某高层建筑结构设计的探讨

某高层建筑结构设计的探讨

摘要：本文结合某工程实例，对该工程项目的结构、规模等工程概况及结构超限认定，详细分析本工程的结构计算及抗震技术措施，并对该项目的结构设计进行了探讨。

关键词：高层建筑；结构设计；抗震技术；工程实例

中图分类号：tu318文献标识码： a 文章编号：

1工程概况

某工程项目的主体建筑高度99．10m，建筑层数32层，1～5层为酒店裙房，5层以上双塔楼，在5层设置一个千人宴会大厅，要求在29．6m×58．8m，空间内不设结构柱，并且大宴会厅屋面设置为网球场及游泳池。1号楼为大公寓办公楼，共2l层，总高99．1m；2号楼为酒店主楼，共29层，总高为98．6m。建筑基本风压取=0．95kn ∕m2，地面粗糙度为b类，抗震烈度为ⅶ度，设计地震分组为一组，场地类别ⅱ类。

2结构超限认定及采取的措施

2．1超限认定

由于建筑功能复杂，为满足建筑底部大空间的需要，工程采用框支剪力墙结构体系，转换层设在5层，采用梁式转换，属于高位转换。转换层以上为双塔结构，其酒店主楼为错层结构，主体建筑高度99．1m，因此该工程属于错层、超高、超限的复杂高层建筑结构。

2．2错层

由于各功能区的层高要求各不相同，且在同一个功能区还有跃层、错层等要求，造成工程的层高非常复杂。为了真实地模拟这种层高的变化，在建立结构分析计算模型的时候，对裙房以上两主楼采用satwe多塔进行定义，以解决两主楼各自层高不同问题。对同一塔楼内结构错层，按实际层高建模，对错层楼板均设为弹性膜，真实计算楼板平面内刚度。

2．3平面不规则

在结构平面布置，该工程两个主塔楼布置在建筑的左右两个端部，劲性钢筋混凝土柱、剪力墙等主要承重和抗侧力构件都布置在建筑物的两个端部；建筑的中间部分为酒店的大堂、千人宴会厅等酒店附属功能设施区域，该部分从底层到转换层标高都要求结构布置为大空间或超大空间，不允许设置有剪力墙甚至柱子。这样就造成建筑转换层以下部分的抗侧力性能主要集中在裙房建筑物的两端，中间部分的抗侧力刚度相对较小。由于千人宴会厅在裙房中部四层，无法将建筑物分为三段，因此将整个建筑物不设抗震缝进行整体受力分析，同时对两幢主楼部分(不带中间裙房)分别单独计算，三个模型均应满足国家规范要求。

2．4高位转换

高位转换在我国现行的相关结构设计规范及规定中规定属于超限结构。在结构的弹性工作阶段，转换层以上的框支剪力墙与转换层以下的落地剪力墙所承担的水平地震力的大小基本相当，转换层以下的剪力绝大部分由落地剪力墙承担，此时的框支柱承担的水平

剪力很小。

而结构进入弹塑性工作阶段，一股是落地剪力墙首先出现裂缝或塑性铰进入塑性工作状态，其具体表现为落地剪力墙的水平抗侧刚度降低，落地剪力墙所承担的水平地震剪力向框支柱转移，此时框支柱就成为了整个结构中的薄弱部位。对高位转换结构而言，更是如此，因此在高位转换层结构设计时，应该对框支柱的抗震性能及其延性设计更加重视。

本工程具体采用以下加强措施：①增大核心筒及落地剪力墙的墙厚度，以加大核心筒和落地剪力墙的水平抗剪能力；②采用型钢混凝土框支柱，以改善框支柱的延性及其他抗震性能；③调整计算模型，使得在水平地震荷载作用下，结构的转换层上下及相邻层的相对位移角尽量无突变，水平变形曲线尽量平滑。

2．5预应力型钢混凝土梁

本工程对跨度在20m的梁，采用预应力混凝土结构，对屋面跨度30m梁采用预应力型钢混凝土，具体做法如下：

(1)采用1860级有粘结低松弛钢绞线与无粘结钢绞线束混合配置，混凝土强度达到c30时，开始张拉，张拉控制应力为1302mpa，采用双控，超张拉3%，端锚具采用夹片锚，固定端锚具采用挤压锚。

(2)20m跨度预应力混凝土梁，梁截面为500×1500，采用预应力束29束，其中有粘结21束，无粘结8束仅用于提高抗裂，不参与强度验算。

(3)30m跨度预应力型钢混凝土梁，梁截面为600mm×1600mm，

型钢采用工字钢，钢梁腹板高度1400mm，钢板厚度16mm；翼板宽度400mm，钢板厚度30mm；因强度要求已满足，采用预应力束20束，均为无粘结束，仅用于提高抗裂，不参与强度验算。

3结构计算及抗震技术措施

3．1利用程序软件进行结构整体及局部分析

本项目采用satwe、pmsap进行整体计算，并采用etabs进行复核。对转换梁及框支柱采用feq进行复核配筋，预应力采用prec 进行计算配筋，采用pmsap进行弹性动力时程分析。

3．2本工程实际采用的主要抗震技术措施

(1)本项目属于平面及竖向均不规则的结构，因此在结构平面布置时，力求竖向构件尽可能地均匀布置，以减少结构的整体扭转效应。

(2)框支层及以下各层均为结构的薄弱层，在进行结构设计时必须进行概念性加强，提高框支柱的抗震性能及其延性，如对框支柱与落地剪力墙的弯矩与剪力调整，框支柱的轴压比按0．55进行控制，框支柱纵向钢筋的配筋率提高到1．20～1．40%，框支柱箍筋的体积含箍率提高到1．50%等。在设计落地剪力墙的分布钢筋时，考虑到本项目为高位转换结构分布钢筋配筋率取为0．3～0．4%，以提高落地剪力墙自身的抗震性能和延性，减轻端部暗柱负担。

(3)剪力墙从正负零至转换层以上两层墙体都定义为加强区，分布筋的配筋率也取为0．3～0．4%，框支柱部分纵筋上升到上一层剪力墙。

(4)连梁以低连梁为主。以弯曲变形为主的长粱视为普通框架梁。为了确保作为耗能元件的连梁的延性，在辅助计算和构造上实现强剪弱弯，强压弱拉等设计原则，部分连梁增设暗撑进行加强。

(5)框支梁能较好地和上部墙体共同工作，按有关规范设计即可。为安全起见，按照转换大梁的设计方法，对其剪压比作适当控制，取0．10～0．15。

(6)转换层楼板采用双层双向配筋，每向配筋率不小于0．25%；大屋顶楼板板厚设计为150mm，双层双向配筋，配筋率满足计算要求，且不低于0．25%。

3．3结构计算的主要结果

3．3．1satwe和pmsap分析结果

satwe和pmsap的主要计算结果如表1所示。从表1可以看出：

(1)第一及第二周期均为平动周期，第三周期为扭转周期，第三周期与第一周期的比值均小于0．90，满足《高规》要求，表明结构布置合理。

(2)结构在计算地震作用下，双向地震作用下楼层的最大位移与该楼层平均位移的比值均小于1．5倍限值，满足规范要求。最大位移满足规范1∕800之规定，且接近规范限值。x向及y向位移接近，显示整体结构刚度合理，布置均匀。

(3)根据《高规》中计算转换层上、下结构侧向刚度比的计算公式，本工程均满足规范要求。

(4)从satwe与pmsap两种程序计算的比较来看，周期、层间位