高层建筑商业楼结构设计

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【摘 要】随着商业的不断发展,改革开放后我国经济得到了迅猛发展,促使一座座高层商业建筑拔地而起,商业建筑各个方面都趋向综合化,尤其是建筑高度其记录一次次被刷新,与此同时,高层商业建筑结构的内部结构也是日趋复杂化,其内部系统的复杂化、交叉性以及最终的整体性都在高层商业建筑结构上得到了直接而显著的表现.高层商业建筑最突出的特点就是“高”,正是这个特性,使之在建筑结构上与其他建筑相比存在很多与众不同的特点.

【关 键 词】高层；商业建筑；结构；设计

1高层商业建筑结构施工的主要特点

高层商业建筑施工在建筑、结构、设备、消防等方面与低层、多层建筑在施工技术上有一定的相同之处,但是随着建筑物高度的增加带来施工条件的差异,使得高层商业建筑与低层、多层建筑在施工技术上有其固有的特点．主要表现在“高、深、长、密”4个方面.

1.1所谓“高”就是建筑的垂直方向较长

基于高层商业建筑高度高这一明显特点,必然会给建筑附于工程量大、技术复杂、危险系数高等特点,因此,高层商业建筑施工过程之中必须注意防火、防电、通信联络、垃圾处理等相关问题,认真贯彻科学管理理念,真正落实建筑质量至上、安全第一的原则.

1.2高层商业建筑的“高”与“深”

高层商业建筑“高”的特点决定了坚实建筑物基础的埋置深度较深,为了满足地下埋深嵌固的要求,保证高层商业建筑施工整体的稳定性,同时也为了满足市民对车库、库房等相关空间的要求,高层商业建筑结构一般至少具有一层地下室,埋深均在地面以下5m.

1.3“长”指的是建筑施工周期较长

高层商业建筑一般是大中型项目,施工工期一般为2a左右,整个工期不可避免的经历越冬、雨期等不利施工的时节,所以为了缩短工期,提高工程效益,在整个工期中必须细致的进行施工方案、监理方案的分析的选择,进行合理的布置和安排.

1.4“密”是指高层商业建筑的施工区域相对集中

高层商业建筑一般在经济繁荣的城市地带比较集中,周边环境复杂、人口密集,为了保证施工进度,需要合理安排现场临时设施工程,尽量节约空间,做到减少在施工现场囤积建筑材料、停放运输设备等.充分利用商品砼和预制构配件等到半成品材料.

2高层商业建筑结构体系的主要特点

在高层商业建筑结构设计中建筑结构体系起着很大的作用,这和低层建筑结构相比具有明显的区别,选择的建筑结构体系不同,需要制定的施工方案、工程监理、建筑平面的布置、建造高度、防火通道设置、施工工期和工程造价等各方面的对策也大相径庭.

2.1水平力是设计的主要因素

一般认为,竖向载荷(重力)往往是影响低层和多层房屋结构设计的主要因素.而在高层商业建筑中,起决定性作用的却是水平荷载,虽然竖向荷载仍对结构设计也有一定影响,但其影响往往只是一个参考数据,不会牵动大局.

首先,竖向载荷一般随建筑高度的确定也将成为一个定值,但作为水平载荷的风荷载和地震功能,其数值往往随建筑结构体系的不同而相差较大.其次是,建筑自重和对竖向荷载构件的强度要求,仅和建筑高度成一次的正比关系；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩,以及由此在竖向构件中所引起的轴力,是和建筑高度的两次方成正比.

2.2侧移成为控指标

建筑高度越高使得结构的侧向变形迅速变大,这与低层或多层建筑有着很大的区别,随着建筑高的的增加,结构侧移已成为高层结构设计中的重要指标.随着高度的增加、轻质高强材料的应用、新的建筑形式和结构体系的出现、侧向位移的迅速增大,高层商业建筑在设计中要满足抗推刚度强度,以使结构在水平荷载下产生的侧移被控制在某一限度之内,否则会产生以下情况：

（1）主体结构构件出现扭曲、裂缝,甚至损坏.

（2）墙体开缝、暖气管道和自来水管道崩破、机电设备管道损坏、电梯轨道变型等,这给居民带来心理上的恐慌.

（3）高层建筑产生侧移,将对竖向构件较大的附加内力,随着侧向位移的增大时,产生的附加内力也会相应增大,直到建筑不能承受时,将会导致房屋侧塌.

