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摘要：高层建筑工程设计中结构方面的设计可以说是至关重要的一个方面，如果高层建筑的结构方面出现了较多问题和缺陷，势必会影响到整个高层建筑的应用价值，因此对高层建筑结构设计进行有效分析和优化，是十分必要的。本文主要结合工程实例分析高层建筑结构分析与设计。
关键词：高层建筑；结构；分析；设计
1 工程概述
某高层建筑工程总建筑面积约240000m2，该项目用地为D1、D2、G/M和H地块。D1地块主要用于办公，办公塔楼共41层，结构总高度189.6m；D1地块裙房6层，结构标高41.6m；其他地块为裙房，主要用途是商业、餐饮以及娱乐。D1地块包括4层地下室，地下1层主要用于商业和餐饮，其他各层地下室用作停车库和设备房。
结构设计使用年限为50a，安全等级为二级。抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度值为0.10g。承载能力极限状态计算时基本风压取0.9kN/m2，风荷载作用下结构水平位移计算时基本风压取0.75kN/m2，地面粗糙度为C类。
2 基础设计
本项目工程地质条件较好，采用成孔质量高的人工挖孔灌注桩基础，墙下或柱下布桩，传力明确。D1地块塔楼桩基以中风化花岗岩作为持力层，核心筒外壁及外框架柱下桩径为2400mm/3600mm（桩径/ 扩大头直径），桩长6～9m，桩身混凝土强度为C40，单桩承载力特征值为55300kN；核心筒内墙下桩径包括1200mm/1800mm、1400mm/2000mm及1800mm/ 2600mm，桩长6～8m，桩身混凝土强度为C40，单桩承载力特征值分别为13800kN,18800kN,31100kN。核心筒承台厚度为2000mm，D1地块其余部分地下室底板厚度为900mm。
D1地块裙房桩基为抗压兼抗拔桩，以中风化或微风化花岗岩作为持力层，有效桩长不小于6m，桩身混凝土强度为C30，桩径范围1200~1700mm，扩大头直径取2倍桩径，抗压承载力特征值9900~17600kN，抗拔承载力特征值500~7500kN。塔楼与裙房地下室部分连为一体，塔楼周边设后浇带。桩基平面布置见图1。
图1 D1桩基平面布置图
3 结构体系
塔楼结构高度189.6m，采用现浇钢筋混凝土框架核心筒结构。对于超高层结构在竖向适当位置设置加强层可以有效增大结构侧向刚度减小层间位移，但在地震作用下，加强层的设置将会引起结构刚度、内力突变，并宜形成薄弱层，结构的损坏机理难以呈现“强柱弱梁”和“强剪弱弯”的延性屈服机制，在地震区采用带加强层的框架-核心筒结构宜慎重，并需采取有效措施。本项目塔楼平面尺寸为46.5m×39m，宽高比满足《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3—2010）1/7限值要求；核心筒平面尺寸为25.35m×19.1m，宽高比满足高规1/12限值要求。建筑在17层和30层分别设置有避难层，在避难层的位置对楼面梁的截面尺寸做了适当加大，塔楼结构体系不需要布置环带桁架和伸臂桁架。考虑结构竖向布置具有合理的刚度和承载力分布，塔楼与裙房之间在地面以上设置抗震缝，形成相对独立的结构单体，避免形成复杂高层建筑结构中的大底盘结构；地面以下连为一体，设置后浇带。
塔楼2层楼面由于首层建筑大堂挑高要求开洞面积较大，内框架梁和部分楼板缺失，形成结构概念上的薄弱部位。对第1层和第2层的外框柱采用钢管混凝土组合柱，并上下各延伸一层。塔楼底部加强部位核心筒剪力墙和框架抗震等级提高为特一级，非底部加强部位剪力墙和框架抗震等级为一级。梁、板混凝土强度等级为C30，柱、墙为C60~C30，沿结构高度从下往上逐渐变化；核心筒外壁厚由700mm 逐渐过渡到300mm，核心筒内墙典型厚度为250mm，外框柱截面由1700mm×1700mm 逐渐过渡到800mm×800mm，外框梁截面为600mm×800mm，避难层加宽为700mm ×800mm， 内框架梁为700mm ×600mm、800mm×600mm，避难层加高为750mm。沿竖向剪力墙和框架柱不同时变截面，竖向构件截面和混凝土强度不同时变化。为保证地下室顶图板的嵌固作用，顶板板厚取180mm。办公塔楼典型结构平面布置见图2。
图2 塔楼典型结构平面布置
4 结构超限情况和抗震性能目标
办公塔楼不属于特别不规则和严重不规则结构，但存在高度超过B级高度钢筋混凝土高层建筑最大适用高度的问题。根据规范对超限高层建筑工程抗震设防的相关设计规定，本工程分别进行了低于地区设防烈度的多遇地震作用及风荷载作用下弹性阶段的计算分析、相当于地区设防烈度地震作用下的弹性及不屈服计算分析及高于地区设防烈度的罕遇地震作用下静力弹塑性计算分析，并结合各种设防水准下的分析结果对结构进行了抗震设计加强，确保结构对应各类设防水准下抗震设防目标的实现。抗震性能目标定为C 类，见表1。
5 结束语
本文介绍了某高层结构的特点及性能化设计方法。分析表明，主要抗侧力构件性能满足《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3—2010）性能目标C 的要求，相关分析思路和设计方法可为高层建筑结构的设计提供参考。
参考文献
[1]JGJ 3—2010高层建筑混凝土结构技术规程[S].
[2]GB50009—2012 建筑结构荷载规范[S].
[3]DBJ/T15-46-2005 广东省实施《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3—2002）补充规定[S].
论文作者:李勇文
论文发表刊物:《基层建设》2017年第23期
论文发表时间:2017/11/8
标签：结构论文; 塔楼论文; 地块论文; 高层建筑论文; 承载力论文; 核心论文; 框架论文; 《基层建设》2017年第23期论文;