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摘要：随着城市用地的日益紧张，高层建筑的建设也越来越多，高层建筑结构体系也呈现出多样化的发展趋势，这给高层建筑结构设计带来了很大的挑战。本文结合某高层商业建筑实例，阐述高层商业建筑结构在基础选型、上部结构设计方面的体会，结构数据分析结果表明：结构达到了预期的设计要求。
关键词：高层建筑；结构设计；上部结构；加强措施；结构数据分析
随着我国国民经济的快速发展，城市建设用地越来越紧张，为了提高土地的利用价值，建筑的高度不断增加，而且建筑的结构形式也越来越复杂，从框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、筒体结构到各种转换、连体、错层等等，各种复杂结构形式不断被应用。在这种形势下，应加强高层建筑结构设计，确保建筑的安全与稳定性。
1 工程概况
某高层商业建筑工程，工程总建筑面积317393m2，其中地上建筑面积233010m2，地下建筑面积83643m2，其中人防工程面积17776m2；地上4～23层，地下1～2层。
建筑物基本风压取W0=0.50kN/m2（高度超过60m取W0=0.60kN/m2），抗震烈度6度，场地Ⅳ类，工程地质情况见表1，地下水位取地下室入口最低点，绝对标高为3.30m（±0.000相当于绝对标高3.55m）。
2 地基与基础
根据建筑荷载和规模，由表1可知在场地勘察深度范围内，地基土性质较好，可供利用的基础持力层主要为7层组合层及其以下各土层。经综合分析考虑工程上部结构楼层数差异较大，竖向导荷数值相差大，最终确定了各栋楼的桩基方案及持力层如下：1#、2#、5#、7#、8#、11#、13#、16#楼采用Φ500预应力管桩方案，以7层组合层作为桩基持力层，桩端入土深度以桩长控制为主，压桩力控制为辅；3#、4#、6#、10#、14#、15#楼采用Φ600预应力管桩方案，以8′和8组合层作为桩基联合持力层，桩端入土深度以桩长控制为主，压桩力控制为辅，因桩穿过7b层，且桩长较长，沉桩阻力会较大，配选桩时上部两节桩选用PHC桩；9#、12#楼采用Φ700/Φ800钻孔灌注桩方案，桩底后注浆，提高桩基承载力15%左右；地下部分因上部荷载无法平衡丰水期地下水浮力，考慮采用PC-AB500（100）预应力管桩参与抗拔，经验算桩身强度能承受的抗拔承载力标准值为500kN。
地下室底板设计采用梁板式，底板及地梁配筋采用倒楼盖法计算，配筋按满足强度及裂缝控制的要求进行配置；在计算过程中，可把承台等代为框架柱，承台所取截面大小以桩中心距为准，缩短了地梁计算跨度，从而节约了钢筋用量。
3 上部结构
后面数据及结构设计方案说明均以14#楼为准。
3.1 竖向承重体系的确定
因本栋建筑物用途主要以高档写字楼为主，14层，总高度53.1m，采用框架-剪力墙结构体系，结构布置以大跨度大空间为主，见图2。根据建筑平面布置情况，仅有楼梯间、电梯间等筒体部分及建筑物两端可以设置落地剪力墙，所设置的剪力墙数量、间距、墙厚均能满足规范的要求并确保在罕遇地震作用下剪力墙不发生剪切破坏。
3.2 平面不规则的调整
设计初期，因建筑平面布置要求禁止结构房屋端部设置落地剪力墙，经试算后发现：Y-5%偶然偏心地震力作用下楼层最大水平位移/层间位移分别为1.63/1.62，竖向构件的最大水平位移及层间位移大于该楼层平均值的1.5倍，超过了《高层建筑混凝土结构技术规范（JGJ3—2002）》第4.3.5条的规定，为平面不规则。经协商，建筑平面上同意端部加设落地剪力墙，但是端墙底层需开设较大洞口，严重削弱了端部剪力墙的抗侧力作用，中间核心筒偏心严重，竖向构件的最大水平位移及层间位移仍达到1.60/1.62，不能满足《高层建筑混凝土结构技术规范（JGJ3—2002）》第4.3.5条的规定。
经过试算，满足《高层建筑混凝土结构技术规范（JGJ3—2002）》第4.3.5条的规定，采用图2中的结构竖向构件布置方式，避免了结构平面布置出现不规则情况。
