论高层建筑的结构分析与设计

　　摘要：目前，高层建筑的结构设计已经成为了高层建筑设计的重点内容，文中笔者结合具体工程设计实例，对高层建筑结构设计展开了研究与分析，并通过大量的计算与分析对高层建筑结构设计提出一些建议和意见。

　　关键词：高层建筑;结构体系;分析计算

　　1、工程概况

　　某工程建筑平面尺寸为长94.8m，宽13.2～24m，平面形状为梯形，属板式高层建筑。建筑总面积为22000m2,其中地上建筑面积19140mz，地下建筑面积2860m2。地上18层，地下1层，地上最大建筑高度为89.110m。地上1—2层为商业用房，3层为设备层，4层以上为标准办公公寓。1层高7.17m，2层高4.98m，3层高2.19m，4层以上标准层高4.98m。地下室为立体停车库及设备用房，按核六级兼平战转换人防设计。

　　2、基础设计

　　建筑场地地形平坦、稳定，无液化土存在，自然场地下50m左右有承载特性较好的卵石层(层6)。基础形式采用泥浆护壁钻孔灌注桩，桩径采用010oo，0900，0800三种类型，有效桩长45m，为提高桩端承载力及减小桩基变形，对桩端进行压力注浆，根据静载试验结果，OlO00单桩竖向承载力特征值为5400kN。外围纯地下室范围内设置钻孔灌注抗拔桩，框架柱下设置独立多桩承台，核心筒下设置群桩筏板式承台，筏板厚1.0m。底板按肋梁式布置，底板厚400mm，外壁板厚350mm，采用C40防水混凝土，抗口等级为P8。根据地勘资料，地下水位常年位于自然地面以下O.5m航浮设防水位较高，为室外地坪标高，地下室抗浮稳定性应满足下式要求。

　　W ≥1.05F(1)式中：w 为地下室自重及上部结构作用的永久荷载标准值的总和;F为地下水浮力。

　　由于抗浮设防水位较高，若采用增加结构配重的方式进行抗浮设计无法满足式(1)要求。工程采取设置抗拔桩进行抗浮设计，需抗浮的柱下布置1～2根抗拔桩，口1000单桩抗拔承载力特征值为1800kN。

　　3、结构设计及计算

　　3. 1结构主体设计建筑结构设计使用年限为5O年，结构安全等级为二级，建筑抗震设防分类为丙类，场地抗震设防烈度为6度，设计地震分组为第一组，建筑场地为Ⅲ类。基本风压0.5kN/m (j安100年重现期)，地面粗糙度为B类。

　　建筑主体结构采用现浇钢筋混凝土框架一剪力墙结构，其中剪力墙和框架的抗震等级均为三级。楼面采用主次梁结构布置。标准层结构布置如图1所示。

　　结构设计的主要特点在于建筑的平面、竖向体形和复式结构。建筑地上部分平面形状依据场地形状设计，近似梯形，斜边夹角7。，存在斜向抗侧力体系。楼板平面较狭长，而3层以上每层楼板开洞面积为楼面面积的10%，且奇偶层由于空中花园的隔层设置造成楼板开洞面积、位置不同，属于抗震规范中平面不规则形状。由于12层内收尺寸突然变大，造成结构在竖向上侧向刚度不连续。导致在地震力作用下，容易使结构产生扭转变形。1层及以上各标准层均待主体验收后结合装修设置夹层，夹层主次梁采用型钢结构，楼盖采用组合楼板。形成施工阶段结构层数为18层，而使用阶段实际结构层数为27层，由于使用阶段标准层高仅为2.5m，造成框架柱净高与截面高度之比均小于4，减小了柱的延性。

　　通过整体结构计算显示，在地震力作用下，建筑物位移值较大的点出现在建筑高度的中上部，平面上的边角点。因此设计中在平面南北端部附近，利用电梯问设置剪力墙，并且尽量使剪力墙形成封闭简体，使结构抗侧刚度得到加强，减少建筑端部的扭转变形。l2层部位竖向内收造成结构偏心，在方案调整计算时发现，12层部位由于侧向刚度突变，局部产生扭转变形，引起边角部位竖向构件弯矩和剪力产生较大增量，可能成为薄弱层。采取的措施是在12层外墙局部部位增设剪力墙，以加大楼层的侧向及扭转刚度、减小偏心率及竖向构件内力附加值。经计算，增设外部剪力墙后，该楼层抗侧刚度提高了20%;抗剪承载力提高了18% ;偏心率减少了50%;地震力作用下最大层间位移减少了29%;偶然偏心影响的地震力作用下楼层最大位移与平均位移比值由1.42降至1.29;框架角柱、边柱剪力和弯矩均有不同程度减少，其中局部角柱剪力减少约4% ;竖向构件计算配筋均在合理范围内。通过以上定量分析可得，适当增加楼层局部抗侧力构件可改善竖向内收造成的不利影响，减少结构侧向刚度突变。在施工图设计中，特别加强12层及相邻层角部梁柱的截面和配筋，其抗震等级提高一级，并加强构件抗震构造措施，以提高其延性。