北京中外建建筑设计有限公司深圳分公司
摘要：近年来，建筑事业的发展也在突飞猛进，高层建筑的建设也越来越多，高层建筑结构体系也呈现出多样化的发展趋势。本文结合高层建筑结构实例，对其结构体系、布置及结构性能化设计进行分析。
关键词：高层建筑；结构设计
1 工程概况
图 1 建筑立面效果
某建设项目，共有 3栋高层建筑，分别为 5号楼、6号楼和 7 号楼，地上部分通过设置抗震缝分为 3 栋独立的建筑。其中，5 号楼采用框架-核心筒结构体系，地上部分共 4 层，下部几层为酒店配套用房，低区和中区为办公用房，高区为酒店，结构高度为 181.700 m，最大建筑高度为 201.7 00m；6号楼采用框架-核心筒结构体系，地上部分共 25 层，下部几层为商业用房，上部为办公用房，结构高度为 96.700 m，最大建筑高度为 106.700 m；7号楼采用少墙框架结构体系，地上部分共 6 层，均为商业用房，结构高度为 34.000 m，最大建筑高度为 37.000 m。该项目的建筑立面效果如图 1 所示。3 栋高层建筑均有 3 层地下室，在±0.000 以下部分地下室连为整体，层高分别为 5.6，4.8，4.8 m（从上到下）。塔楼分别与地下室部分设置沉降后浇带。笔者主要针对 7 号楼高层商业建筑进行结构分析与设计。
2 主要设计参数
该工程建筑结构安全等级为二级，结构重要性系数为 1.0，地基基础设计等级为甲级，抗震设防烈度为 7 度（0.10g），抗震设防类别为乙类（7号楼为大型商业建筑），设计地震分组为第一组，建筑场地类别为Ⅲ类，设计特征周期为 0.45 s，结构阻尼比为 0.05，建筑场地地面粗糙度类别为 B 类，50 年重现期基本风压为 0.40 k N/m2，10 年重现期基本风压为 0.25 k N/m2。7号楼抗震等级如下：地下1层－屋面取框架一级，剪力墙一级；地下2层－地下3层取框架二级，剪力墙二级。
3 结构体系与结构布置
7号楼为大型商业建筑，建筑业态比较丰富，建筑平面比较复杂，有商业、电影院宴会厅、水族箱等，并且 2－4 层局部有汽车库夹层。地上部分共 6 层，1 层层高为 6 m，2－6 层层高均为 5.6 m，结构高度为 34.000 m，最大建筑高度为 37.000 m。经过前期结构方案的比选，选择钢筋混凝土少墙框架作为 7号楼的结构体系。
4 结构性能化设计
4.1 结构设计性能指标
根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3－2010）第 3.11 章节的规定，经过分析并结合以往设计经验，确定了该工程的各个构件抗震性能目标如表 1 所示。
注：①关键构件为剪力墙底部加强区轴压比大于 0.30 的墙肢、大跨度及大悬挑梁、转换梁、转换柱、穿层柱以及底部加强区楼层框架柱；②中震、大震根据《抗规》反应谱和其对应的时程分析进行设计；③中震计算采用等效弹性方法，即考虑连梁刚度折减 0.5，以及周期折减 1.0。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
图 2 地上 1 层剪力墙布置（虚线框内）
4.2 结构体系及模型对比分析
在建筑平面较为复杂的商业建筑结构中，结构的扭转效应比较突出，周期比、扭转位移比往往不能满足《高规》要求，扭转周期比大于0.9或者扭转位移比大于1.5，造成结构抗震性能很差，采用框架结构体系较难满足《高规》要求。实际建模过程中为了对比不同结构体系的差别，采用了加少量剪力墙与取消剪力墙的模型对比，以及夹层计入模型与仅考虑夹层荷载的模型进行对比。经过对比分析，笔者采用了少墙框架结构体系及仅考虑夹层荷载的计算模型。
