2结构方案选型及布置.

某B级高度高层建筑的结构方案探讨【摘要】：本文针对某B级高度高层建筑工程案例，探讨了在方案阶段的结构方案选型，对比了不同结构方案的试算结果，给出了提高抗侧移刚度的解决方案，并就局部具体问题提出一些讨论。

【关键词】：B级高度高层建筑框架—核心筒筒中筒抗侧刚度1.工程概况本工程为某城市综合体的一部分，地下3层，地上30层，总高120m。

地下部分为车库、仓储，地上一~四层商业，五~三十层办公。

商业部分层高4.5m~6.1m，办公部分标准层层高3.8m，总建筑面积约4.3万m2。

抗震设防烈度8度(0.20g)，二类场地，基本风压0.60KN/m2。

按建筑总高、相应的抗震设防烈度和可能采取的结构体系，根据《高规》3.3.1条规定，该工程属于B级高度高层建筑。

2.结构方案选型根据该项目的概况，可能采用的结构体系有：框架—剪力墙结构、部分框支剪力墙结构、筒体结构。

就建筑平面布置而言，竖向交通体系和设备、电井道均位于中心位置，外墙以玻璃幕墙为主，这种平面布置可以优先考虑的是筒体结构体系。

筒体结构具有造型美观、受力合理、使用灵活、以及整体性强等优点。

目前全世界最高的100幢高层建筑约三分之二以上采用筒体结构，国内百米以上的高层建筑有一半以上采用筒体结构。

3.结构试算及对比分析同时进行了框架—核心筒和筒中筒两种结构方案的试算，底层结构平面布置分别如图1、图2所示，分别简称方案一、方案二。

核心筒部分结构布置相同，底层核心筒外墙墙厚700mm（以下构件截面单位均为mm），砼强度等级C50，随层数增加，截面和砼强度等级逐渐收小至300和C30，梁、板砼强度等级均为C30。

方案一外围采用稀柱框架，底层柱截面1200x1200，砼强度等级C60，随层数增加，柱截面和砼强度等级逐渐收小至600x600和C30，梁截面主要为400x800。

方案二外围采用由密柱深梁形成的外框筒，底层角柱截面1200x1200，边柱截面1000x800（800x1000），柱净距在1.9m~3.15m之间，柱截面和砼强度等级向上收小，主要框筒梁截面X向400x1000，Y向450x1200。

结构方案的比选说明一、针对地基处理方案比选：地基处理总的原则：“根据上部结构对地基要求，以及所处的施工现场所处的环境条件、地质条件及水文条件，进行有针对性的合理选择地基处理方案”。

1、地基处理的方法及选择：（1）换填地基：当建筑物基础下的持力层较弱，不能满足上部荷载对地基的要求时，常采用换填法来处理软弱地基。

包括灰土地基、砂和砂石地基、粉煤灰地基，根据施工现场的实际情况来选择用哪一种土方进行换填，这里面需要解决土方的来源和土方运输的距离，由此带来的成本要求。

2011年，我们在施工安徽铜陵涌银国际售楼处项目时，施工方在施工期间由于经验问题，造成了地基基坑超挖严重，施工方在发现超挖严重时，竟对超挖部分用土进行回填，被监理单位发现即时的进行了制止，建设单位邀请了设计方、施工方以及监理方、地质勘察方对超挖部分进行了相应处理，提出了用砂和砂石地基对超挖部分进行换填。

（2）夯实地基：夯实地基主要包括重锤夯实地基和强夯地基，即采用夯锤对地基进行反复夯击，使地基表面形成一层比较密实的硬壳层，从而使地基得到加固。

这种地基处理方式是目前最为常见的一种，其操作成本也相对较低。

但这种地基处理方式一般只适用于周围建筑稀少的城市郊区，对于建筑物稠密的城市市区，不应采用这种方式，尤其是强夯地基。

（3）堆载预压法：堆载预压法是利用前期荷载加速地基固结，使地基在建造建筑物之前提前产生沉降，并由此提高地基土的抗剪强度，以适应建筑物荷载的施加并有效地减小工后沉降和差异沉降。

