基于高层建筑结构设计特点和相关问题

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1、基于高层建筑结构设计特点和相关问题　　摘要：本文结合某办公楼的设计特点，对此建筑工程项目的结构方案选取、结构计算、设计构造等进行了分析，简述了作者对高层建筑结构设计相关问题的一些认知。关键词：结构选型；周期比；位移比1工程概况此办公楼工程项目建筑面积30500m2，其中包括主楼及地下3层，主楼地面以上高度63.6m，共16层，其中两层为商业用房，1层层高5m，2层层高3.9m；3层以上为办公楼，层高均3.9m。地面以下为3层地下室，地下室主要用于设备用房和汽车库，其中地下3层兼有人防。2结构选型及断面尺寸初

2、选高层建筑结构设计中应重视结构的选型，择优选用抗震及抗风性能好而经济合理的结构体系和平立面布置方案。在抗震设计中，应保证结构的整体抗震性能，使整个结构有足够的承载力，刚度和延性。7此建筑高63.6m，抗震设防烈度为8度，而且因为本建筑物为一综合性建筑，使用要求大空间及灵活隔断，所以决定采用框架-剪力墙结构体系。剪力墙尽量均匀设置于建筑物四周和中部楼电梯处，以便剪力墙布置基本均衡，减少偏心。对于建筑平面考虑企业大空间及交流展示空间所需，本案核心筒及楼梯间均位于建筑平面左侧，这对于框架-剪力墙结构体系所要求两侧

3、墙体均匀布置是不利的，因此亦尽量减少左侧墙体数量，加大右墙墙体刚度以提高抗侧均衡，右侧剪力墙从下到上厚度由400-300mm。由于地下为车库，考虑车位的限制，部分墙体在地下一层需做墙梁转换。剪力墙在框架-剪力墙体系中受力大，又是主要的抗侧力构件，为使剪力墙避免平面外挠曲，应采取一定措施。试验证明，设置边缘构件的剪力墙与矩形截面的剪力墙相比，极限承载力约提高40%，极限层间位移角可增加一倍，耗能能力增大20%左右，且有利于剪力墙的稳定性，因此抗震规范和混凝土规范中规定“1、2级抗震等级的剪力墙，其截面的端部应

4、设置暗柱、端柱或翼缘”。本工程结合建筑功能要求，在剪力墙的端部设置了暗柱、端柱；并在楼层处设有暗梁。框架柱的断面尺寸主要由柱的轴压比控制，本工程柱的轴压比控制在0.85以下，局部中柱在地下三层出现0.90，按照抗震规范沿柱全高采用井字复合箍且箍筋肢距不大于200mm、间距不大于100mm、直径不小于12mm，轴压比限值可增加0.1处理。为避免刚度突变，各种变化相互错开。3结构计算分析3.1确定结构计算的振型组合数7在做结构水平地震作用计算时，必须考虑振型的数量。采用振型分解反应谱方法时，对于不考虑扭转祸联振

5、动影响的结构，其结构计算振型数对于规则结构可取3，当建筑较高、结构沿竖向刚度不均匀时可取5-6。《高规》第5.1.13-2条也规定，在抗震计算时，宜考虑平扭祸连计算结构的扭转效应，振型数不应小于15；对于多塔楼结构的振型数不应小于塔楼数的9倍，且计算振型数应使振型参与质量不小于总质量的90%。可见，做抗震计算时必须确定适当的计算振型数量，因为当结构计算振型数增加，水平地震作用效应增大，内力和变形增大。3.2周期比的控制及层间位移比与层间位移角的要求周期比主要控制的是侧向刚度与抗扭刚度之间的相对关系，是控制结

6、构扭转效应的重要指标，使抗侧力构件的平面布置合理，避免结构出现过大的扭转。需要强调的是，设计人员不能仅简单地看周期比是否满足要求，而忽略了绝不能在第一周期出现扭转振型的这种情况。如果周期比不满足规范要求，说明结构抗扭刚度相对侧向刚度偏小，结构扭转效应明显，设计人员需要通过整体调整抗侧力结构的布置，比如增加结构周边构件刚度，削弱内筒的刚度，增设抗震墙等等，以增大结构的抗扭刚度。3.3刚度比和层间受剪承载力之比的限值7刚度比和层间受剪承载力之比都是控制结构竖向不规则的重要指标。根据这两个指标，设计人员可以分析判

7、断计算模型的结构侧向刚度是否从下而上均匀变化，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。《抗震规范》第3.4.2条对竖向不规则有明确的阐述，《高规》第4.4.2条和第4.4.3条也规定了抗震设计的高层建筑结构其楼层侧向刚度和楼层层间抗侧力结构的受剪承载力的限值。3.4刚重比与剪重比刚重比是结构刚度与重力荷载的比值，是影响重力二阶（P-△）效应的主要参数，高层建筑结构如果不能满足《高规》第5.4.1条的规定时，应考虑重力二阶效应对水平力作用下结构内力和位移的不利影响。刚重比还是控制高层建筑结构整体稳定的重要因素。

8、研究表明，高层建筑混凝土结构仅在竖向重力荷载作用下产生整体失稳的可能性很小。高层建筑结构的稳定设计主要是控制在风荷载或水平地震作用下，重力荷载产生的二阶效应不致过大。如果不能通过整体稳定验算，则有可能引起结构的失稳倒塌。SATWE软件在结构设计信息文件（WMASS.OUT）中给出了结构的整体稳定验算结果，根据计算结果，不考虑重力二阶效应进行复算。7剪重比是进行水平地震作用计算时，结构各楼层对应于地震作用标准值的剪