分析高层建筑钢筋混凝土结构设计问题

陈同舟

（桂林市城市规划设计研究院　广西桂林　541002）

如今，建筑的高度越来越大，且建筑体型日趋复杂，而钢筋混凝土仍是建筑最常用的结构形式，这就对结构设计提出了很高的要求，在实际的设计工作中，必须充分考虑多个方面的影响因素，以此保证设计的合理性、可行性与经济性。

1　工程概况

某高层建筑工程为一座商住两种综合性建筑，设2层地下室，用于车库与设备用房，地上部分主要由三栋主楼（1～3#）与一栋裙楼构成，地上1层至地上2层用于商业，其余楼层全部用于住宅。其中，3#楼地上19层，建筑高度为58.5m，和地上2层的裙楼采用伸缩缝联结；1#、2#楼地上18层，二者顶部两层联结，建筑高度为64.5m，1#、2#楼和地上2层裙楼之间采用连廊连接，在主楼和连廊之间布置伸缩缝。现围绕本建筑工程实际情况，对其钢筋混凝土结构设计做如下深入分析。

为满足建筑使用功能方面的要求，1#、2#楼设计采用框剪结构（图1），在底部局部布置转换剪力墙，于地上3层的顶面设置转换层。因采用两种不同而又十分复杂的结构，并且结构体系的体形十分复杂，所以需按超限结构予以送审。建筑所在场地设防烈度取Ⅵ度，地震加速度取0.50g，场地类别为Ⅳ类，将抗震设计等级确定如下：剪力墙结构抗震设计等级为Ⅲ级，框支柱抗震设计等级为Ⅱ级，框架结构抗震设计等级为Ⅲ级。建筑基础主要为桩基础，为切实满足功能要求，应在结构设计过程中，做好以下处理：①选择连接体结构设计方案；②对结构内力进行分析计算，并采取构造措施；③对转换层上的构件进行计算，并确定适宜的构造措施[1]。

图1　框架剪力墙

2　结构设计与计算结果

2.1　计算单元

因本工程由三栋主楼与一栋裙楼构成，主楼通过地下室结构顶板连接，因地下室存在很多墙体，且顶板的厚度可以达到250～300mm，刚度相对较大，所以将其上部结构对应的计算点确定为±0.000，将计算单元分成三个不同的部分：第一部分为3#楼；第二部分为裙楼；第三部分为1#、2#楼。

2.2　建筑基础与地下室结构设计

如前所述，本工程基础为桩基础，采用钻孔灌注桩，其桩径按上部荷载选择，工程的主楼桩基为φ800，裙楼为φ700。根据地质勘察报告，将圆砾层作为基础的持力层，桩端需嵌入2.5～6.4m，桩长在48.1～56.1m范围内，单桩承载能力为3500kN与4100kN[2]。

建筑所设地下室结构整体呈L型，局部设人防地下室，其等级确定为6级，整体结构东西、南北两个方向上的长度分别为150m和120m，未设伸缩缝，此外，在横、纵向上布置若干后浇带，来减小由于温度变化等因素对结构造成的影响。后浇带之间的距离按40m控制，保证施工质量[3]。

2.3　结构的选型与布置

因建筑总体平面狭长且较为复杂，所以在连体结构的两侧，主楼的刚度、体形与平面应尽可能保持一致，以此减小或避免耦联振动。早期设计方案为在主楼之间布置喇叭状平面，柱距为北小、南大，分别为16.8m和29.4m。对于连接体结构，设计采用下层钢骨梁，将其作为可靠的转换结构，用于对整体结构予以支撑。对这种结构进行估算可知，钢骨梁的截面很大，对施工会造成影响。通过综合对比与分析，决定在轴间增设两处柱子，保证连接体结构有相同的柱距，即保持在16.8m。主体结构和连接体为刚性连接，在每层上布置钢筋混凝土梁，用作连接主梁，确保连接处刚度，形成整体，保证受力和变形的整体性与协调性。因主梁高度相对较大，所以连接体结构层高应为主楼层高的两倍，只有这样才能满足空间方面的实际要求[4]。

对连体结构而言，因其振型十分丰富，同时平动振型和扭转振型相耦合，所以在设计计算过程中，应考虑平、扭耦联，以此确定结构的扭转效应，同时考虑双向地震作用的影响；对于连体部分，其十分复杂，需按弹性楼盖实施分析计算。因相连的两个主楼在体型上十分相似，而且间隔距离又很近，所以在确定风荷载时，应重点考虑相互作用与影响，在体型系数的基础上乘以一定增大系数，同时对于处在底层的楼板，还应考虑风吸力可能造成的影响。

表1　结构扭转耦联条件下的周期与振型计算结果

在结构设计中，采用分解反应谱的方法进行计算，其结果如表1所示。

从表1可以看出，结构的自振周期处于合理范围之内，以结构扭转为核心的周期和以平动为核心的周期比经计算为0.85，符合现行设计规范的具体要求。当结构受到地震力作用后，层间位移不超过1/1791，而顶点位移不超过1/2048，由于都处在1/800以内，所以也可满足现行技术规范的要求[5]。

3　结构抗震加强措施

3.1　转换结构

因本工程所用结构十分复杂，所以其转化层为典型薄弱层，在抗震方面应有目的性的予以加强，具体措施有以下几种：①在框支梁、柱与剪力墙的底部，将抗震设计等级提高一个等级；②对于薄弱层结构，其地震剪力应乘以一定增大系数，其一般取1.15，同时，还应对框支柱自身剪力实施调整；③对于框支梁、柱，其设计必须满足现行规范提出的具体要求；④框支梁所处楼层板体厚度增加至180mm，同时在双层、双向布置加强构造[6]。

3.2　连接结构

本高层建筑工程为I类扭转不规则，从震害资料中可以看出，在收到地震作用后，连接体结构将产生严重破坏，并使连接体结构和主体结构之间的连接处产生破坏，所以在结构的抗震设计过程中，应采取以下加强措施：①连接体结构和与之相邻的构件，其抗震设计等级应提高一个等级；②将楼板的厚度加大至150mm，并在加强连接处附近进行配筋，按双层、双向布置，并达到贯通，同时对边梁处的构造与配筋予以加强；③对连接结构底部配筋予以加强；④做好连接结构下层设计，将其视作薄弱层，进行必要的特别设计[7]。

4　结束语

综上所述，当结构体系较为复杂时，应格外注重其合理布置；对于建筑中的连接体结构，应尽可能确保连体结构上的所有部分都有相近的刚度、体型，以此防止连体结构产生耦联振动，并对这种结构的转换层与连体结构，采取合理有效的抗震加固措施。