同济大学高层建筑结构设计大作业

在上海拟建一高层办公楼，总高控制在200m ，共58层。

场地红线范围为60m ×60m 。

试提出结构方案设计和说明。

包括：
1) 确定结构抗侧力体系和楼盖体系；
2) 结构平面尺寸和主要抗侧力结构构件的布置；
3) 给出主要结构构件的尺寸，并给出规范规定的基本要求，如截面轴压比、体积配箍率、
纵筋配筋最大值、最小值、钢筋直径、箍筋间距、边缘构件等的具体限值要求；并简单说明其目的；
4) 画出结构平面示意图、立面示意图。

设计依据：
1. 《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223
2. 《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010
3. 《上海市城市规划管理技术规定》
4.
《建筑抗震设计规范》GB50011-2010
方案设计：
1) 查《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010中3.3条得：办公楼（7度抗震设防要求）
满足B 级高度钢筋混凝土高层建筑筒体结构（筒中筒）的最大使用高度230m 。

结构抗侧力体系：钢筋混凝土筒中筒结构体系 假设办公楼层高相同，则办公楼平均高度为： ℎC =
H n =20058
=3.45m 《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010中3.6.1条得，H =200m >50m ，采用现浇楼盖结构。

如采用梁板式楼盖：H n =3.45−0.8=2.65m ≈2.6m ，楼层净高能满足建筑使用高度的要求。

楼盖体系：现浇梁板式楼盖，板厚ℎ=120mm 。

核心筒做留作电梯间，建筑顶层为凸出的设备层。

2) 结构最大高宽比限值：7度 H/B <8, B >200/8=25m 。

根据《上海市城市规划管理技术规定》，建筑红线相较于用地红线，一般高层退让至少10m 。

场地红线为60m ×60m 范围，是规则的正方形，为了充分利用土地资源，建筑平面呈正方形，内外筒均为正方形。

平面尺寸：平面呈正方形，为方便施工部署，外筒：B2=36m ，满足L B2⁄=1≤2。

内筒宽度： B1=H (112⁄~115⁄)=200×(112⁄~115⁄)=16.67~13.3m ，取B =15m 。

抗侧力结构构件布置：由《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010中9.3.5条得、外框筒柱距不宜大于4m ，取3m ，框筒柱的长边沿筒壁方向布置。

内筒贯通建筑全高，保证竖向刚度均匀变化。

内筒居中。

内筒与外筒柱中距：d =(36−15)/2=10.5m <12m ，不增设内柱。

结构构件布置如图1：
图 1 结构布置图
3)根据《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223，该建筑属于标准设防类（丙类）建筑，
上海场地土类别为IV类，七度设防（设计基本地震加速度0.1g）查《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010中3.9.4条：B级筒中筒结构抗震等级：内筒和外筒：一级。

主要结构构件的尺寸估算：
外筒：柱截面：
材料：钢筋混凝土（混凝土C60，f c=27.5N/mm2）
柱截面估算：
经验公式计算：
设计值：N c=1.25CβN
N——竖向荷载作用下柱轴力标准值（已包含活载）N=nAq；
七度抗震：β=1.05
C---中柱C=1、边柱C=1.1、角柱C=1.2/1.3
n---柱承受楼层数
A---柱子从属面积
q---竖向荷载标准值（已包含活载），筒体、剪力墙结构一般为：15~18kN/m2，
截面积：A c≥N/(αf c)；
α——轴压比（一级0.75）；
f c——砼轴心抗压强度设计值；
N c——估算柱轴力设计值；
①.负荷面积A：3×10.5/2=15.75m2
轴力N =58×15.75×15=13702.5kN ；
设计值：N c =1.25CβN =1.25×1×1.05×13702.5=17984.5kN ；
A c ≥N c /(αf c )=17984500/(0.75×27.5)=871977.27=700×1300
按考虑地震作用组合的轴向压力设计值N ：
重力荷载代表值（活荷载考虑按楼层折减，恒载取10 kN/m 2，活载取2 kN/m 2）：
S GE =G k +∑φqi Q qi =10+0.5×2×0.55=10.55kN/m 2 S =1.2S GE =1.2×10.55=12.66kN/m 2
N =nSA =58×12.66×15.75=11564.91kN A c ≥N αf c =115649100.75×27.5
=560722.9mm 2≈550mm ×1000mm
柱截面：550mm ×1000mm ，
角柱截面L 型，高规9.3.5条知，角柱截面面积取中柱的1~2倍，则1600mm ×1600mm ×400mm
外框筒梁的截面高度：H =L n 4⁄=(3000−550)/4=612.5mm 取700mm ×350mm 洞口高宽比h/b =(3450−650)/(3000−550)=1.14满足9.3.5条：洞口面积不宜大于墙面积的60%，洞口高宽比h/b ≈3.45/3=1.15。