该地基处理方案涉及到施工时间较长，对于工期有要求的，不适宜采用该种地基处理方案。

2007年，我们在施工君临紫金项目时，考虑到项目紧邻沪宁高速，车流量较大，便在项目靠高速公路一侧采用人造推土的方式人为的堆出了一个高约12米的土丘，土丘形成后，因该土丘属于杂填土堆积而成，土质较松，有出现山体滑坡的可能，对后期项目实施产生隐患，为此有部分专家参与了该土丘的实际勘察，也因此形成了多种方案，有建议对土丘进行支护设计的，有建议加大土丘坡度的，最终考虑到现场设计实际情况，以及从控制成本角度出发，采用了暂时不调整该土丘，任其自然沉降的方式，通过自重缓慢沉降，达到一定的沉降稳定期后，再对该处进行建筑物的施工，该方案处理也是对后期在土丘坡面上施工的建筑物地基起到了一定的堆载预压的作用，对地基也起到了一定的强化作用。

结构计算书一、工程概况建筑层数：地上7层建筑高度：22.65米结构类型：钢筋砼框架结构总建筑面积：2353.76平方米设计标高：0.000建筑类型为商住楼本设计图除标高及总图以米为单位外，尺寸以毫米为单位。

二、设计要求结构的设计使用年限：50年建筑结构的安全等级：二级结构的重要性系数：1.0 建筑抗震设防类别：二类抗震设防烈度：六度防火类型：二类耐火等级：二级天面防水等级：二级；二道防水设防三、结构方案选择3.1.1 结构选型1.结构体系：采用钢筋混凝土框架结构2.屋面结构：现浇钢筋混凝土梁板屋盖3.楼面结构：现浇钢筋混凝土梁板楼盖3.1.2 结构布置1.平面布置（1）柱网尺寸：根据建筑平面图选择柱网布置方案，确定横向和纵向框架梁的跨度。