3.3 竖向不规则的调整
建筑楼层层高分布情况见表2。
因建筑物底部相邻层高（7.95m/3.75m）相差太大，楼层侧向刚度及楼层层间受剪承载力超过了《高层建筑混凝土结构技术规范（JGJ3—2002）》第4.4.2、4.4.3条的规定，出现竖向不规则情况。为避免此种情况，故结构竖向布置时采取了以下措施：（1）增强7.95m层抗侧力构件，即增加此层落地剪力墙的厚度；（2）减弱上层3.75m层的抗侧力构件，即在满足构件竖向承重能力的情况下尽可能减少剪力墙厚度和剪力墙数量。经调整试算最终确定核心筒外圈墙由400mm收为200mm，端部剪力墙由450mm收为300mm，并满足了《高层建筑混凝土结构技术规范（JGJ3—2002）》的要求。
3.4 端部剪力墙的加强措施
因建筑师追求侧入口建筑效果，正如前面所述，尽管设有端部剪力墙，但是端侧墙开洞口较大，且洞口为下大上小，特别是本栋楼最左端处，侧墙上甚至出现了底部有洞、上部无洞的情况，即剪力墙结构转换等情况，建筑物端部竖向构件未能满足《建筑抗震设计规范（GB50011—2001）》中关于抗侧力构件连续性的要求，因此对竖向构件及转换梁截面按以下原则控制：
（1）剪力墙洞边设置端柱，端柱截面等于剪力墙厚的2倍，并保证端柱配筋方式和抗震构造加强措施符合《高层建筑混凝土结构技术规范（JGJ3—2002）》第10.2.11条中框支柱设计要求；
（2）保证落地剪力墙不发生剪切破坏，在用于验算罕遇地震作用的基底剪力（即把常遇地震作用力扩大0.5/0.08=6.25倍）时把落地剪力墙的剪应力水平控制在0.2fck内，同时加强落地剪力墙的配筋； （3）为保证在设计罕遇地震作用下转换梁不出現剪切破坏，按下式控制转换梁截面的抗剪承载力。
4 结构数据分析
结构设计采用多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件STAWE（2005版）进行结构分析，并考虑了剪力墙上开洞对结构分析的影响，计算分析结果如下：
（1）结构的自振周期见表3。
结构的最大层间位移，地震作用下为1/1664，风荷载作用下为1/3542，均在规范范围内。
（2）第一扭转周期与第一平动周期的比值最大为0.87，符合《高层建筑混凝土结构技术规范（JGJ3—2002）》不大于0.9的要求；楼层的最大弹性水平位移及层间位移与该楼层的两端弹性水平位移及层间位移平均值的比值最大为1.4，符合《高层建筑混凝土结构技术规范（JGJ3—2002）》中不超过1.5的要求。
（3）各楼层的侧向刚度比值（与相邻上层的70%或与相邻上部三层刚度平均值的80%）最小为Ratx1=1.1583，Raty1=1.1080，满足《高层建筑混凝土结构技术规范（JGJ3—2002）》中第4.4.2条的规定。
（4）楼层受剪承载力最小比值为1.02，满足《高层建筑混凝土结构技术规范（JGJ3—2002）》中第4.4.3条的规定；而2层与3层的受剪承载力为1.07，最终结构承载力最小比值没有发生在层高相差很大的两层处，说明前面对竖向不规则调整的方法非常有效。
（5）电算结构显示：柱墙的轴力设计值均为压力，柱墙大部分为构造配筋；梁基本无超筋，符合抗剪、抗扭要求。计算结果可在工程设计中应用。
以上分析结果表明：在多遇地震作用下工程结构的侧向刚度指标、竖向规则性指标、扭转规则性指标带来的不利影响，均符合现行规范的相关要求；且落地剪力墙、框支柱等关键构件按弹性罕遇地震作用计算，其承载力仍有一定的余量，因此可以期望工程的结构体系在遭遇设防烈度地震袭击时，能达到“小震不坏、大震不倒”的设计要求，同时也能最大限度地满足建筑功能的要求。
5 结束语
综上所述，高层建筑结构设计是一项高难度，高技术，高风险的工作，在设计过程存在各种各样的难题。而建筑结构设计是建筑施工的前期规划和基础，直接影响到建筑工程的质量与成本，为此，我们设计人员要不断提高自身的结构设计水平，参照以往的工程实例，总结经验，确保建筑结构设计达到“小震不坏、大震不倒”的设计要求。
