高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計探析[精品資料]

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計探析 -精品資料 本文檔格式為 WORD,感謝你的閱讀。 最新最全的 學術(shù)論文 期刊文獻 年終總結(jié) 年終報告 工作總結(jié) 個人總結(jié) 述職報告 實習報告 單位總結(jié) 摘要：本文結(jié)合筆者工作多年的實踐經(jīng)驗，以高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的工程實例，對其結(jié)構(gòu)設(shè)計從多方面進行了分析。 關(guān)鍵詞：高層建筑 結(jié)構(gòu)設(shè)計 TU97 A 1 工程概況 該工程主樓地上為 22層，地下為 2 層，裙房 3 層，分塔樓 A、塔樓 B 和裙房等主要結(jié)構(gòu)單 元。塔樓 A， B 大屋面高度為 95m，裙房總高度為 15m，裙房中部通過設(shè)置 2 道防震縫與左右兩側(cè)分離，兩棟塔樓層高是一致的，雙塔頂部在 63.4m的高空相連，連體部分共有 8 層，總高度為 31.5m，跨度33.6m。主樓造型形成高位連體，為豎向不規(guī)則，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中采用了 SATWE和 ETABS兩種計算軟件進行整體的內(nèi)力位移計算，同時采用彈性時程分析法進行補充計算。 工程的抗震設(shè)防烈度為 7 度，建筑結(jié)構(gòu)的安全等級二級，重要性系數(shù) 1.0，設(shè)計使用年限 50年，建筑抗震設(shè)防類別為標準設(shè)防類 (丙類建筑 )。 2 基 礎(chǔ)設(shè)計 根據(jù)地質(zhì)報告顯示，地基土以飽和軟弱黏性土和飽和砂性土為主，地表下在 20m深度范圍內(nèi)飽和砂土和粉細砂無液化問題，建筑場地類別屬 類，特征周期取 0.45s?？紤]到整個建筑場地平面較大、主樓和裙房在地下完全連成一體等特點，采用了樁筏基礎(chǔ)，進行樁基變剛度設(shè)計，強化高層主體區(qū)域樁基剛度，相對弱化裙房 (含純地下室 ) 的樁基剛度，以滿足承載力要求和沉降差異控制要求。初步設(shè)計階段兩塔樓核心筒區(qū)域筏板厚度 2m，主樓樁型選擇直徑 800mm 的鋼筋混凝土沖孔灌注樁，以中風化泥巖作為持力層，樁長 45m左右，樁身混 凝土強度等級為 C45；裙房和地下車庫部分采用直徑 500mm的 PHC高強預應力混凝土管樁，以粉砂層作為持力層，樁長 35m左右，樁身混凝土強度等級為 C80。根據(jù)試樁結(jié)果，主樓單樁承載力標準值可達到 5000kN。 3 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計 3. 1 樓蓋體系 塔樓和裙房采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土主次梁樓蓋，標準層樓板厚度取 120mm；雙塔間連體部分采用鋼 -現(xiàn)澆混凝土組合樓蓋，樓板厚度取 120mm。 3. 2 抗側(cè)力體系 (1) 兩個塔樓的柱網(wǎng)和核心筒基本對稱布置，雙塔采用鋼筋混凝 土框架 -核心筒結(jié)構(gòu)體系，與連接體相連的框架柱采用型鋼混凝土 (SRC)柱，鋼骨含鋼率為 5% 7% ，為使結(jié)構(gòu)體系更好地發(fā)揮作用，在鋼筋混凝土核心筒的四個角部和與連接體相連的關(guān)鍵部位的墻體中設(shè)置型鋼。 (2) 由于結(jié)構(gòu)平面為長方形，長寬比 L/B = 4.2，為增強結(jié)構(gòu)整體抗扭剛度，在建筑物兩側(cè)柱網(wǎng)間設(shè)置鋼斜撐。 (3) 標高 87.11m 處由于建筑立面要求，在軸上的所有柱子各內(nèi)收 2m，鑒于內(nèi)收距離不大，因此結(jié)構(gòu)豎向設(shè) 2 層斜柱處理，避免梁托柱造成豎向構(gòu)件 不連續(xù)，該設(shè)計使豎向荷載能夠 更直接有效地向下傳遞( 圖 1)。 圖 1 立面示意圖 3. 3 連接體 (1) 兩塔樓在 63.50m標高處連成一體 (圖 2) ，連體以上共有 8 層，總高 31.5m，跨度 33.6m。連接體部分柱網(wǎng)布置上下一致，因此在層 16一個層高范圍內(nèi)沿縱向設(shè)置了 4 榀轉(zhuǎn)換鋼桁架 (Q345)用于承托連體以上結(jié)構(gòu)重量，為了保證連體結(jié)構(gòu)的鋼桁架與塔樓可靠連接，鋼桁架上下弦桿向塔樓內(nèi)延伸一跨，與主樓的核心筒或框架柱內(nèi)的型鋼剛接 (圖 3)。 