淺談高層辦公建筑的結構專業設計

宋雪山

1結構專業設計控制點

1.1結構設計的要點

辦公樓結構設計的要點、首先要保證平常或緊急(地震、臺風、火災和積雪等)情況下建筑物的安全性、追求其經濟性及縮短工期等，這是對建筑整體的共同要求，同時還必須抓住確保辦公樓的使用功能的特殊要點。另外，結構設計往往和建筑設計、設備設計及施工設計有著密不可分的關系，因此．在進行結構設計時。就必須考慮與其他設計間的整合性。所以在設計的最初階段．就要同其他設計之間相互協調，密切配合。下表所示的是有關辦公樓結構設計的要點。

1.2結構專業設計的程序

在進行辦公樓的結構設計時，首先要整理與辦公樓有關的各項條件(要求的結構性能、荷載條件、工期、預算以及和建筑設計·設備設計·施工設計之間的關系等)。在得到全面的資料后，才能正式開始設計。接下來對包括選址條件和相關規范在設計上的限制等在內的各項條件進行研究和整理，與此同時進行具體的框架設計(結構性能的數值化、選定結構種類和框架形式)及詳細設計計算。在完成結構設計后，還要進行驗證(各項條件的滿足程度)。并進一步確認其合理性，可操作性。另外，通過驗證如發現不合理處，要根據情況對設計進行調整修改。

2建筑結構體系

2.1結構種類

①結構種類

在選定結構種類時，為了更有效地滿足所需求的條件，并易與其他設計協調，就必須事先對每個結構種類所具有的特性及適用范圍有充分細致的了解。

在此，將在辦公樓的設計中適用頻率較高的結構種類的特性及適用范圍與各結構種類的主要的使用目的列示如下。

鋼筋混凝土結構(以下稱RC結構)

鋼骨鋼筋混凝土結構(以下稱SRC結構)

鋼結構(以下稱s結構)

其他結構種類(主要是混合結構)

高層辦公樓所采用的結構種類和辦公樓的歷史變遷有著很密切的關系，在對辦公室空間的大跨度化和高層化要求較少的年代．結構種類主要是以RC結構為主。其后，為了適應辦公室空間大跨度化的要求，開始采用SRC結構粱，并且為了減輕自身的重量，S結構就逐漸成為了結構形式的。另外，為了適應辦公樓不斷向高層化發展的要求。將高軸力的對應作為目的，在柱子方面開始采用SRC．結構、S結構、鋼管混凝土結構(以下稱CFT結構)。

另外，最近幾年，“混合結構”開始被開發使用。這種結構是在不同部位使用不同的結構種類，以最大限度地發揮其各自的特性，提高結構的性能和經濟性。

高層辦公綜合樓建筑的主體結構體系也具有多樣性，主要有：框架、框架剪力墻、剪力墻、簡體、筒中筒、束筒、筒框(筒體稀柱框架結構的簡稱)、帶支撐或帶剛臂(剛性加強層的簡稱)的筒框、巨形支撐等等。一幢高層建筑的主體結構可以由其中的某一個體系單獨構成，也可以由其中的某二個甚至三個體系按不同比例組合而成。

②框架形式

在框架設計中．在對結構種類進行選定的同時，也要對荷載的支撐方式和傳遞結構(框架形式)進行設定。在對框架的形式進行設定時，要掌握的重點無論是垂直荷載或是水平荷載都要滿足其結構上的合理性需求。另外，因為框架形式的設定(特別是剪力墻·支撐的形式及配置)同建筑設計與設備設計有著密切的關系，所以在初設階段就必須事先考慮到相互間的協調性，并對其中存在的問題加以協調解決。

在此，就有關在高層辦公樓中適用頻率較高的框架形式的概要及其特性例示如下。

純框架結構

剪力墻和支撐并用的框架結構

其他框架結構

3高層辦公建筑結構的合理構成

高層辦公樓的體型選擇也與結構有密切關系，選擇合理的建筑體型，可加強結構本身的剛度。如圓形或橢圓形平面，有助于減少風荷載：上窄下寬的體型對承受水平力引起的彎矩有很好的效果：在平面轉角處，采用圓角或抹角的處理方法能減少風壓和地震力集中。而體型選擇則與標準層平面有密切關系。

結構對平面的制約還表現在需要控制建筑物的高寬比。我國的高層建筑結構設計規范規定，在設計中剛度較大的筒體和剪力墻結構，房屋的高寬比(建筑高度腱筑平面短邊寬度)應不大于6，一般宜小于5：剛度較差的框架和框架剪力墻結構，建筑物的高寬比應不大于5，最好低于4。

實際工程中理想的絕對均勻對稱的高層建筑結構幾乎是不存在的，但是結構的均勻對稱有利于結構的抗震抗風，有利于結構在重力荷載下正常工作。

a、結構的對稱性

結構的對稱性主要指的是高層建筑中抗側力的主體結構的對稱性。平面對稱的建筑比較容易實現結構的對稱性。如筒體框架結構、筒中筒結構、簡體結構、框剪結構、剪力墻結構、框架結構等。平面不對稱的建筑如平面形狀復雜的L型、T型等高層建筑，內含結構的基本對稱仍是有可能實現的。這主要取決于結構工程師結合建筑平面的功能和需要進行合理的結構布置，設法調整結構的剛度中心與建筑物重心、平面的形心盡量接近，從而實現結構的基本對稱。

b、結構的均勻性

高層建筑結構的均勻性主要表現在四個方面：

高層建筑主體抗側力結構兩個主軸方向的剛度比較接近、變形特性比較相近。高層建筑主體抗側力結構兩個主軸方向的剛度比較均勻，就能具有比較良好的抗震抗風性能。

高層建筑主體抗側力結構沿豎向斷面、構成變化比較均勻、不要突變。這種均勻的高層建筑結構可以避免因薄弱層的破壞而引起的結構整體破壞。

高層建筑主體抗側力結構的平面布置中同一主軸方向各片抗側力結構剛度盡量均勻。同一主軸方向的各片抗側力結構剛度均勻，水平荷載作用下應力分布將比較均勻。有利于結構抗震延性的實現。

高層建筑主體抗側力結構的平面布置還應注意中央核心與周邊結構的剛度協調均勻，保證主體結構具有較好的抗扭剛度。以避免高層建筑物在地震或風的扭矩作用下產生過大的扭轉變形而引起結構或非結構構件的破壞。