高層建筑結構設計的探析

諶斌

摘要：本文主要結合工程實際，對其結構單元和工程設計特點進行了探析，以供類似工程參考。

關鍵詞：高層建筑;結構設計

1?? 工程概況

本項目是一個集商業、SOHO 辦公為一體的大型城市綜合體地產開發項目，分為 A 樓和 B 樓兩部分。A 樓設計為包含一個商業裙房、六棟高層 SOHO 辦公塔樓（A1#樓地上（15 + 1）層，A2#～A4#樓均為地上（26 + 1）層，A5#～A6#樓均為地上（25+1）層）和五棟地上（4+1）層商業會所塔樓（A7#～A11#樓）的城市綜合體，B 樓設計為地上（4+1）層的商業綜合體。設 1 層地下室，局部為乙類常 6 級人防地下室，平時作為停車庫使用。總建筑面積 17008㎡，其中地上 11888㎡，半地下建筑面積 24212㎡，地下建筑面積 26988㎡。建筑最大總高度為98.8m（93.2m + 5.6m）。建筑剖面圖見圖 1。

圖1 建筑剖面圖

本工程除商業裙房抗震設防類別為乙類建筑外，其它建筑均為丙類建筑。抗震設防烈度為 6 度，設計基本地震加速度值為 0.05g，設計地震分組為第一組。場地類別為Ⅱ類，設計特征周期為 0.35s。基本風壓按 50 年重現期為 0.35kN/m2，地面粗糙度為 B 類，對于房屋高度大于 60m 的高層建筑，承載力設計時風荷載計算按基本風壓的 1.1 倍采用。

2?? 結構單元

本工程因地勢高差，底層商業西面開敞，為避免形成多塔，且商業裙房部分結構超長，故需設置防震縫，防震縫從底層（-5.600m）處以上設置，將建筑劃分為幾個受力明確、清晰的獨立結構單元，各結構單元均嵌固在地下室頂板（-5.600m 處）上。

結構防震縫設置

結合工程平面及立面特點，防震縫位置的設置見圖2。建筑人防設計面積計算方法如下：A 樓：地上建筑，高層部分分為六棟超過 10 層的建筑，并通過二層的連接體（裙房）連接，該連接體與其相連的十層以上建筑物通過結構斷縫在結構上完全脫離。故 A 地塊人防面積計算如下：按結構斷縫位置，高層部分按首層建筑面積計算;連接體按該部分建筑面積的 2%設計人防。B 樓：地上建筑為 4 層，按該部分建筑面積的 2%設計人防。

圖2 防震縫設置位置

本工程防震縫設置的位置有利也有弊，優點是結構形狀相對規整，樓板相對連續完整，有利于控制扭轉，結構計算概念清晰，避免結構超限。具體分析防震縫 3 跟防震縫 6 為何這樣設置，根據建筑人防設計面積的要求，結合工程各塔樓情況及地方規定，A 樓高層SOHO塔樓（除 A1#樓外）均沿塔樓周邊設結構縫與裙房斷開，這樣可盡量地減少人防設計面積，可節省工程造價。由于 A1#塔樓沿塔樓周邊設結構縫時，即防震縫 3 下移至與防震縫 4 齊平時，塔樓偏置計算如下：

大底盤第 2 層質心? X 向：Xm =29.67m

Y 向：Ym = 0.86m

塔樓第 3 層質心?? X 向：Xm =28.40m

Y 向：Ym = 10.20m

大底盤第 2 層?? 等效寬度 B =66.280m

等效高度 H =36.850m

結構塔樓與大底盤的質心偏心距與大底盤相應邊長的比值為：

X 向：（29.67 - 28.40）/66.280 = 2.0% < 20%

Y 向：（10.20 - 0.86）/36.850 = 25.4% > 20%

為了避免為超限結構，防震縫 3 按圖 2 所示劃分，塔樓與大底盤的質心偏心距情況如下：

大底盤第 2 層質心X 向：Xm =35.00m

Y 向：Ym = 7.13m

塔樓第 3 層質心X 向：Xm =28.40m

Y 向：Ym = 10.20m

大底盤第 2 層等效寬度 B =66.280m

等效高度 H =51.750m

結構塔樓與大底盤的質心偏心距與大底盤相應邊長的比值為：

X 向：（35.00-28.40）/66.280 = 10.0% <20%

Y 向：（10.20-7.13）/51.750 = 7.0% <20%

由于防震縫 6 設置的位置對人防設計面積無影響，若往右挪一跨設置在 B 樓主樓周邊，則 B 樓主樓周邊需增設一排框架柱，形成雙排框架柱，不利于建筑功能使用，而且下沉廣場處會形成大開洞，樓板連接薄弱，不利于結構抗震設計。

缺點是 A 樓高層 soho 塔樓沿塔樓周邊設結構縫與裙房斷開，塔樓周邊的防震縫彎折較多，且防水處理較不利，建筑需做特殊節點處理。若對工程造價能適當放寬時，建議高層塔樓周邊的防震縫重新劃分為較規整的平面，減少彎折，且盡量把防震縫設置在裙房屋面上（會增加人防設計面積），這樣有利于防水處理，且裙房分成的各個獨立結構單元較為規整。

3?? 工程設計特點

3.1 底層商業單面開敞

底層商業西面開敞，其它三面與土體接觸。若采用鋼筋混凝土外墻擋土時，外墻的剛度對整體剛度的貢獻非常大，模型是否考慮外墻的剛度對計算結果影響較大。經分析，模型計算時，底層外墻按不參與整體計算較為合理，此時對外墻應考慮與主體結構脫開設計，設計方案見圖 3。外墻按下端固定，上端鉸接計算設計，土體壓力及水壓力對主體結構的側向作用按框架柱等效節點水平力輸入整體模型計算中。根據地質勘察報告，本工程因西側臨近河，且該地區的水浮力較高，抗浮水位取為室外地面處，有坡度處抗浮水位按坡度取。考慮到若采取外墻擋土做法，會導致抗浮水位高度較高，對地下室的抗浮影響較大，增加工程造價，故本工程地下水宜采取降水處理措施，即在建筑底層周邊設置永久性擋墻 + 明溝排水。一方面避免了底層土體壓力及水壓力對主體結構的側向不利作用，另一方面抗浮水位可取為西面室外地面處，大大減小抗浮水位的高度。