框架梁的跨度应为柱子轴线之间的距离。

（2）建筑缝的设置：根据混凝土规范及其它要求进行设置。

（3）次梁的布置。

2.竖向布置框架的层高即为框架柱的长度。

首层层高应取基础顶面到首层梁顶的距离，其余各层层高应取梁顶至梁顶的距离。

3.1.3 主要构件截面尺寸的确定各构件的截面尺寸应满足承载力、刚度及延性要求，并考虑方便施工。

1.框架梁截面尺寸：框架梁的截面尺寸应该根据承受竖向荷载的大小、梁的跨度、框架的间距、是否考虑抗震设防要求以及选用的混凝土材料强度等诸多因素综合考虑确定。

一般情况下，框架梁的截面尺寸可参考受弯构件按下式估算：梁高h=(1/8～1/12)l ，其中l 为梁的跨度。

梁宽b=(1/2～1/3)h 。

在抗震结构中，梁截面宽度不宜小于200mm ，梁截面的高宽比不宜大于4，梁净跨与截面高度之比不宜小于4。

2.框架柱截面尺寸：框架柱的截面形式通常大多为方形、矩形。

柱截面的宽与高一般取层高的1/15～1/20，同时满足25/0l h ≥、30/0l b ≥，l0为柱计算长度。

多层房屋中，框架柱截面的宽度和高度不宜小于300mm ；高层建筑中，框架柱截面的高度不宜小于400mm ，宽度不宜小于350mm 。

摘要本设计是办公楼设计。

除建筑设计之外，结构设计是本专业设计的重点，其主要有设计计算书和结构施工图两部分组成。

结构设计主要是竖向荷载作用下的框架内力计算和水平作用下的地震作用、风作用计算，内力组合，梁柱配筋，楼梯计算，基础计算。

本设计竖向荷载作用下的框架计算取一榀框架，4层3跨，用弯矩分配法逐层求得；水平抗震计算采用D值法求得。

求出上述内力后，即可进行内力组合，然后根据内力组合的结果进行梁柱的配筋设计。

最后进行基础设计。

关键词：框架结构、钢筋混凝土、现浇。

第一部分设计条件一、工程名称。

二、建筑设计资料本建筑主要用途办公楼。

采用钢筋砼全现浇框架结构，四层（局部五层），底层层高3.7m，其余各层为3.5m。

本建筑总长为67.5m，总宽为36m，总高为16.2m。

本建筑中的一些构造作法如下：1.墙身做法：墙身为普通机制砖填充墙，M5混合砂浆砌筑。

外墙240mm，内墙200mm。

2.内墙面做法：刷乳胶漆，5mm厚1：0.3：3水泥石灰膏砂浆粉面压实抹光，12mm 厚1：1：6水泥石灰膏砂浆打底。

外墙面做法：1：1水泥砂浆（细砂）勾缝，5mm厚水磨石墙面，10mm厚1：2水泥砂浆粘结层，10mm厚1：3水泥砂浆打底。

3、楼面做法：50mm厚面层，板厚100mm4、屋面做法：油毡防水屋面，二毡三油、热铺绿豆砂一层；冷底子油一道；20mm厚1：2水泥砂浆找平层；100～140mm厚水泥防水珍珠岩块或沥青珍珠岩块保温层；热沥青一道隔气层；捣制钢筋混凝土屋面板。

三、基本数据(一)、工程地质情况(1)、设计标高室内设计标高±0.000，室内外高差300mm。

(2)、地下水位地下水位位于地表下1.0m处。

(3)、土层描述第一层为杂填土，厚度500mm；f k＝60 kN/m2；第二层为亚粘土，厚度1000mm，f k=110 kN/m2；q pk＝15 kN/m2第三层为粘土层，厚度2000m，f k=160 kN/m2；q pk＝25 kN/m2第四层为粘土层，厚度6000mm—13000mm，f k= 80 kN/m2；q pk＝20 kN/m2(二)、抗震要求本工程设计使用年限为50年，抗震设防烈度为六度，设计基本地震加速度0.10g，设计地震分组为第一组，抗震等级为二级，Ⅱ类场地土，近震。

《混凝土结构设计规范》GB50010-20102引用标准名录1 《工程结构可靠性设计统一标准》GB 501532 《建筑结构可靠度设计统一标准》GB500683 《建筑结构荷载规范》GB 500094 《建筑抗震设计规范》GB 500115 《民用建筑热工设计规范》GB 501766 《混凝土结构工程施工规范》GB 50×××793 基本设计规定3.1 一般规定3.1.1 混凝土结构设计应包括下列内容：1 结构方案设计，包括结构选型、传力途径和构件布置；2 作用及作用效应分析；3 结构构件截面配筋计算或验算；4 结构及构件的构造、连接措施；5 对耐久性及施工的要求；6 满足特殊要求结构的专门性能设计。

3.1.2 本规范采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，以可靠指标度量结构构件的可靠度，采用分项系数的设计表达式进行设计。

3.1.3 混凝土结构的极限状态设计应包括：1 承载能力极限状态：结构或结构构件达到最大承载力、出现疲劳破坏或不适于继续承载的变形，或结构的连续倒塌；2 正常使用极限状态：结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。

3.1.4 结构上的直接作用（荷载）应根据现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009 及相关标准确定；地震作用应根据现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011 确定。