内筒截面估算：
重力荷载代表值（活荷载考虑按楼层折减，恒载取10 kN/m 2，活载取2 kN/m 2，核心筒内2.5kN/m 2）：
S GE =G k +∑φqi Q qi =10+0.5×2.5×0.55=10.69kN/m 2
S =1.2S GE =1.2×10.69=12.83kN/m 2
N =nSA =58×12.66×3×10.5/2+58×12.83×3×15/2=28301.54kN
A c ≥N αf c =283015400.5×27.5×3000=686mm
内筒壁厚：700mm ， 外筒与内筒间的框架梁：
ℎ=ℎb (112⁄~115⁄)=(36−15)×(112⁄~115⁄)/2=1.31~0.88m 取ℎ=800, b =ℎ(12⁄~14⁄)=400~200=300 内筒筒体底部加强区高度：
H =max (2ℎc ,200/10)=20m ，取6层高 墙体轴压比限制：《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010、7.2.3条规定，一级七度剪力墙的轴压比限值为0.5。

轴压比：构件的延性随轴压比的增大而下降，构件的受压破坏特征与构件轴压比直接相关。

轴压比较小时，是受拉钢筋屈服的大偏心受压破坏，有较大的变形。

轴压比较大时，发生小偏心受压破坏，受拉钢筋未屈服，变形小。

控制轴压比是为了保证构件的延性。

墙体最小配筋率：9.1.7条、筒体墙的水平和竖向配筋不应少于两排，且竖向和水平向分布钢筋的配筋率不应小于0.25%。

核心筒和内筒的连梁宜配置对角斜向钢筋或交叉暗撑。

边缘约束构件：剪力墙约束边缘构件的竖向钢筋在满足正截面受压（受拉）承载力计算要求下，配筋率不小于1.2%，不应少于8A 16。

μN >0.3，暗柱：l c =0.20ℎw =0.2×5500=1100mm
转角墙：l c=0.20ℎw=0.2×5500=1100mm
配箍特征值：λv≥0.2，纵向钢筋的最小截面积不小于阴影面积的1.2%，不小于8A16。

筒体结构中，剪力墙比较重要，底部加强区的构造边缘构件的纵向钢筋的最小配筋为max (0.011A c,6A16)，箍筋最小直径8mm，最大间距100mm。

其他部位的构造边缘构件的纵向钢筋的最小配筋为max (0.009A c,6A14)，箍筋最小直径8mm，最大间距150mm。

其他要求：9.3.7、外框筒梁和内框筒梁的构造配筋满足：抗震设计，箍筋直径不应小于10mm，箍筋间距沿梁长不变，且不应大于100mm，当梁内设置交叉暗撑时，箍筋间距不应大于200mm。

框筒梁上、下纵向钢筋的直径均不应小于16mm，腰筋直径不应小于10mm，腰筋间距不应大于200mm。

9.1.4、筒体结构的楼盖外表宜设置双层双向钢筋，单层单向配筋率不宜小于0.3%，钢
筋的直径不宜小于8mm，间距不宜大于150mm，配筋范围不宜小于外框架（或外筒）至内筒外墙中距的1/3和3m。

纵筋配筋最大值、最小值：构件屈服后塑性铰的转角变形能力，受纵向受拉钢筋配筋率的影响，随纵筋配筋率的增大而线性增大，为了避免过早屈服，这么回答屈服时的变形能力，提高延性和耗能能力，控制纵筋配筋率的最小值。

控制最大是为了防止构件卸载时的，混凝土受拉破坏。

箍筋间距：保证箍筋对核心混凝土的有效约束。

4)结构平面示意图、立面示意图见PDF图纸附件。