簡析概念設計在高層建筑結構優化設計中的實踐

■陳 敏 ■上饒縣建筑規劃設計院，江西 上饒 334100

在高層建筑結構優化設計過程中，需要充分結合具體情況，科學設計優化方案，并且將概念設計的方法給應用過來，保證建筑結構的性能與相關的要求和規范所符合，這樣高層建筑的質量方可以得到保證，將更加安全舒適的空間提供給人們。特別是目前人們生活質量的提升，對建筑也提出了更高的要求，那么更是需要對其產生足夠的重視，科學優化。

1 工程概述

本文以某工程為例，進行了分析和闡述。本工程項目用地為11.5平方千米，總建筑面積達到了70萬平方米，擬建成一個具有多種功能的大型商業綜合體，包括高檔公寓、SOHO公寓、普通住宅以及商業和寫字樓等，整個綜合體劃分為了五個建筑組群，我們將其分別命名為ABCDE。本工程處于B區，建筑面積大約為10萬平方米，地下室有兩層，除了車庫之外，還可以用作設備用房等;裙房部分有2到4層，兩棟住宅塔樓都為40層。我們將50年作為工程結構設計使用年限，建筑結構為二級的安全等級，地基基礎則為甲級設計等級。采用了丙類抗震設防類別，抗震設防烈度為7度，將0.1克作為設計基本地震加速度值。按照100a重現期的風壓值來計算風荷載，基本風壓為0.6kn/m2，地面粗糙類別為B類，因為塔樓高寬比為4.32，比4.0要大，因此將1.4作為風荷載體形系數。

2 基礎及地下室設計

一是工程地質及水文地質情況:我們對工程進行了仔細的勘察，發現處于山前坡洪積平原中，場地內巖土分層包括雜填土、細砂、粉質粘土以及強風化云母片巖等。沒有不良地質現象存在于場區內，液化土層也是沒有的，有著較好的區域穩定性，對于工程建設較為有利。0.86-3.44為場區的地下水位標高，將4.00平方米作為抗浮設計水位標高建議值。

二是基礎類型:結合勘察報告，并且將抗浮要求充分納入考慮范圍，我們將筏板基礎作為裙房部分的基礎，基礎持力層選擇的是第三層粉質黏土層或者第四層強風化云母片巖層，筏板厚度為0.6米作為，結合抗沖切要求，將相應尺寸的柱墩設置于框架柱位置。在塔樓基礎方面，我們對天然筏板基礎和大直徑人工挖孔樁基礎兩種方案進行了考慮，從諸多方面進行了對比，如結構造價成本、施工便利程度等，最后將大直徑人工挖孔樁、墻下承臺梁和防水板基礎應用了過來，它傳力直接。

三是地下室抗浮設計:-0.25米為地下室抗浮設計水位，那么就需要進行抗浮設計。設計上，抗浮采用的是抗拔錨桿，錨桿進入強風化巖需要在10米以上，長度需要在14米以上，360kn為單根錨桿抗拔承載力特征值。

四是地下室結構超長及主裙樓差異沉降:因為地下室平面尺寸要比規范要求更大，但是建筑結構會受到設縫的不利影響，那么在設計的過程中，就需要將適當的結構措施、建筑措施以及施工措施等應用過來，不將變形縫設置于地下室范圍內，而是對收縮后澆帶進行設置。另外，為了對主裙樓之間的差異沉降問題進行解決，需要將沉降后澆帶設置于主群樓之間。在混凝土澆筑之后的兩個月，封閉收縮后澆帶，要結合沉降觀測結果，來分析沉降后澆帶，然后在合適時機進行封閉。

3 上部結構方案

工程地下室部分是不對伸縮縫和沉降縫進行設置，整個工程連接起來，地下室頂板按照上部結構的嵌固部位進行設計。上部結構對兩道抗震縫進行了設置，這樣就將結構劃分為三個部分，兩個塔樓位于左上角和右下角，框架結構位于左下部分。

兩棟塔樓都是將剪力墻結構體系給應用了過來，結構高度為118.9米，屬于A級高度的鋼筋混凝土高層建筑。塔樓平面外包尺寸以及高寬比和長寬等，都與規范的相關要求所符合。在結構方案階段，首先是結合概念設計的原則，來進行剪力墻的平面布置，對剪力墻的墻肢長度嚴格控制，保證與普通剪力墻的要求所符合，并且對帶有翼緣的剪力墻進行布置，這樣整個建筑物的抗震性能就可以得到有效提升。其次是將中間交通核心形成的剪力墻內筒的抗側力作用給充分利用起來，促使外圍剪力墻的數量和尺寸盡量減小。然后將結構的規則性和整體性原則給應用過來，從多個方面來綜合分析和判斷整體計算分析的結果，如周期比、位移比、剛度比等，對結構進行了多輪優化之后，將塔樓的結構方案給確定下來。其中，塔樓的剪力墻厚度呈均勻變化的態勢，混凝土強度等級從C50和C40逐漸過渡為C30，并且剪力墻厚度的變化和混凝土強度等級的變化均錯開數層。

4 結構整體計算分析

一是振型分解反應譜法:在結構整體計算分析的過程中，我們將兩種不同的計算軟件給應用了過來，在整體計算的時候，首先采用的是SATWE，之后驗證時候，采用的則是Etabs中文版。在地震作用計算是，首先將扭轉歐聯振動影響的振型分解反應譜法給納入考慮范圍，對塔樓進行了深入的計算。計算結果表明，采用這兩種軟件計算，沒有較大的差異存在，計算結果與規范的相關要求能夠符合。

二是彈性時程分析補充計算:上文我們已經提到，本工程結構高度在100米以上，抗震設防烈度為7度，那么多遇地震下的彈性時程補充分析計算就是必不可少的。我們將1條人工波RHITG035以及兩條實際地震記錄TAF-2TH2TG035給選擇過來，在彈性動力時程分析時，選擇的是SATWE，將地震加速度的最大值給輸入進來，也就是35厘米/s2。

5 結語

通過上文的敘述分析我們可以得知，建筑行業是我國國民經濟的支柱行業，如今土地資源日趨緊張，建筑開始朝著高層方向發展;高層建筑的結構設計質量，會直接影響到人們的正常生活，還會對國民經濟的和諧發展造成影響。針對這種情況，就需要將概念設計應用到高層建筑結構優化設計中，結合工程的具體情況，嚴格依據相關的規定和標準，充分考慮諸多方面的因素，積極應用先進的科學技術，進行分析和計算，以便制定最為科學的優化設計方案，得出最為安全適用的結構，它的經濟合理性也可以得到顯著提升。

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