参考文献
[1] 何辉；吴祖跃.浅谈高层建筑结构的设计与分析[J].科技创新导报，2009年13期
[2] 郑红.浅谈高层商业建筑结构设计[J].建筑设计管理，2012年05期
关键词：高层建筑；结构设计；上部结构；加强措施；结构数据分析
随着我国国民经济的快速发展，城市建设用地越来越紧张，为了提高土地的利用价值，建筑的高度不断增加，而且建筑的结构形式也越来越复杂，从框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、筒体结构到各种转换、连体、错层等等，各种复杂结构形式不断被应用。在这种形势下，应加强高层建筑结构设计，确保建筑的安全与稳定性。
1 工程概况
某高层商业建筑工程，工程总建筑面积317393m2，其中地上建筑面积233010m2，地下建筑面积83643m2，其中人防工程面积17776m2；地上4～23层，地下1～2层。
建筑物基本风压取W0=0.50kN/m2（高度超过60m取W0=0.60kN/m2），抗震烈度6度，场地Ⅳ类，工程地质情况见表1，地下水位取地下室入口最低点，绝对标高为3.30m（±0.000相当于绝对标高3.55m）。
2 地基与基础
根据建筑荷载和规模，由表1可知在场地勘察深度范围内，地基土性质较好，可供利用的基础持力层主要为7层组合层及其以下各土层。经综合分析考虑工程上部结构楼层数差异较大，竖向导荷数值相差大，最终确定了各栋楼的桩基方案及持力层如下：1#、2#、5#、7#、8#、11#、13#、16#楼采用Φ500预应力管桩方案，以7层组合层作为桩基持力层，桩端入土深度以桩长控制为主，压桩力控制为辅；3#、4#、6#、10#、14#、15#楼采用Φ600预应力管桩方案，以8′和8组合层作为桩基联合持力层，桩端入土深度以桩长控制为主，压桩力控制为辅，因桩穿过7b层，且桩长较长，沉桩阻力会较大，配选桩时上部两节桩选用PHC桩；9#、12#楼采用Φ700/Φ800钻孔灌注桩方案，桩底后注浆，提高桩基承载力15%左右；地下部分因上部荷载无法平衡丰水期地下水浮力，考慮采用PC-AB500（100）预应力管桩参与抗拔，经验算桩身强度能承受的抗拔承载力标准值为500kN。
地下室底板设计采用梁板式，底板及地梁配筋采用倒楼盖法计算，配筋按满足强度及裂缝控制的要求进行配置；在计算过程中，可把承台等代为框架柱，承台所取截面大小以桩中心距为准，缩短了地梁计算跨度，从而节约了钢筋用量。
3 上部结构
后面数据及结构设计方案说明均以14#楼为准。
3.1 竖向承重体系的确定
因本栋建筑物用途主要以高档写字楼为主，14层，总高度53.1m，采用框架-剪力墙结构体系，结构布置以大跨度大空间为主，见图2。根据建筑平面布置情况，仅有楼梯间、电梯间等筒体部分及建筑物两端可以设置落地剪力墙，所设置的剪力墙数量、间距、墙厚均能满足规范的要求并确保在罕遇地震作用下剪力墙不发生剪切破坏。
3.2 平面不规则的调整
设计初期，因建筑平面布置要求禁止结构房屋端部设置落地剪力墙，经试算后发现：Y-5%偶然偏心地震力作用下楼层最大水平位移/层间位移分别为1.63/1.62，竖向构件的最大水平位移及层间位移大于该楼层平均值的1.5倍，超过了《高层建筑混凝土结构技术规范（JGJ3—2002）》第4.3.5条的规定，为平面不规则。经协商，建筑平面上同意端部加设落地剪力墙，但是端墙底层需开设较大洞口，严重削弱了端部剪力墙的抗侧力作用，中间核心筒偏心严重，竖向构件的最大水平位移及层间位移仍达到1.60/1.62，不能满足《高层建筑混凝土结构技术规范（JGJ3—2002）》第4.3.5条的规定。
经过试算，满足《高层建筑混凝土结构技术规范（JGJ3—2002）》第4.3.5条的规定，采用图2中的结构竖向构件布置方式，避免了结构平面布置出现不规则情况。
3.3 竖向不规则的调整
建筑楼层层高分布情况见表2。