间接作用和偶然作用应根据有关的标准或具体条件确定。

直接承受吊车荷载的结构构件应考虑吊车荷载的动力系数。

预制构件制作、运输及安装时应考虑相应的动力系数。

对现结构，必要时应考虑施工阶段的荷载。

3.1.5 混凝土结构的安全等级和设计使用年限应符合现行国家标准《工程结构可靠性设计统一标准》GB 50153 的规定。

混凝土结构中各类结构构件的安全等级，宜与整个结构的安全等级相同。

对其中部分结构构件的安全等级，可根据其重要程度适当调整。

对于结构中重要构件和关键传力部位，宜适当提高其安全等级。

摘要本设计是武汉地区一大学宿舍楼。

该工程占地40002m，共六层，层高均为3m;结构形式为钢筋混凝土框架结构；抗震要求为六度设防。

本结构设计只选取一榀有代表性的框架（8号轴对应的框架）进行计算。

本设计包括以下内容：一、开题报告，即设计任务，目的要求；二、荷载计算，包括恒荷载，活载，风荷载；三、内力计算和内力组合；四、框架梁柱配筋计算；五、现浇板，楼梯和基础计算；六、参考文献，结束语和致谢。

该设计具有以下特点：一、在考虑建筑结构要求的同时考虑了施工要求及可行性；二、针对不同荷载特点采用多种不同计算方法，对所学知识进行了全面系统的复习；三、框架计算中即运用了理论公式计算又运用了当前工程设计中常用的近似计算方法。

AbstractThis article is to explain a design of a 6-storey-living building in Wuhan. The building is to use frame structure with steel and concrete with the seismic requirements for the minimum security 7.The structural design only selected the framework on the 7th axis for calculation. Throughout the design, it mainly used some basic concept such as the structural system selection, the structure of planar and vertical layout, columns and beams section to determine, load statistics, combination of internal forces, together with the methods of construction and structure.On the preliminary design stage, in order to determine or estimate the structure of layout elements cross-section size, it requires the use of some simple approximate calculation methods, in order to solve the problem quickly and provincially. Therefore, in the designing, the use of a framework structure similar to hand-counting methods, including the role of vertical load under the hierarchical method, the level of seismic shear and D value method to master the basic methods of structural analysis to establish the structure of mechanical behavior of the basic concepts; in the design of the foundation, foundation bearing capacity of soil is an important basis for the design. Bearing capacity of foundation soil is not only related to the nature of soil, but also based on the form and size of upper part. I selected the reinforced concrete foundation which has a better shear capacity and bending capacityKeywords: frame structure, load statistics, combination of internal forces, shear method, carrying capacity1 绪论我所学的专业是土木工程，偏向建筑结构方向，专业的主要课程是力学和结构两大类，注重培养学生侧重于力学理论在结构工程中的应用；可以熟练地对建筑结构进行计算并应用所学的力学理论对计算结果进行分析。

章节变动：预应力补充内容后由第6章调到第10章修订原则：∙提高安全储备，保证结构安全∙提高抗灾能力，以人为本∙完善耐久性设计∙高性能高强材料的应用∙规范合理分工协调修订的主要内容：(1)增加结构方案和结构防倒塌设计的原则，提高结构在偶然作用下的抗灾性能。

