某高层混合结构建筑结构设计

王诗宜

（浙江省建工集团有限责任公司，浙江 杭州 310000）

随着经济的飞速发展以及装配式建筑的普遍推广，高层钢结构建筑得到了广泛的应用。本文旨在通过对某混合结构高层建筑结构选型阶段几个方案的比较，浅谈高层混合结构建筑的结构选型。

1 建筑概况

这项建筑是一座商业建筑，其中地下2 层，地上19 层，地下室层高2.7 米以及地上部分层高是4.99 米，建筑的高度为94.81 米。长73 米以及宽18.9 米，长宽比较大。典型柱网尺寸是9m×5.7m 以及7m×5.8m。在地抗震设防烈度为6 度的情况下，场地类别为III 类以及基本风压为0.45kN/m2。

2 结构选型

最初考虑的是这个项目采用钢管混凝土柱框架——钢筋混凝土核心筒结构或钢管混凝土柱框架——钢支撑的结构体系。 按照建筑需求该建筑纵向无法设置钢支撑。根据规范要求，支撑应双向设置，故在纵向考虑设置剪力墙。在方案阶段，考虑了以下三种结构方案。

方案1：在楼电梯间及设备用房范围设置偏置的钢筋混凝土核心筒，在边榀设置两榀钢结构中心支撑框架。

方案2：在楼电梯间及设备用房范围设置偏置的钢筋混凝土核心筒，在6 个轴线上均匀设置一字形剪力墙。

方案3：在楼电梯间及设备用房范围以及下方的商业用房范围设置居中的钢筋混凝土核心筒。

3 方案比较

方案一 方案二 方案三结构自振周期（s） T1=3.0375(x) T1=3.0822(y) T1=2.9811(x)T2=2.9720(y) T2=2.9193(x) T2=2.6402(y)T3=2.2825(T) T3=2.3255(T) T3=2.3324(T)周期比 0.75 0.75 0.78最大层间位移角 x 1/2345 x 1/2056 x 1/2325 y 1/932 y 1/493 y 1/898最大位移比/最大层间位移比 x 1.05 x 1.11 x 1.06 y 1.26 y 1.20 y 1.27最小剪重比 x 0.92% x 0.90% x 0.93%y 0.95% y 0.89% y 0.92%刚重比 x 2.85 x 2.93 x 3.26 y 2.92 y 2.60 y 3.51钢框架分配的地震剪力标准值的最大值和结构底部总地震剪力标准值的比值8.72% 8.05% 7.16%

通过以上表格，可以得出，方案二位移指标不满足规范要求，可排除。

方案一和方案三在整体指标上差别不大。其中，方案一采用了偏置的核心筒，根据规范的要求，墙肢宜均匀、对称布置；且方案一采用了较多的一字剪力墙。因此，方案一在结构上较为不合理。故而，选取方案三。

4 结构方案的讨论

高层钢结构建筑采用框架———支撑结构体系时，受制于建筑平面布置，支撑的布置常常受到限制，在这种情况下，一般需采用钢框架——钢筋混凝土核心筒结构。

《高层建筑混凝土结构技术规程》 （JGJ3-2010) 里面的第十一章对于混合结构建筑方面有明确的规定。 考虑到核心筒的地位在钢管混凝土框架——钢筋混凝土核心筒结构体系中是非常重要的， 规范规定其核心筒墙体配筋较钢筋混凝土框架——要将核心筒结构体系中核心筒的配筋率进行适当提高。这样一来，可以促进提高其构造承载力和延性要求的目的的实现。

在工程施工过程中因为结构的外围框架柱距很大并且梁高比较小，就会导致钢框架的刚度较低而核心筒的刚度则会过于高，结构底部的剪力一般都主要由核心筒来承担。在地震的强烈作用之下的核心筒墙体，可能出现严重的损伤，然后经内力重分布，而较大的地震作用会由外周钢框架来承担。因此，规范提出了筒体结构外周框架剪力的调整方法。

由上表可以看出，本建筑钢框架部分分配的地震剪力标准值偏小，因此要根据JGJ3-2010 的内容做出相应的调整。应该将各层框架部分承担的地震剪力标准值，增加到结构底部总地震剪力的百分之十五，再用各层核心筒墙体的地震剪力标准值乘以增大系数1.1，墙体的抗震构造措施，要在明确抗震等级提高一级之后使用。

根据以上内容可以知道，这项工程抗震构造措施等级为一级，核心筒墙体的抗震等级为二级。相比混凝土框架——核心筒结构在类似条件下的抗震等级提高较多。

5 结语

钢和混凝土混合结构体系在降低结构自重、减小结构断面尺寸、加快施工速度等方面有显著的优点。但是，在混合结构设计中，有时由于钢筋混凝土核心筒/剪力墙的刚度过大，使得钢框架承担的结构底部剪力偏小。此时的建筑结构，就无法很好的形成协同的双重抗侧力结构体系，想要得到更好的抗震性能，需加大钢筋混凝土核心筒的配筋，从而加大了钢筋混凝土部分的造价。因此，在建筑方案确定时，就应合理考虑钢支撑/剪力墙的设置位置以及柱网尺寸的协调，为了在结构设计阶段，能够将双重抗侧力结构体系更好地实现。进行结构设计的过程中，应结合各方面情况，选取合适的结构方案。合适的结构方案可以使建筑在拥有良好的抗震性能的情况下合理的降低工程造价，取得良好的经济效益。