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