天友總工說 | 層高對塔樓計算指標影響分析
? 隨著城市的發展，經濟的快速增長，城市對寫字樓的硬件要求也隨之增加。華麗的外立面輪廓、奢華氣派的大堂，成為了各大寫字樓重金打造的關鍵。而隱藏在空間內的細節——空間層高，往往容易被忽視。每棟寫字樓，因產品配置不同，其中層高也是各有不同。
? 層高一般是指標準層某層的結構底板上表面到上一層底板上表面的距離，層高中包含了梁板厚度、空調、消防及強弱電布線等管線占據的高度空間，所以在制定寫字樓方案的時候，層高直接關系到辦公的尺度和空間感。
天友總工說，從結構角度分析層高對塔樓指標的影響。
于 學 增
天津公司工程設計第二事業部結構專業副總工程師
計算模型
計算模板采用典型塔樓，采用框架-核心筒結構體系。模型如左圖所示。底部兩層和一層地下室層高均為5.1米，3至24層層高由常見的3.6至4.2米變化。樓面活荷載取2.0kN/m2，恒荷載取3.0kN/m2，樓板自重自動計算。設防烈度7度，地震加速度0.15g，設計地震分組第二組，場地類別三類，抗震等級符合規范要求。分析了層高對總體信息，周期，位移，內力和材料等方面的影響，為相關項目積累經驗，為方案制定提供參考。
01
對一般信息的影響
分析項目包含結構質量，風荷載作用下的底部剪力和傾覆彎矩等，結果如下表所示：
▲表中( )內為不同層高結果與3.6米層高結果的比值
? 隨層高的增加，結構豎向構件自重及填充墻自重增加，結構恒荷載增加，每次變化增加幅度約2%，與單層面積及豎向構件占單層重量比例有關；
? 隨層高增加，結構總高度增加，風荷載增大，底部剪力和底部彎矩增大，彎矩增大幅度與底部剪力增大幅度基本呈平方關系。
02
對周期和地震剪力的影響
分析項目包含基本振型對應周期、基底剪力和剪重比，結果如下表所示：
▲表中[ ]內為不同層高結果與3.6米層高結果的比值
規范規定最小剪重比為2.40%，計算結果均滿足要求。隨層高增加，結構剛度減小，周期變長，周期增大幅度0~20%，結構基底剪力減小，減小幅度0~9%。雖然隨層高增加結構重力荷載代表值增加，但由于周期增大，反應譜分析地震影響系數減小，基底剪力減小。（如下圖所示）
▲周期隨層高變化規律示意圖
▲基底剪力隨層高變化規律示意圖
03
對位移的影響
分析項目包含最大層間位移角和位移比，結果如下表所示：
隨層高增加，結構剛度減小，層間位移角增加，增加幅度0~9%，均滿足規范要求，對位移比影響不大。（如下圖所示）
▲位移角隨層高變化規律示意圖
04
對構件內力和配筋的影響
構件選取首層核心筒的一片墻體考察層高變化對其受力及配筋影響，結果如下表所示：
隨層高增加，結構軸力增加，軸壓比增大，剪力和彎矩減小，配筋減小或由最小配筋率控制。（如下圖所示）
▲剪力彎矩隨層高變化規律示意圖
05
對材料用量的影響
從混凝土和鋼筋材料用量方面分析層高變化的影響。混凝土用量包含板、梁柱和墻，鋼筋用量包含梁、柱和墻。結果如下表所示：
▲表中( )內為不同層高結果與3.6米層高結果的比值
隨層高的增加，由于豎向構件高度增加，材料用量增加。其中，混凝土用量增加，每次變化增加幅度約2%。梁鋼筋用量增加約3~7%，柱鋼筋用量增加約5%，墻鋼筋用量增加約3~13%。鋼筋總量增加約3~8%。混凝土和鋼筋用量隨層高變化。（如下圖所示）
▲混凝土隨層高變化規律示意圖
▲鋼筋量隨層高變化規律示意圖
06
小 結
? 隨層高的增加，結構豎向構件自重及填充墻自重增加，結構恒荷載增加，每次變化增加幅度約2%，與單層面積及豎向構件占單層重量比例有關；
? 隨層高增加，結構總高度增加， 風荷載增大，底部剪力和底部彎矩增大，彎矩增大幅度與底部剪力增大幅度基本呈平方關系。
最小剪重比均滿足：隨層高增加，結構剛度減小，周期變長,周期增大幅度0~20%，結構基底剪力減小，減小幅度0~9%。雖然隨層高增加結構重力荷載代表值增加，但由于周期增大，地震影響系數減小，基底剪力減小。
隨層高增加，結構剛度減小，層間位移角增加，增加幅度0~9%，均滿足規范要求，對位移比影響不大。
隨層高增加，結構軸力增加，軸壓比增大，雖然結構總高增加了，風荷載及重力荷載代表值增大，但由于地震力減小，配筋設計基本由地震參與組合工況控制，配筋設計時的剪力和彎矩減小，正截面和斜截面配筋減小，但減小幅度有限，其中部分由最小配筋率控制，也就是說，雖然計算配筋減小，但設計配筋不變。
從概念上說，層高增加，會適當增加豎向構件的延性，考慮到框架柱尺寸較大，適當的層高可避免形成短柱或極短柱。
隨層高的增加，結構混凝土總量每次變化增加幅度約2%，鋼筋總量每次變化增加幅度約3%，方案階段可結合使用效果、產品定位、全專業綜合效益及成本等因素綜合分析以確定合理的層高。