高层建筑结构设计计算探究

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1.结构设计技术要点

（1）在建筑结构的设计中，应当要考虑水平荷载的作用。尤其是对于高层建筑结构来说，构件在竖向荷载作用下（如恒载、活载）会产生轴力和弯矩，其弯矩与高度是一次方关系，但对于在水平荷载作用下，竖向构件的轴力和弯矩则与高度是二次方关系。显然对于高层结构来说，水平荷载作用下其对结构竖向构件的影响程度大于竖向荷载。另外，从结构效应角度分析，竖向荷载对结构构件的影响效应基本上是定值，但对于水平荷载，其对结构构件的影响确实非定值，与结构的动力特性有很多关系，不同的结构特性所产生的水平荷载效应会出现很大的不同，因此对于结构设计中，设计人员应对水平荷载效应进行严密的计算和分析。

（2）同时对于高层结构设计应考虑结构的延性问题。随着建筑高度的增加，其对结构的柔性产生较大影响，建筑高度越大，结构越是显得柔，越柔的结构就会使得结构产生较大的变形，越大的结构变形就会导致结构较快地进入塑性阶段，最终导致结构出现倒塌问题。因此结构设计时应当确保结构具有足够的延性，具体可通过对结构采取一定的工艺和技术措施从各方面来有效地增加结构的延性。另外，鉴于随着高度增加，水平荷载会对结构产生较大的水平侧移，因此应当考虑到严格控制建筑结构的侧移变形，应把结构的侧向位移控制的规范允许的范围内。

2.工程实例分析

某高层住宅结构地上建筑层数为20层，同时有一层地下室，建筑高度为75m，长宽比为3.7~7.5，高宽比为5.5~10.0之间，建筑总面积达到25万m2。本结构地处地势平坦区域，地基表面的土层基本为人工填土，填土下面则为沉积土，水平和竖向两个方面的土分别较为均匀，根据本地区的规范要求，本工程为6度抗震，场地类别为三类，基本风压取为0.45kN/m2。

2.1主体结构设计分析

从结构概念设计出发，鉴于本结构高度为75m，通过方案比较分析，本结构类型采用现浇钢筋混凝土框架—剪力墙结构体系。对布置本结构的剪力墙时，充分考虑建筑使用功能要求，对剪力墙的布置位置以及竖向进行合理设计，而且剪力墙尽可能地布置在结构周边位置，使得剪力墙有效地满足抗侧力要求同时有效地起到抗扭效果。同时剪力墙的布置可以形成筒体结构，在筒体周围可以合理的布置框架柱。同时对本结构的楼层主次梁的布置是沿着Y方向，这是为了满足使用功能的要求和楼高的限制，这样有利于提高楼层的净高，降低主梁的高度。本工程结构的嵌固端位于地下室的顶板，因此对于板厚选取时，应充分考虑板承载力以及嵌固的刚度要求，选取板厚为180mm，对板采取双层双向拉通配置。3.2基础设计在进行基础设计之前要充分了解地质勘察的结果，通过承载力的计算，本工程的基础采用梁板式筏形基础，基础双向同时配置有梁，X方向的梁尺寸为900×1800，Y方向梁的尺寸有两种，分别为1000×2000或1800×2000，根据受力的不同，合理进行梁的布置。筒内电梯基坑和集水井会产生一定的沉降，这导致了在主梁的布置时，遇到沉降的部位难以进行贯通，筒体局部变形部位的竖向荷载相对较大，因此在设计基础板厚时，考虑增加筒体四周的板厚，其值取为1.5m，而其他部位的板厚则取为1.0m。在本工程中是采用软件进行基础的计算的，计算时基础采用的计算模型为弹性地基梁板，为了确保计算结构的精确度，应特别注意各种先进技术资料的收集和整理。

2.3框支层结构的设计

（1）框支柱的设计。鉴于控制框支柱的轴压比为0.6，本工程所采用的框支柱截面形式有多种，为1300×1300或1300×2300等几种红形式。在设计中，通过相应的计算可知，全部的框支柱在受力方面都较为合理，没有出现异常的情况，轴压比均满足低于0.6的要求，在0.41~0.52之间，因此，在设计中对于框支柱变形的控制情况较为理想。当进行框支柱的剪力设计时，剪压比的大小不得超过0.15，跟根据配筋情况确定设计值，同时要乘以1.1的放大系数。柱内的纵向配筋率低于1.2%，而箍筋配筋率不得超过1.5%，这样的配筋情况才能保证柱的延性效果。

（2）剪力墙的设计。在本工程的剪力墙结构设计中，应根据不同部位的情况，相应的设计剪力墙的厚度。本工程中，核心筒的落地剪力墙的厚度为40cm，而在其他部位，例如建筑四角，其采用的剪力墙的厚度为70~90cm，形状为L形。在本工程中，通过分析，采用的墙肢轴压比的数值为0.5以内，这样可以有效的提高混凝土的受压能力，整体上提高了结构的额延性。对墙体结构进行水平和竖向钢筋的配置时，应满足计算结果的要求，同时还应符合规范的要求，规范中规定钢筋的最小配筋率不得低于0.3%。当对于底部加强区域的剪力墙进行设计时，有其相应的规范和技术要求。在剪力墙的周围要布置好一定量的约束边缘构件，这些构件的配筋率不得低于1.2%，同时箍筋的配筋率应大于1.4%。

（3）箱形转换层楼板设计。在本工程中，存在箱形转换层的设计。该层的总高度为244cm，楼层中的楼板厚度取值为25cm。在结构设计中，采用分析软件进行转换层内力和变形的计算。通过软件的分析结果可知，在不同的荷载作用下，该转换层上层楼板的最大压力均低于1.2MPa，而下层楼板的最大压力相对较大，为2.0MPa。规范规定，该转化层的采用双向进行配筋，钢筋应贯通整个楼板，设计中，应保证楼板的裂缝在0.2mm以内。

3.结语

结构设计直接影响到结构的安全性，文章通过结合笔者实践经验，总结出结构设计中应当重点注意的几点事项，同时结合工程实例来加以探讨，提出了相应的设计策略，为同行提供参考借鉴。

作者：朱应红单位：泰安市泰山燃气集团有限公司