(2)面对我国大量既有建筑安全性与改造的迫切需要，增加既有结构设计的原则规定。

(3)调整正常使用极限状态的荷载组合，以及预应力构件的验算要求。

(4)增加楼盖舒适度的设计，控制结构竖向自振频率。

(5)完善耐久性设计方法，适当增加钢筋保护层厚度，提出了使用期维护、管理的要求。

(6)淘汰低强度钢筋，采用高强2高性能钢筋，提出钢筋延性(最大力下的总伸长率)的要求。

(7)解决配筋密集的困难, 提出并筋(钢筋束)配置的规定。

(8)扩充结构分析内容及各种效应的分析方法,提出非荷载效应(温度、收缩)分析的原则。

(9)完善结构构件考虑二阶效应的计算方法。

(10)适应复杂结构非线性分析及设计, 完善材料本构关系及混凝土多轴强度准则的内容。

(11)增加斜截面受剪承载力计算的安全性, 完善双向受剪设计方法, 调整冲切承载力计算。

(12)补充拉、弯、剪、扭复合受力构件设计的相关规定, 明确应力配筋的有关要求。

(13)调整正常使用极限状态裂缝宽度及刚度的计算方法, 计算结果略有放松。

(14)改进钢筋锚固和连接的方式, 补充完善机械锚固、机械连接等手段。

(15)考虑配筋特征值调整钢筋最小配筋率, 增加安全度, 同时控制大截面构件的最小配筋率。

(16)在梁柱节点中引入钢筋机械锚固的有关规定, 简化锚固配筋构造。

(17)补充、完善各类装配整体式结构及叠合式(水平、竖向)结构的设计原则及构造要求。

(18)调整预应力混凝土收缩、徐变及新工艺、新材料预应力损失计算的规定。

(19)增加无粘结预应力的有关内容, 补充、完善各种预应力构件的配筋构造措施。

(20)调整混凝土构件抗震等级以及有关内力调整的规定, 提出抗震钢筋延性的要求。

砼框架结构设计手算步骤一．确定结构方案和结构布置1．结构选型是否选用框架结构应先进行比较。

依据何广乾的模糊评判法，砼结构8~18层首选框剪结构，住宅、旅馆则首选剪力墙。

对于不须要电梯的多层接受框架较多。

2．平面布置留意L,l,l’,B的关系。

3．竖向布置留意高宽比、最大高度（分A、B两大类，B类计算和构造有更严格的要求），力求规则，侧向刚度沿竖向匀整变更。

4．三缝的设置按规范要求设置，尽量做到免缝或三缝合一。

5．基础选型对于高层不宜选用独立基础。

但依据国勤兄的阅历，对于小高层当地基承载力标准值300kpa以上时可以考虑用独基。

6．楼屋盖选型高层最好选用现浇楼盖1）梁板式最多的一种形式。

有时门厅，会议厅可布置成井式楼盖，其平面长宽比不宜大于1.5，井式梁间距为2.5~3.3m，且周边梁的刚度强度应加强。

接受扁梁高度宜为1/15~1/18跨度，宽度不超过柱宽50，最好不超过柱宽。

2）密肋梁方形柱网或接近方形，跨度大且梁高受限时常接受。

肋梁间距1~1.5m，肋高为跨度的1/30~1/20，肋宽150~200mm。

3）无梁楼盖地震区不宜单独运用，如运用应留意牢靠的抗震措施，如增加剪力墙或支撑。

4）无粘结预应力现浇楼板一般跨度大于6m，板厚减薄降低层高，在高层中应用有确定技术经济优势。

在地震区应留意防止钢筋端头锚固失效。

5）其他二．初步确定梁柱截面尺寸及材料强度等级1．柱截面初定分抗震和非抗震两种状况。

对于非抗震，依据轴心受压初定截面。

对于抗震，Ac=N/(a*fc) N=B*F*Ge*n B=1.3（边柱），1.2（等跨中柱），1.25（不等跨中柱）Ge=12~15kN/m2 a为轴压比fc为砼抗压强度设计值F为每层从属面积n为层数。

框架柱上下截面高度不同时，每次缩小100~150为宜。

为便利尺寸标注修改，边柱一般以墙中心线为轴线收缩，中柱两边收缩。

柱截面和标号的变更宜错开。

2．梁截面初定梁高为跨度的1/8~1/14，梁宽通常为1/2~1/3梁高。

一．钢结构设计步骤第一步判断结构是否适合用钢结构第一步：判断结构是否适合用钢结构钢结构通常用于高层、大跨度、体型复杂、荷载或吊车起重量大、有较大振动、要求能活动或经常装拆的结构。

直观的说：大厦、体育馆、歌剧院、大桥、电视塔、雕塑、仓棚、工厂、住宅、山地建筑和临时建筑等。

这是和钢结构自身的特点相一致的。

二．钢结构设计步骤第二步结构选型与结构布置结构选型及布置是对结构的定性，由于其涉及广泛,应该在经验丰富的工程师指导下进行。

此处仅简单介绍。

在钢结构设计的整个过程中都应该被强调的是"概念设计",它在结构选型与布置阶段尤其重要. 对一些难以作出精确理性分析或规范未规定的问题，可依据从整体结构体系与分体系之间的力学关系、破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的设计思想，从全局的角度来确定控制结构的布置及细部构造措施。

