浅谈高层办公建筑的结构专业设计

浅谈高层办公建筑的结构专业设计

宋雪山

宋雪山

（陆河县建筑设计室，广东汕尾516700）

中图分类号：TU2文献标识码：A文章编号：1673-0992（2009）08-131-01

摘要：分析了高层办公建筑的结构专业设计的要点以及设计程序，并对建筑结构体系做了介绍，最后指出高层办公建筑结构的合理构成主要应注意结构的均匀性和对称性。

关键词：高层办公建筑；结构；设计

1结构专业设计控制点

1.1结构设计的要点

办公楼结构设计的要点、首先要保证平常或紧急(地震、台风、火灾和积雪等)情况下建筑物的安全性、追求其经济性及缩短工期等，这是对建筑整体的共同要求，同时还必须抓住确保办公楼的使用功能的特殊要点。另外，结构设计往往和建筑设计、设备设计及施工设计有着密不可分的关系，因此.在进行结构设计时，就必须考虑与其他设计间的整合性。所以在设计的最初阶段，就要同其他设计之间相互协调，密切配合。下表所示的是有关办公楼结构设计的要点。

1.2结构专业设计的程序

在进行办公楼的结构设计时，首先要整理与办公楼有关的各项条件(要求的结构性能、荷载条件、工期、预算以及和建筑设计·设备设计·施工设计之间的关系等)。在得到全面的资料后，才能正式开始设计。接下来对包括选址条件和相关规范在设计上的限制等在内的各项条件进行研究和整理，与此同时进行具体的框架设计(结构性能的数值化、选定结构种类和框架形式)及详细设计计算。在完成结构设计后，还要进行验证(各项条件的满足程度)。并进一步确认其合理性，可操作性。另外，通过验证如发现不合理处，要根据情况对设计进行调整修改。

2建筑结构体系

2.1结构种类

①结构种类

在选定结构种类时，为了更有效地满足所需求的条件，并易与其他设计协调，就必须事先对每个结构种类所具有的特性及适用范围有充分细致的了解。

在此，将在办公楼的设计中适用频率较高的结构种类的特性及适用范围与各结构种类的主要的使用目的列示如下。

钢筋混凝土结构(以下称RC结构)

钢骨钢筋混凝土结构(以下称SRC结构)

钢结构(以下称S结构)

其他结构种类(主要是混合结构)

高层办公楼所采用的结构种类和办公楼的历史变迁有着很密切的关系，在对办公室空间的大跨度化和高层化要求较少的年代，结构种类主要是以RC结构为主。其后，为了适应办公室空间大跨度化的要求，开始采用SRC结构梁，并且为了减轻自身的重量，S结构就逐渐成为了结构形式的。另外，为了适应办公楼不断向高层化发展的要求，将高轴力的对应作为目的，在柱子方面开始采用SRC.结构、S结构、钢管混凝土结构(以下称CFT结构)。

另外，最近几年，“混合结构”开始被开发使用，这种结构是在不同部位使用不同的结构种类，以最大限度地发挥其各自的特性，提高结构的性能和经济性。

高层办公综合楼建筑的主体结构体系也具有多样性，主要有:框架、框架剪力墙、剪力墙、筒体、筒中筒、束筒、筒框(筒体稀柱框架结构的简称)、带支撑或带刚臂(刚性加强层的简称)的筒框、巨形支撑等等。一幢高层建筑的主体结构可以由其中的某一个体系单独构成，也可以由其中的某二个甚至三个体系按不同比例组合而成。

②框架形式

在框架设计中，在对结构种类进行选定的同时，也要对荷载的支撑方式和传递结构(框架形式)进行设定。在对框架的形式进行设定时，要掌握的重点无论是垂直荷载或是水平荷载都要满足其结构上的合理性需求。另外，因为框架形式的设定(特别是剪力墙·支撑的形式及配置)同建筑设计与设备设计有着密切的关系，所以在初设阶段就必须事先考虑到相互间的协调性，并对其中存在的问题加以协调解决。

在此，就有关在高层办公楼中适用频率较高的框架形式的概要及其特性例示如下。

纯框架结构

剪力墙和支撑并用的框架结构

其他框架结构

3高层办公建筑结构的合理构成

高层办公楼的体型选择也与结构有密切关系，选择合理的建筑体型，可加强结构本身的刚度。如圆形或椭圆形平面，有助于减少风荷载:上窄下宽的体型对承受水平力引起的弯矩有很好的效果:在平面转角处，采用圆角或抹角的处理方法能减少风压和地震力集中。而体型选择则与标准层平面有密切关系。

结构对平面的制约还表现在需要控制建筑物的高宽比。我国的高层建筑结构设计规范规定，在设计中刚度较大的筒体和剪力墙结构，房屋的高宽比(建筑高度建筑平面短边宽度)应不大于6，一般宜小于5;刚度较差的框架和框架剪力墙结构，建筑物的高宽比应不大于5，最好低于4。

实际工程中理想的绝对均匀对称的高层建筑结构几乎是不存在的，但是结构的均匀对称有利于结构的抗震抗风，有利于结构在重力荷载下正常工作。

a、结构的对称性

结构的对称性主要指的是高层建筑中抗侧力的主体结构的对称性。平面对称的建筑比较容易实现结构的对称性。如筒体框架结构、筒中筒结构、筒体结构、框剪结构、剪力墙结构、框架结构等。平面不对称的建筑如平面形状复杂的L型、T型等高层建筑，内含结构的基本对称仍是有可能实现的。这主要取决于结构工程师结合建筑平面的功能和需要进行合理的结构布置，设法调整结构的刚度中心与建筑物重心、平面的形心尽量接近，从而实现结构的基本对称。

b、结构的均匀性

高层建筑结构的均匀性主要表现在四个方面:

·高层建筑主体抗侧力结构两个主轴方向的刚度比较接近、变形特性比较相近。高层建筑主体抗侧力结构两个主轴方向的刚度比较均匀，就能具有比较良好的抗震抗风性能。

·高层建筑主体抗侧力结构沿竖向断面、构成变化比较均匀、不要突变。这种均匀的高层建筑结构可以避免因薄弱层的破坏而引起的结构整体破坏。

·高层建筑主体抗侧力结构的平面布置中同一主轴方向各片抗侧力结构刚度尽量均匀。同一主轴方向的各片抗侧力结构刚度均匀，水平荷载作用下应力分布将比较均匀，有利于结构抗震延性的实现。

·高层建筑主体抗侧力结构的平面布置还应注意中央核心与周边结构的刚度协调均匀，保证主体结构具有较好的抗扭刚度。以避免高层建筑物在地震或风的扭矩作用下产生过大的扭转变形而引起结构或非结构构件的破坏。

参考文献：

[1]方鄂华、叶列平，高层建筑结构设计，中国建筑工业出版社，2003。

[2]张家旭、张庆芳等，钢结构，中国铁道出版社，2002