2.3抗震设计要求更高

有抗震设防的高层商业建筑结构设计,除要考虑正常使用时的竖向荷载、风荷载外,还必须使结构具有良好的抗震性能,做到小震不坏、大震不倒.中国的GB50011—2001《建筑抗震设计规范》对各类建筑结构的抗震计算应采用的方法作了以下规定：

可以采用剪力方法这种简化方法的结构,一般是高度低于40m,剪切变形是其主要特性,并且刚度和质量随着高度的变化均匀分布的结构,和一些近似于单质点体系构造的结构.而1款以外的其他建筑结构,一般是比较适宜采用振型分解反应谱这种分析方法的.针对一些特殊的建筑,例如甲类建筑、特别不规则建筑以及限高的高层建筑,就比较适合应用时程分析法技术,取多条时程曲线的计算平均值与振型分解反应谱法的计算结果的较大值,以此来补充计算多遇地震下的一些数据.

3关于高层商业建筑的几个误区

3.1高层电梯设置的误区

高层电梯设置是高层商业建筑结构必须考虑的一个重要方面.高层商业建筑的电梯配置对于建筑整体的运营效率和管理效率具有十分重要的影响.

对于公寓部分的电梯配置,采用低速(0.75m/s),中轿厢(600～750kg)的配置在国外发达国家很普遍.对于办公部分,由于上下班时间较为集中,电梯的管理设置比自身配置更能提高运载能力.

3.2现代高层商业建筑要抓住智能化这个主体,侧重于建筑内部设备的配置

实际上,智能化建筑包括了BA(楼宇自动化)、OA(办公自动化)等,其他方面不是仅仅通过自动化就能实现的,它们必须通过数字化、综合化等多种方式的组合才能发生作用.自动化只是智能化建筑直观表现的一个方面,国际上,对于智能化建筑的衡量标准一般采用下面4个项目：即建筑对于提升工作效率的能力、建筑对于预防和抵抗灾害的能力、建筑对于降低后期运营管理成本的能力、建筑对于适应使用单位未来发展的能力.

3.3标准层面积和层高的误区

高层商业建筑结构必须与标准层面积相互搭配才能把其自身价值发挥到最高水平.然而标准层面积不是越大越好.标准层面积绝不是越大越经济.通常,随着建筑高度增大,层数增多,标准层面积的使用效率会降低.

4高层商业建筑结构的优化设计

基于上面的理论分析,下文主要站在建筑结构构件的基础上,分析了单个构件内力和配筋计算,包括梁,柱,剪力墙轴压比计算,构件截面优化设计等.

4.1以下3种情况会出现混凝土超筋

（1）混凝土梁斜截面的分析结果小于最小值的要求；

（2）当梁的弯矩设计值M大于梁的极限承载弯矩Mu；

（3）当大于《抗震规范》要求梁端纵向受拉钢筋的最大配筋率2.5%时,提示超筋.

4.2出现剪力墙超筋主要表现在以下几种状况

（1）剪力墙连梁超筋,一般情况下会使抗剪承载力不够,致使其承受水平地震力的能力减小.

（2）剪力墙暗柱超筋.软件中设定的暗柱最大配筋率是4%,而相关规范只给出了剪力墙主筋的配筋面积,这和最大配筋率

的参数不一样,当电脑计算后发出警报时,可以综合考虑二者之间的关系.

4.3柱的轴压比计算

首先地震力是个首要的考虑因素,在地震作用下,软件在测量轴压比时一般是采用的是地震作用组合下的柱轴力设计值.当软件忽略这个数据时,即采用非地震作用组合下的柱轴力设计值,软件忽略了地震的作用.这两者的计算结果是不一样的,所以,是否考虑地震力对软件对轴压比计算结果影响较大.

4.4为了提高建筑抵抗地震的能力,保证结构在地震作用下的伸缩性,新的《高规》和《抗震规范》对剪力墙的轴压比均作了限制

需要指明的是,当计算软件是按单向计算短肢剪力墙的轴压比时,与《高规》中规定按双向计算短肢剪力墙的轴压比有所不同.

5结语

高层商业建筑是综合性较强的建筑项目,在施工过程中存在诸多问题,难度高、技术要求高、风险系数高等是其主要特点,本文对以上特点进行了概括性的分析,在具体施工过程中还应结合具体数据、合理安排专业技术人员去解决.