在早期迅速、有效地进行构思、比较与选择，所得结构方案往往易于手算、力学行为清晰、定性正确，并可避免结构分析阶段不必要的繁琐运算。

同时，它也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。

林同炎教授在《结构概念和体系》一书中介绍了用整体概念来规划结构方案的方法，以及结构总体系和个分体系间的相互力学关系和简化近似设计方法。

钢结构通常有框架、平面桁架、网架（壳）、索膜、轻钢、塔桅等结构形式。

其理论与技术大都成熟。

亦有部分难题没有解决,或没有简单实用的设计方法，比如网壳的稳定。

结构选型时，应考虑不同结构形式的特点。

在工业厂房中，当有较大悬挂荷载或大范围移动荷载，就可考虑放弃门式刚架而采用网架。

基本雪压大的地区，屋面曲线应有利于积雪滑落（切线50度外不需考虑雪载），如亚东水泥厂石灰石仓棚采用三心圆网壳，总雪载和坡屋面相比释放近一半。

降雨量大的地区相似考虑。

建筑允许时，在框架中布置支撑会比简单的节点刚接的框架有更好的经济性。

而屋面覆盖跨度较大的建筑中，可选择构件受拉为主的悬索或索膜结构体系。

1 钢柱1.1锚栓尺寸经复验符合GB50205要求且柱基础砼强度等级达到设计强度的75%方可进行钢柱安装。

2 结构安装2.1钢架安装顺序：应先安装有柱间支撑的两榀钢架，而后安装其他钢架。

2.2头两榀钢架安装完毕后，应在两榀钢架间将水平系杆，檩条及柱间支撑，屋面水平支撑调整构件间的垂直度及水平度：待调整正确后方可锁定支撑，而后安装其他钢架。

2.3除头两榀钢架外，其余榀的檩条、墙梁、偶撑的螺栓应校准在进行拧紧。

2.4钢架屋面斜梁组装：斜梁跨度较大，在地面组装时应尽量采用立拼，以防斜梁侧向变形。

2.5檩条的安装应带钢架主结构调整定位好后进行，檩条安装后应采用拉杆调整平直度。

2.6结构吊(安)装时，应采用有效措施，确保结构稳定，并防止产生过大变形。

2.7结构安装完成后，应详细检查运输，安装过程中涂层的擦伤并补刷油漆，对所有的链接螺栓应逐一检查，以防漏拧或者松动。

2.8不得利用已安装就位的构件起吊其他重物，不得在构件上加焊非设计要求的其他构件。

3高强螺栓施工：3.1钢构件加工时，在钢构件高强螺栓结合部位表面除锈，喷砂后即将贴上胶带密封，带钢结构吊装拼接时用铲刀将胶带铲除干净。

严禁在高强螺栓连接处磨擦面上作任何标记。

3.2对于在现场发现的因加工误差而无法进行施工的构件螺栓孔，严禁采用锤击螺栓强行传入或者用气割扩孔，应与本公司及相关部门商议处理。

高强螺栓不得作为暂时螺栓。

3.3高强螺栓施工顺序应由中间向两端逐步交织进行。

3.4高强度螺栓终拧前严禁雨淋。

3.5为使构件密切结合，高强度螺栓结合面严禁有电焊、气割、毛刺等物质。

3.6高强度螺栓孔应采用钻成孔。

1 除锈：除镀锌构件外，制作前钢构件表面应进行喷砂除锈处理宜采用机械除锈，除锈质量应达到GB/T8923中Sa2.5级标准。

手工除锈达到St2级。

2 涂漆：钢构件经除锈处理后应即将喷涂保养底漆 (红丹醇酸防锈漆，涂层厚度25-30um)，而后再喷两道醇酸防锈漆(中间漆) ，涂层厚度50-60um，制作完成后，再涂两道醇酸调和漆(面漆) ，涂层厚度40-50um，其中最后一道应在安装完成后工地涂制。