加强建筑结构设计合理性的方法分析

加强建筑结构设计合理性的方法分析

何金龙

佛山市顺德区卓特建筑设计有限公司顺德528322

摘要：在建筑结构设计中，为了保证结构的刚度、承载力、抗震性能等达标及实现材料的高效利用、低消耗，需从选型、结构材料及结构体系等方面比选方案，从而加强建筑结构设计的合理性。在本案，笔者以XX高层建筑为例，探讨如何加强建筑结构设计的合理性。

关键词：高层建筑；结构设计；合理性

一、工程概况

XX高层建筑是一座A级高度钢筋混凝土高层建筑，共31层，地上29层、地下2层，总建筑面积118143m2。该工程在地面以上总高102.2m，其中1层层高5.1m、2-5层层高4.8m、6层以上层高3m，且结构转换层设在第6层，而整体结构采用了钢混框支剪力墙结构，其设计使用年限50年、结构安全等级二级、地基基础设计等级甲级、抗震设防烈度6度一组、设计基本地震加速度0.05g、基本风压0.55kN/m2、基本雪压0.45kN/m2及地面粗糙度B类。据地勘报告显示，该工程拟建场地以冲积平原为主要地貌，标高33.08-35.15m。表1所示是场地岩层的分布概况。

备注：⑧层为揭穿。

结合表1，场地内的③、④、⑤层是强透水层，其中赋存地下水，其对钢结构存在弱腐蚀性，而不会对钢混结构内的钢筋产生腐蚀作用。

二、结构体系选型

为了满足建筑使用要求，该工程采用钢混框支剪力墙结构，其中，在1-5层选择框支剪力墙结构，并设矩形柱大柱网；7-29层选择剪力墙结构，同时按“对称、均匀、周边”的原则双向布置剪力墙，以保证使不同方向的抗侧力体系均匀及刚度中心与质量中心接近。抗震墙长度按墙厚的9-10倍进行控制，以使结构的承载力足够高及使结构布置更具经济性。楼/电梯墙体选择钢混落地剪力墙，并在6层以下形成钢混筒体，注意增大其四周的墙厚。该工程设有中庭，且楼板开有大面积的洞，则中庭四周楼板的配筋、刚度都需加强及增大边梁的截面，以提高建筑的整体刚度。综上，结构材料的选择标准如下：一是混凝土强度等级除基础垫层C15以外，全部在C30-C45间取值，而抗渗等级都选取S8；二是钢材选择HPB235、HPB335及HPB400级；三是地下内墙选择M5水泥砂浆、MU10加气混凝土砌块砌筑，楼层内外墙（除厚100或120外墙）选择Mb5混合砂浆、MU10加气混凝土砌块砌筑。

三、基础选型

在综合考虑施工可行性、安全性、承载能力及施工速度等因素的基础上，该工程选择桩基础，具体选择钻孔灌注桩。钻孔灌注桩是一种非挤土桩，其按桩径分为大、中、小桩。其中，小桩的施工较为简单，常在复合桩基础及基础加固中使用；中桩的施工工艺非常多，因此适用范围较广；大桩具有单桩承载力高、桩端与桩径不可扩的特点，常在重型建筑等工程中使用。从基础受力来看，持力层选在⑧层。钻孔灌注桩的混凝土强度等级C30，桩长22.0m，桩径Φ800、Φ1000mm，单桩承载力4850KN。因为该工程的桩基采用的是嵌岩桩，则按《建筑地基基础设计规范》的规定，无需沉降验算。桩基设计等级甲级，其中地下钢混底板厚400，侧壁后400，混凝土类型选择自防水混凝土及其抗渗强度等级是S8。

四、变形缝的设置

在高层建筑结构设计中，变形缝的种类包括沉降缝、伸缩缝及防震缝。对于沉降缝，常设在地基土的压缩性存在差异处、异型建筑的转折处、荷载或高度差异处、建筑或基础结构转换处等位置，且沉降缝的宽度按下列标准留设：2-3层宽5-8cm、4-5层宽8-12cm、5层以上宽度≥12cm，注意若沉降缝两侧建筑的层数不同，则按高层楼的要求确定沉降缝的宽度。对于伸缩缝，常在超长的钢混结构中使用，其中在现浇剪力结构中，地下或室内、露天的最大间距分别是45m和30m；在现浇框架结构中，分别是55m和35m。对于防震缝，其适用范围包括高度＞6m时、设有错层且高差大时、不同结构的刚度存在明显差异时、设有沉降缝与伸缩缝时。通常而言，防震缝应沿建筑高度设置，宽度可取5-7cm，且其基础不可断，除非在兼做沉降缝时。

综上，该工程的高层楼连有裙房，则其荷载差异大，但桩基的持力层选在压缩模量高、沉降量低的⑧层，因此无需在高低层交接处设沉降缝。鉴于地下室与裙房属于超长建筑，则需在地下室与裙楼的中间段设一道双向后浇带，并在侧边结构施工结束2个月后，补浇一层强度等级比相邻构件高一级的膨胀混凝土。为了防止混凝土产生收缩裂缝，应在地下室底、顶板双层贯通配筋，且最小配筋率取0.3%，并在地下室底板及裙房屋面设宽2000mm的膨胀加强带。在该工程中，不设永久伸缩缝、沉降缝，且完全满足建筑立面的要求。

五、结论

在前文，笔者根据工程结构的客观实际，从结构选型的角度探讨了如何加强建筑结构设计的合理性。其中，在结构体系上，选择钢混框支剪力墙结构，并在第6层设转换层，且其上、下分别选择剪力墙结构和框支剪力墙结构；在基础选型上，从荷载、地质构造、技术、环境、工期及造价等条件上综合选定钻孔灌注桩，且桩基等级设计为甲级；在变形缝设置上，采用无缝设计，即不设永久伸缩缝和沉降缝，以方便平面布置。由于该工程是一座A级高度建筑，则其框支/架、底部及非底部加强段剪力墙的抗震等级分别设为二级、二级、三级，具体设计参数见表2。

通过分析，文案针对案例工程选取的结构非常合理，值得在类似工程中推广应用。

参考文献：

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