圖 2 連體層平面示意圖 圖 3 鋼桁架示意圖 (2)4 榀桁架與上下樓層標高處橫向的鋼梁剛接，形成一組空間桁架，有效地提高了連接體結(jié)構(gòu)的抗扭能力，增強桁架抗側(cè)剛度。 (3) 為減輕結(jié)構(gòu)自重，鋼桁架以上各層的框架采用鋼結(jié)構(gòu)，并與鋼桁架和兩側(cè)塔樓剛性連接，形成第二道防線，增強連體結(jié)構(gòu)整體的剛度。 (4) 鋼桁架相鄰兩層和頂層樓板加厚 30%，雙層雙向配筋，適當加強，且在其平面內(nèi)設(shè)置水平支撐以增強樓板水平剛度，提高連體結(jié)構(gòu)抗扭能力，協(xié)調(diào)雙塔的變形，有效傳遞水平力。 4 結(jié)構(gòu)超限情況 (1) 連體建筑 :雙塔在 63.50m 處連成一體，連體部分共 8 層，占總高度的 33. 2%，連體跨度達到 33.60m，形成豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)。 (2) 不規(guī)則扭轉(zhuǎn) :在裙房和主樓相連的低層，樓層的最大與平均位移之比超過 1.20，所以該部位出現(xiàn)了扭轉(zhuǎn)不規(guī)則。 (3) 側(cè)向剛度不規(guī)則 :在連接體以下的三層的電算結(jié)果顯示側(cè)向剛度有突變，構(gòu)成高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程( JGJ3 2002) (以下簡稱高規(guī) )所指的側(cè)向剛度不規(guī)則。 5 主體結(jié)構(gòu)計算及分析結(jié)果 擴初設(shè)計階段采用兩個不同力學模型的三維空間分析軟件 SATWE 和 ETABS 進行連體結(jié)構(gòu)的整體內(nèi)力位移分析計算。連體結(jié)構(gòu)的計算分兩階段進行，首先對塔樓 A， B 分別建模，調(diào)整兩單棟塔樓的技術(shù)指標，使兩棟塔樓的質(zhì)量和剛度盡量接近，減少對連體部分產(chǎn)生的不利影響。然后再將兩棟塔樓的模型合并，形成連體結(jié)構(gòu)后進行整體計算。 5. 1 兩塔樓的主要結(jié)構(gòu)指標對比 表 1 為 SATWE 計算結(jié)果，由表可得，塔樓 A 與塔樓 B 因?qū)痈呦嗤?，層?shù)相等，結(jié)構(gòu)布置相似，因此兩個單塔的動力特性和側(cè)移比較接近。 兩塔樓對比結(jié)果 表 1 5. 2 雙塔連體結(jié)構(gòu)的反應 譜分析 (1) 總荷載對比見表 2，由表可見 ETABS 和 SATWE 兩個模型產(chǎn)生的總荷載差距比例為 0.11%，兩個模型的總荷載非常接近。 整體結(jié)構(gòu)總荷載比較表 2 (2) 振型分析結(jié)果 SATWE 和 ETABS的前 3 階振型和周期基本一致。第 1 階振型均以 Y 向平動為主 ；第 2 階振型和第 3 階振型都是平扭耦聯(lián)振型。 SATWE 第 2， 3 階振型是以 X 向平動為主，附加較大的扭轉(zhuǎn)分量 ；ETABS 第 2 階振型相應扭轉(zhuǎn)比例稍高，以扭轉(zhuǎn)為主，第 3 階振型是 X 向平動為主。前 6 階振型見圖 6。在 3階以后的振型中， SATWE 和 ETABS 的周期計算結(jié)果均相差不大，但平動和扭轉(zhuǎn)的參與分量有較大差別，這主要是由于SATWE 程序中計算不出豎向振型，而 ETABS 能計算出豎向振型，因而在連體的豎向地震作用分析中，應采用 ETABS 的計算結(jié)果。 兩個程序的第 1 扭轉(zhuǎn)周期與第 1 平動周期的比值均小于 0. 85，滿足高規(guī)對平扭周期比的要求，說明本連體結(jié)構(gòu)具有較強的抗扭能力。 X， Y 向的有效質(zhì)量參數(shù)均為 99.5% (SATWE)， 100%(ETABS)。前 30階總的振型有效質(zhì)量參數(shù)皆大于 95% ， 振型階數(shù)取值滿足結(jié)構(gòu)分析精度要求。 (3) 層間剪力分析結(jié)果。在 X 向、 Y 向水平地震作用下，塔樓 A 和塔樓 B 的底部剪力非常接近，這充分表示了連體部分能有效地傳遞兩個塔樓的水平剪力，使得雙塔的層間剪力趨近一致。從以上分析得出 :SATWE 和 ETABS 的計算結(jié)構(gòu)基本吻合， SATWE 的層間剪力稍偏大。 (4) 結(jié)構(gòu)位移分析結(jié)果，結(jié)構(gòu)的變形和受力在 X 向和Y 向均受地震作用控制，該結(jié)構(gòu)的主要荷載控制工況是地震作用。 圖 4 給出兩塔樓的層間位移角。出裙房屋面后各樓層的平均位移與樓層最大 位移比值均小于 1. 2，僅在裙房所在層大于 1.2，但小于高規(guī)規(guī)定的 1.4 的限值，可見均滿足規(guī)范要求。 (a) X 向地震 (b) Y 向地震 圖 4 地震作用下層間位移角 從圖 4 可以看出，在 X 向地震作用下，兩塔在上部樓層有反向彎曲的趨勢 ；連體的設(shè)置使得 X 向的最大層間位移角在中部樓層最大，上部樓層位移角明顯減小，說明連體部分在 X 向相當于巨大的框架梁，對雙塔起著抗彎約束的作用。 5. 3 彈性動力時程分析結(jié)果 雙向地震作用下，彈性時程動力分析計算 結(jié)果顯示，每條時程曲線計算所得結(jié)構(gòu)底部剪力均大于振型分解反應譜法計算結(jié)果的 65%，且三條時程曲線計算所得結(jié)構(gòu)底部剪力的平均值大于振型分解反應譜法計算結(jié)果的 80%，滿足高規(guī)要求。結(jié)構(gòu)地震作用效應取三條時程曲線計算結(jié)果的平均值與振型分解反應譜法計算結(jié)果的較大值。 5. 4 斜柱區(qū)域受力分析 在標高 87.110m 處結(jié)構(gòu)豎向設(shè) 2 層斜柱，柱子斜率為2/7.8= 1/3.9。這種結(jié)構(gòu)布置使斜柱處的上下梁板受到影響，承受拉力或壓力，易成為薄弱環(huán)節(jié)，因此層 20 22按彈性板參與計算，相應梁配筋明顯比上下 層加大，但未超過梁的最大配筋率。 在施工圖設(shè)計時，需采取相應的構(gòu)造措施予以加強 :與斜柱相交的梁均適當提高配筋率，且應滿足小偏心受拉構(gòu)件的構(gòu)造要求 ( 通長不得采用綁扎搭接接頭 )；樓板板厚設(shè)為150mm，雙層雙向拉通配筋 ；斜柱本身受力復雜，所受壓力、剪力、彎矩都較大，因此斜柱內(nèi)設(shè)型鋼，上下各伸一層，配筋加強處理。 5. 5 連接體部分的整體計算 通過整體計算分析，求得各工況作用下 (恒載、活載、 X向風荷載、 Y 向風荷載、 X 向常遇地震、 Y 向常遇地震、 X 向中震、 Y 向中震、 25 溫度荷載 )桁架的軸力、剪力、彎矩，根據(jù)相關(guān)規(guī)范的要求進行內(nèi)力組合，構(gòu)件的強度、剛度和穩(wěn)定性都滿足高規(guī)要求。 5. 6 結(jié)構(gòu)性能設(shè)計 基于結(jié)構(gòu)性能的抗震設(shè)計，是結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的一個新的重要發(fā)展，在國外已普遍采用?？拐鹦阅茉O(shè)計的目標，就是要對結(jié)構(gòu)的設(shè)計給出量化的具體指標，并作為結(jié)構(gòu)評估的基礎(chǔ)。關(guān)鍵構(gòu)件的抗震性能直接影響到整體結(jié)構(gòu)的抗震性能，所以對關(guān)鍵構(gòu)件性能的把握和控制有重要的意義。中震彈性設(shè)計 :地震作用下的內(nèi)力按中震進行計算，地震作用效應的組合及各分項系數(shù)均按高規(guī)進行，設(shè)計內(nèi)力不調(diào)整放大，構(gòu)件承載力計 算時的材料強度取設(shè)計值。中震不屈服設(shè)計 :地震作用下的內(nèi)力按中震進行計算，地震作用效應的組合均按高規(guī)進行，但分項系數(shù)均取不大于 1.0，不進行設(shè)計內(nèi)力調(diào)整放大，構(gòu)件的承載力計算時材料的強度取標準值。為此，取地震影響系數(shù)為0.225 進行整體結(jié)構(gòu)反應譜分析，設(shè)計驗算結(jié)果表明結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵構(gòu)件都能滿足相應的結(jié)構(gòu)性能設(shè)計目標。 6 結(jié)論 (1) 高位連體建筑宜首先單塔獨立建模分析，使單塔的技術(shù)指標盡量接近，再進行整體計算。 (2) 由于連體部分的存在，按目前 SATWE 程序的計算方法會在連接 部位以下樓層出現(xiàn)薄弱層，軟件的計算結(jié)果與實際不符，應根據(jù) SATWE 的上下層剛度比進行人工補充計算分析。 (3) 高位連體建筑的兩單塔的核心筒宜往兩側(cè)適當偏置，以減少連體結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)，必要時可在兩端設(shè)置斜撐。 閱讀相關(guān)文檔 :工程預決算管理的探討 概述建筑施工現(xiàn)場管理 數(shù)控消防水炮系統(tǒng)在大慶機場航站樓中的應用 探析建筑工程項目成本控制 淺談超高層建筑消防給水設(shè)計 道路基層水泥穩(wěn)定碎石技術(shù)探討 機電工程施工質(zhì)量控制措施總結(jié) 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