高层建筑结构设计的探析

谌斌

摘要：本文主要结合工程实际，对其结构单元和工程设计特点进行了探析，以供类似工程参考。

关键词：高层建筑;结构设计

1   工程概况

本项目是一个集商业、SOHO 办公为一体的大型城市综合体地产开发项目，分为 A 楼和 B 楼两部分。A 楼设计为包含一个商业裙房、六栋高层 SOHO 办公塔楼（A1#楼地上（15 + 1）层，A2#～A4#楼均为地上（26 + 1）层，A5#～A6#楼均为地上（25+1）层）和五栋地上（4+1）层商业会所塔楼（A7#～A11#楼）的城市综合体，B 楼设计为地上（4+1）层的商业综合体。设 1 层地下室，局部为乙类常 6 级人防地下室，平时作为停车库使用。总建筑面积 17008㎡，其中地上 11888㎡，半地下建筑面积 24212㎡，地下建筑面积 26988㎡。建筑最大总高度为98.8m（93.2m + 5.6m）。建筑剖面图见图 1。

图1 建筑剖面图

本工程除商业裙房抗震设防类别为乙类建筑外，其它建筑均为丙类建筑。抗震设防烈度为 6 度，设计基本地震加速度值为 0.05g，设计地震分组为第一组。场地类别为Ⅱ类，设计特征周期为 0.35s。基本风压按 50 年重现期为 0.35kN/m2，地面粗糙度为 B 类，对于房屋高度大于 60m 的高层建筑，承载力设计时风荷载计算按基本风压的 1.1 倍采用。

2   结构单元

本工程因地势高差，底层商业西面开敞，为避免形成多塔，且商业裙房部分结构超长，故需设置防震缝，防震缝从底层（-5.600m）处以上设置，将建筑划分为几个受力明确、清晰的独立结构单元，各结构单元均嵌固在地下室顶板（-5.600m 处）上。

结构防震缝设置

结合工程平面及立面特点，防震缝位置的设置见图2。建筑人防设计面积计算方法如下：A 楼：地上建筑，高层部分分为六栋超过 10 层的建筑，并通过二层的连接体（裙房）连接，该连接体与其相连的十层以上建筑物通过结构断缝在结构上完全脱离。故 A 地块人防面积计算如下：按结构断缝位置，高层部分按首层建筑面积计算;连接体按该部分建筑面积的 2%设计人防。B 楼：地上建筑为 4 层，按该部分建筑面积的 2%设计人防。

圖2 防震缝设置位置

本工程防震缝设置的位置有利也有弊，优点是结构形状相对规整，楼板相对连续完整，有利于控制扭转，结构计算概念清晰，避免结构超限。具体分析防震缝 3 跟防震缝 6 为何这样设置，根据建筑人防设计面积的要求，结合工程各塔楼情况及地方规定，A 楼高层SOHO塔楼（除 A1#楼外）均沿塔楼周边设结构缝与裙房断开，这样可尽量地减少人防设计面积，可节省工程造价。由于 A1#塔楼沿塔楼周边设结构缝时，即防震缝 3 下移至与防震缝 4 齐平时，塔楼偏置计算如下：

大底盘第 2 层质心  X 向：Xm =29.67m

Y 向：Ym = 0.86m

塔楼第 3 层质心   X 向：Xm =28.40m

Y 向：Ym = 10.20m

大底盘第 2 层   等效宽度 B =66.280m

等效高度 H =36.850m

结构塔楼与大底盘的质心偏心距与大底盘相应边长的比值为：

X 向：（29.67 - 28.40）/66.280 = 2.0% < 20%

Y 向：（10.20 - 0.86）/36.850 = 25.4% > 20%

为了避免为超限结构，防震缝 3 按图 2 所示划分，塔楼与大底盘的质心偏心距情况如下：

大底盘第 2 层质心X 向：Xm =35.00m

Y 向：Ym = 7.13m

塔楼第 3 层质心X 向：Xm =28.40m

Y 向：Ym = 10.20m

大底盘第 2 层等效宽度 B =66.280m

等效高度 H =51.750m

结构塔楼与大底盘的质心偏心距与大底盘相应边长的比值为：

X 向：（35.00-28.40）/66.280 = 10.0% <20%

Y 向：（10.20-7.13）/51.750 = 7.0% <20%

由于防震缝 6 设置的位置对人防设计面积无影响，若往右挪一跨设置在 B 楼主楼周边，则 B 楼主楼周边需增设一排框架柱，形成双排框架柱，不利于建筑功能使用，而且下沉广场处会形成大开洞，楼板连接薄弱，不利于结构抗震设计。

缺点是 A 楼高层 soho 塔楼沿塔楼周边设结构缝与裙房断开，塔楼周边的防震缝弯折较多，且防水处理较不利，建筑需做特殊节点处理。若对工程造价能适当放宽时，建议高层塔楼周边的防震缝重新划分为较规整的平面，减少弯折，且尽量把防震缝设置在裙房屋面上（会增加人防设计面积），这样有利于防水处理，且裙房分成的各个独立结构单元较为规整。

3   工程设计特点

3.1 底层商业单面开敞

底层商业西面开敞，其它三面与土体接触。若采用钢筋混凝土外墙挡土时，外墙的刚度对整体刚度的贡献非常大，模型是否考虑外墙的刚度对计算结果影响较大。经分析，模型计算时，底层外墙按不参与整体计算较为合理，此时对外墙应考虑与主体结构脱开设计，设计方案见图 3。外墙按下端固定，上端铰接计算设计，土体压力及水压力对主体结构的侧向作用按框架柱等效节点水平力输入整体模型计算中。根据地质勘察报告，本工程因西侧临近河，且该地区的水浮力较高，抗浮水位取为室外地面处，有坡度处抗浮水位按坡度取。考虑到若采取外墙挡土做法，会导致抗浮水位高度较高，对地下室的抗浮影响较大，增加工程造价，故本工程地下水宜采取降水处理措施，即在建筑底层周边设置永久性挡墙 + 明沟排水。一方面避免了底层土体压力及水压力对主体结构的侧向不利作用，另一方面抗浮水位可取为西面室外地面处，大大减小抗浮水位的高度。