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摘要：高层建筑越来越趋于复杂化及多样化，各种不规则结构形式给结构设计提出了更高的要求。本文根据工程案例，对某复杂办公建筑的结构设计遇到的难点与问题进行分析，供同行借鉴参考。
关键词：办公建筑；结构设计；抗震；平面不规则
前言
高层办公建筑主要体现在平面不规则、竖向不规则等方面，主要的结构形式有错层结构、带加强层高层建筑结构、带转换层、竖向体形收进、大悬挑结构等形式，为确保结构的安全性及经济性，设计师必须设计出合理的结构设计方案。
一、工程概况
某建筑工程地上20 层，地下 1 层，主楼 5~20 层为办公层，层高 3.5m，建筑主体高度达到 79.0m，室内外高差为 0.6m。为适应建筑立面造型的需求，该工程的地下车库、裙房、主楼之间，1#~3# 主楼相互之间均未设置结构缝。其建筑平面示意图及建筑侧立面示意图如图 1、图 2 所示。该工程的结构特点主要有：(1)结构平面布置1/h=1.48,1/B ,二一0.6,不满足《高层建筑混凝土结构技术规程》第3.4.3条规定，属平面不规则结构。(2)结构竖向布置H,/H=0.33且B,/B=0.66，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》第3.5.5条及第10.6.1条规定，属竖向布置不规则。经PKPM建模试算后发现，本工程的周期比小于0.8，位移比均小于1.2，故虽然属于复杂高层建筑结构，但依据<超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点>附录1中表2判定，只占2项(凹凸不规则及竖向尺寸突变)不规则，不属于超限高层，也无需上超限审查专家会。
图 2 建筑侧立面示意图
二、建筑结构的方案设计
（一）明确结构设计概念
结构的概念设计是以工程概念为依据，不用计算，用符合工程客观规律的方法，对建筑结构做一个定性的分析。由于高层建筑结构的复杂性，发生地震时地震动的不确定性，导致部分设计结果目前还无法定量计算出来，因此，必须注重复杂高层建筑的结构概念设计。可以从以下几方面考虑:（1）确保高层建筑结构的规则性与均匀性;（2）选择合理的结构系，明确结构竖向荷载和水平荷载的传力途径;（3）保证合理的结构整体性及延性;（4）确保科学的耗能机制，要有多道抗震防线;（5）尽可能使空间整体受力，其能够在一定程度上提升结构构件材料的利用率。
本工程结构体系采用的是钢筋混凝土框架剪力墙，框架及剪力墙的抗震等级均为1级。由于建筑在5层顶板处竖向发生体形收进，故根据《高层建筑混凝土结构技术规程》第10.6.3条的规定，对主楼与裙房相连的外围柱、外围墙从一1层顶至6层顶的范围内，提高纵向钢筋的配筋率，柱箍筋全高加密，剪力墙设置约束边缘构件，柱、墙的抗震等级提高至特1级厂以此增强竖向构件的延性，保证主楼与裙房整体工作。
（二）复杂高层建筑结构的技术特征
高层建筑结构的设计具有较高的复杂性，针对这一特点，必须首先采取相应的技术处理措施。在高层建筑结构设计过程中，要选择合理的结构抗侧力体系，对剪力墙以及斜撑等侧向刚度较大的结构构件，在平面布置的确定过程中要考虑多方面因素，对建筑物四角要加强设计，以提升其抗扭刚度，避免出现结构扭转效应。其次，要进行必要的抗震性能化设计，对关键位置抗震性能设计目标进行深入了解，并在此基础上对中震、大震的抗震性能进行验证与此同时，要对技术分析及研究工作给予高度重视，常见的有时程分析、多种分析软件的对比等。为了降低楼面自重，可以选择组合楼板、空心楼盖等楼盖形式。另外，关键楼层处及大洞口位置要给予相应的楼板加厚处理，或通过加强配筋，使楼层的整体性能得到提升。除此之外，为了提升高层建筑结构的抗震性能，可以局部增设屈曲支撑、采用型钢混凝土墙、柱等。
（三）结构抗侧力体系的选择
结构抗侧力体系的有效选择是确保复杂高层建筑结构安全性的重要条件。在对结构抗侧力体系进行选择时，需要考虑多方面因素。结构抗侧力体系的能力要与建筑物的需求相一致，根据以往复杂高层建筑的设计经验及不同高度建筑的具体实践，常用的结构抗侧力体系为表1所示。通常，结构抗侧力构件尽可能采用组合、连接的模式，打造成为混凝土筒体或组合墙体的形式，提升整体性及安全性。多重抗侧力结构体系下，要准确分析每一种抗侧力的效用，并对其贡献度进行评价。同一种创则力体系下，则可以采用试算的方式，探究该抗侧力中构件对抗侧效力的影响，进而使材料的利用效率得到提升。
三、复杂高层建筑结构的计算分析
（一）计算采纳数
本工程主体结构设计使用年限为SOa，基本风压Wo0.80kN/m(按100a重现期)，地面粗糙类别为B类，基本雪压为So 0.90kN/m(按SOa重现期)，抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度为0.2吸，场地类别为II类。
（二）计算结果分析
本工程结构计算软件采用PKPM2010及YJKS分别计算并采用包络配筋设计，且采用弹性动力时程分析法进行多遇地震下的补充计算。其计算的主要控制参数如下:（1）最小剪力系数。复杂高层建筑结构X向最小剪力系数为2.10%，Y向则为1.81%。（2）在规定水平力作用下的位移比。受双向地震作用以及偏心地震作用的影响，该工程最大弹性层间位移与楼层平均层问位移比为1.21 (X向),1.19 （Y向）。（3）侧向刚度比。结构各层与其相邻上一层侧向刚度之比，X,Y双向均小于0.7。以上均符合《高层建筑混凝土结构技术规程》的相关规定。地下车库与地上1层X,Y向侧向刚度比为2.2，故地下车库顶板可以做为本工程的嵌固端进行设计。
四、结束语
近年来，我国高层建筑的规模与结构体系的形式得到了前所未有的发展，如今高层建筑更加追求结构体系的安全性、稳定性，合理的结构体系及准确的抗震性能计算分析将成为复杂高层建筑结构设计的重要方向。在对复杂高层建筑结构进行设计的过程中，要更加注重抗震概念设计，理论结合实际，确保高层建筑的安全性与结构设计的合理性，加强科学的分析、计算，为复杂高层建筑结构设计提供有力支持。
参考文献
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[5]GB 200111—2010 建筑抗震设计规范（2016 年版）[S].
论文作者:马继海
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年3月下
论文发表时间:2017/7/12
标签：结构论文; 高层建筑论文; 建筑结构论文; 高层论文; 结构设计论文; 建筑论文; 体系论文; 《建筑学研究前沿》2017年3月下论文;