因建筑物底部相邻层高（7.95m/3.75m）相差太大，楼层侧向刚度及楼层层间受剪承载力超过了《高层建筑混凝土结构技术规范（JGJ3—2002）》第4.4.2、4.4.3条的规定，出现竖向不规则情况。为避免此种情况，故结构竖向布置时采取了以下措施：（1）增强7.95m层抗侧力构件，即增加此层落地剪力墙的厚度；（2）减弱上层3.75m层的抗侧力构件，即在满足构件竖向承重能力的情况下尽可能减少剪力墙厚度和剪力墙数量。经调整试算最终确定核心筒外圈墙由400mm收为200mm，端部剪力墙由450mm收为300mm，并满足了《高层建筑混凝土结构技术规范（JGJ3—2002）》的要求。
3.4 端部剪力墙的加强措施
因建筑师追求侧入口建筑效果，正如前面所述，尽管设有端部剪力墙，但是端侧墙开洞口较大，且洞口为下大上小，特别是本栋楼最左端处，侧墙上甚至出现了底部有洞、上部无洞的情况，即剪力墙结构转换等情况，建筑物端部竖向构件未能满足《建筑抗震设计规范（GB50011—2001）》中关于抗侧力构件连续性的要求，因此对竖向构件及转换梁截面按以下原则控制：
（1）剪力墙洞边设置端柱，端柱截面等于剪力墙厚的2倍，并保证端柱配筋方式和抗震构造加强措施符合《高层建筑混凝土结构技术规范（JGJ3—2002）》第10.2.11条中框支柱设计要求；
（2）保证落地剪力墙不发生剪切破坏，在用于验算罕遇地震作用的基底剪力（即把常遇地震作用力扩大0.5/0.08=6.25倍）时把落地剪力墙的剪应力水平控制在0.2fck内，同时加强落地剪力墙的配筋； （3）为保证在设计罕遇地震作用下转换梁不出現剪切破坏，按下式控制转换梁截面的抗剪承载力。
4 结构数据分析
结构设计采用多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件STAWE（2005版）进行结构分析，并考虑了剪力墙上开洞对结构分析的影响，计算分析结果如下：
（1）结构的自振周期见表3。
结构的最大层间位移，地震作用下为1/1664，风荷载作用下为1/3542，均在规范范围内。
（2）第一扭转周期与第一平动周期的比值最大为0.87，符合《高层建筑混凝土结构技术规范（JGJ3—2002）》不大于0.9的要求；楼层的最大弹性水平位移及层间位移与该楼层的两端弹性水平位移及层间位移平均值的比值最大为1.4，符合《高层建筑混凝土结构技术规范（JGJ3—2002）》中不超过1.5的要求。
（3）各楼层的侧向刚度比值（与相邻上层的70%或与相邻上部三层刚度平均值的80%）最小为Ratx1=1.1583，Raty1=1.1080，满足《高层建筑混凝土结构技术规范（JGJ3—2002）》中第4.4.2条的规定。
（4）楼层受剪承载力最小比值为1.02，满足《高层建筑混凝土结构技术规范（JGJ3—2002）》中第4.4.3条的规定；而2层与3层的受剪承载力为1.07，最终结构承载力最小比值没有发生在层高相差很大的两层处，说明前面对竖向不规则调整的方法非常有效。
（5）电算结构显示：柱墙的轴力设计值均为压力，柱墙大部分为构造配筋；梁基本无超筋，符合抗剪、抗扭要求。计算结果可在工程设计中应用。
以上分析结果表明：在多遇地震作用下工程结构的侧向刚度指标、竖向规则性指标、扭转规则性指标带来的不利影响，均符合现行规范的相关要求；且落地剪力墙、框支柱等关键构件按弹性罕遇地震作用计算，其承载力仍有一定的余量，因此可以期望工程的结构体系在遭遇设防烈度地震袭击时，能达到“小震不坏、大震不倒”的设计要求，同时也能最大限度地满足建筑功能的要求。
5 结束语
综上所述，高层建筑结构设计是一项高难度，高技术，高风险的工作，在设计过程存在各种各样的难题。而建筑结构设计是建筑施工的前期规划和基础，直接影响到建筑工程的质量与成本，为此，我们设计人员要不断提高自身的结构设计水平，参照以往的工程实例，总结经验，确保建筑结构设计达到“小震不坏、大震不倒”的设计要求。
参考文献
[1] 何辉；吴祖跃.浅谈高层建筑结构的设计与分析[J].科技创新导报，2009年13期
[2] 郑红.浅谈高层商业建筑结构设计[J].建筑设计管理，2012年05期