4.2.1 少墙框架结构与纯框架结构的对比
为了解决框架结构整体性不足以及商业中庭、影院等大开洞引起的结构整体扭不规则，该结构采用少墙框架结构体系，在建筑的四周及楼梯间、坡道处布置了少量的剪力墙如图 2 所示。
采用将地上剪力墙改为框架梁的方法，对比少墙框架结构与纯框架结构的整体指标，如表 2所示。
通过表 2可知，加上少量剪力墙后，结构的整体刚度明显增加，扭转效应也相应减小许多；且取消剪力墙的纯框架体系的层间位移角满足《高规》框架结构 1/550 的限值，说明该结构的框架可以满足整体刚度的要求，体系是安全的。
根据《高规》8.1.3 条，当结构底层框架部分承受的地震倾覆力矩与结构总地震倾覆力矩的比值大于 50%且小于 80%时，按照框架-剪力墙结构进行设计，其中最大适用高度可比框架结构适当增加，框架部分的抗震等级和轴压比限值按框架结构的规定采用。
该结构框架柱承担了较大部分的地震剪力及倾覆力矩，如表 3所示，其中倾覆力矩超过了 60%，说明少墙框架中剪力墙并不能完全充当抗震的第 1 道防线，地震发生时剪力墙会先屈服破坏，之后框架柱便会吸收更多的地震力，接近框架结构体系。因此实际配筋设计过程中，少墙框架结构，其框架部分的地震剪力，采用框架结构模型和框架-剪力墙结构模型两者计算结果的较大值。框架模型是将少墙框架模型中的剪力墙删除，同时将剪力墙的自重作为线荷载加到框架结构模型中去，框架的抗震等级按框架结构选取。
4.2.2 整体建模中考虑夹层结构与只计入夹层荷载的对比
为了满足建筑的一些特殊要求，商业建筑局部存在夹层的现象越来越普遍。由于夹层往往只占整个建筑的一小部分，建模过程中，如果将夹层计入模型（见图 3），会导致夹层上下楼层的刚度突变，且整体信息的统计也会失真，因此实际工程中一般采用不计入夹层仅考虑其荷载的整体模型。但是由于夹层范围内的结构柱及楼板，会增加结构的整体刚度，吸收一部分地震力，只是考虑夹层荷载的模型，不能真实反映夹层对整体结构的影响及夹层范围内的框架柱及框架梁配筋。因此，笔者采用对比模型，设计中对夹层上下的柱及剪力墙进行包络设计，并加强夹层周围 2 跨的柱配筋。
通过表 4 可知，建模计入夹层时结构的整体刚度略有增加，但扭转效应基本没有影响，且结果显示对结构更有利，因此采用未将夹层计入的模型对整体计算影响较小，模型是合理的。
通过对比计算发现，两个模型对柱子两侧配筋影响不大，基本按照构造配筋，但对于角部钢筋有影响，其中夹层模型的柱角部配筋较大；由于按荷载输入的模型，楼板承担的荷载失真，而夹层模型的荷载准确，因此楼板及梁的配筋需要按照夹层模型考虑；两个模型对剪力墙边缘部分配筋影响不大，对水平分布筋有一定影响，夹层模型水平分布筋局部剪力墙配筋相对较大，因此实际配筋过程中需要综合两种模型，取包络设计。
5 结束语
笔者对于建筑平面及竖向比较复杂的大型公共建筑，从结构体系和结构布置出发，根据规范要求，对超限商业结构进行了整体分析和局部专项分析；通过采取结构计算措施及加强措施，使结构满足抗震构造要求；通过加强结构薄弱部位设计，使结构及结构构件达到承载力及正常使用要求。
论文作者:刘洪明
论文发表刊物:《基层建设》2016年8期
论文发表时间:2016/7/14
标签：结构论文; 夹层论文; 模型论文; 框架论文; 建筑论文; 框架结构论文; 剪力墙论文; 《基层建设》2016年8期论文;