在高层建筑结构优化设计中的应用分析［J］.城市建设，2010，2(34):99-101.

［3］冯俊福，陈慈评.超高层住宅的结构优化设计及探讨［J］.低温建筑技术，2011，35(5):99-101.

［4］井维.探讨概念设计在高层建筑结构优化设计中的应用［J］.门窗，2013，2(11):88-91.