某高层综合楼结构设计难点及优化措施

张晨

摘 要：随着我国建筑业的高速发展，高层建筑结构日趋杂复，而如何优化高层建筑结构设计，降低建筑的建设成本是人们首要关注的话题，同时也具有一定的研究意义。文章通过工程实例，主要从基础及地下室设计、结构选型、抗震设计和连接体结构设计等方面针对某高层综合楼结构设计难点进行了分析，并提出了相应的优化措施，旨在为了解决高层建筑结构设计的难点问题，实现建筑结构合理化和最优化的设计目标。

关键词：高层综合楼；基础设计；结构选型；抗震设计；连接体结構

引言

近年来，随着我国城市经济的迅速发展，高层建筑建设数量不断增多，人们对高层建筑结构设计的质量提出了更高的要求。在现代高层建筑的结构设计中，经常会碰到一些结构比较复杂的空间，给设计人员带来了一些难度，需要对结构设计的各个节点进行优化与改善，从而设计出最合理的建筑结构，以满足使用者的不同需求，以及实现建筑企业良好的经济效益和社会效益。本文主要从实践的角度出发，探讨了某高层综合楼结构设计难点，并提出了有效的优化措施。

1 工程概况

某高层综合楼，地下两层为停车库及设备房，局部为人防地下室，地上建筑由 A、B、C三栋高层塔楼及一栋两层的商业裙楼组成，一、二层为商业用房，三层至顶层为办公用房。其中C塔楼为19 层，总高度58.6m，与两层裙楼通过伸缩缝相连；A、B塔楼为 18 层，两栋塔楼顶部两层相连，总高度64.4m，本工程 A、B 塔楼采用框架-剪力墙连体结构，底部局部大空间转换剪力墙结构，转换层在第3层顶面。

图1 A、B栋一层商场平面（单位：mm）

2 结构设计难点及优化措施

2.1 基础及地下室设计问题及优化

本工程采用桩基础，桩型采用抗拔性能较好的钻孔灌注桩，桩径根据上部荷载情况选用￠700和￠800两种，主楼部分采用￠800的桩，其它部分为￠700的。桩基持力层为 8～2层圆砾层，桩进入持力层2.5～6.4m，有效桩长为48.1～56m，单桩竖向承载力特征值结合设计试桩结果和地质报告情况分别确定为3500KN和4100kN。

两层地下室平面呈“厂”字形，局部为两层人防地下室，人防等级为6级。地下室东西向最长150m，南北向最长120m，中间不设伸缩缝，超过规范建议的结构伸缩缝最大间距，设计采用纵横向设置多道后浇带等措施减小温度变化和混凝土收缩对结构的影响。

2.2 结构选型及结构布置问题及优化

由于建筑平面较狭长复杂，因此连体结构两边的塔楼采用基本一致的体形、平面和刚度，可以一定程度上减小复杂的耦联振动。最初的建筑方案在两塔楼间的平面呈喇叭形，柱距北面小为16.8m，南面大为29.4m。连接体结构拟采用最下一层的钢骨混凝土梁作为转换结构来支承整个连接体，这样试算下来钢骨混凝土梁的最大断面达到900×3000，给施工带来很大的难度经过安全性、经济性和可行性的综合分析比较，最后决定在某两轴之间各增加两个柱子，使连接体的柱距相同，均为16.8m。连接体结构与主体结构采用刚性连接，连体部分连接主梁为每层设500×1800混凝土梁，保证连接部分的刚度，将主体结构连接为整体协调受力、变形、由于主梁较高，连接体每层层高为主塔楼两层的高度，以满足建筑空间的需要。

连体结构因振型丰富，且平动与扭转振型多耦合在一起，因此采用平扭耦联方法计算结构的扭转效应，且考虑双向地震的影响；连体部位复杂，对连体部分采用弹性楼盖进行计算考虑到连体结构的两塔楼体型相似且间距较近，因此风荷载取值时考虑建筑物相互间的影响，将体形系数乘以相互干扰增大系数，并对连接体最下一层的楼板考虑了向下的风吸力影响振型分解反应谱法计算结果见表1，计算结果表明自振周期在合理范围内，结构扭转为主的第1自振周期与平动为主的第1自振周期之比为0.85，基本满足规范要求 地震力作用下的楼层最大层间位移1/1791（Y+5%偶然偏心） 和顶点位移1/2048均小于1/800，亦满足规范要求。

2.3 抗震设计问题及优化

（1）加强转换结构的抗震措施。考虑到该工程为复杂高层建筑结构，转换层为薄弱层，故在抗震构造方面有针对性地采取了如下措施：1）框支柱、框支梁、剪力墙底部加强部位的抗震等级提高一级采用；2）薄弱层（第三结构层）的地震剪力乘1.15 的增大系数；并适当对框支柱的剪力进行调整；3）框支柱、框支梁的设计满足《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）修订版中关于框支柱、框支粱在抗震设计时的相关规定；4）框支梁所在层的楼板厚度加大为180，双层双向加强配筋构造。

（2）加强连接体结构的抗震措施。该工程属于Ⅰ类扭转不规则（Y+5%偶然偏心地震力作用下连体部分的楼层最大位移1.45），且震害表明地震中连接体本身破坏严重，踏落较多，同时使主体结构中与连接体相连的部分结构严重破坏，因此在抗震构造方面有针对性地采取了如下措施：1）连接体及连接体相邻的结构构件的抗震等级提高一级；2）楼板厚度增大到 150mm，加强连接部分的周边板配筋，双层双向贯通布置，并加强边梁的配筋及构造；3）加强连接体最底层构件的配筋；4）加强连接体下面两层的设计，指定其为薄弱层，放大地震力。

2.4 连接体结构设计的优化

由于两塔楼在52m高空相连，如何保证施工的安全成为一个难点。为此施工时需要在48m高处搭建一个钢结构的临时施工平台。由于连接体的梁板自重较大，为了降低钢平台的造价及保证施工的安全简便，施工单位提出了混凝土分阶段浇捣的施工方案，即先浇梁，待其混凝土强度达到100%后再浇板，这样钢平台只需承受梁的自重，而板的重量可以由梁来承担。

为配合上述施工方案，我们对连接体的设计进行了调整，分别按施工顺序计算了混凝土浇捣的两个阶段的内力以及下层连接体梁板作为上一层连接体的施工平台所承受的施工荷载，并按最不利的工况进行配筋设计。计算结果显示，部分梁的配筋恰恰是由施工阶段控制的。

3 结束语

综上所述，本文通过结合工程实例对高层综合楼结构设计方案进行了研究，从中可以得知，对于高层建筑的结构体系，结构的合理布置更重要。对于连体结构，尽量使连体结构各独立部分的体型、平面和刚度相近，能有效避免连体结构复杂的耦联振动，同时对此类结构的转换层及连体部位要采取相应的抗震措施。

参考文献

[1]《建筑抗震设计规范》 GB50011-2010.

[2]《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）修订版.

[3]葛斌.浅析钢筋混凝土高层结构设计的常见问题[J].中国高新技术企业，2011（16）.

[4]陈友.探讨钢筋混凝土高层结构设计中存在的问题及对策[J].城市建筑，2012（87）.