大底盤雙塔復雜高層建筑結構設計

1、大底盤雙塔復雜高層建筑結構設計摘要：隨著社會的發(fā)展與進步，重視高層建筑結構設計具有重要的意義。本文主要簡單論述大底盤雙塔復雜高層建筑結構設計的有關內容。關鍵詞：大底盤 雙塔 高層 建筑 結構 設計引言 近年來隨著社會和經濟的快速發(fā)展, 在城市里高層建筑建設的比例進一步加大, 建筑師對建筑形態(tài)不斷創(chuàng)新和變化, 出現了越來越多的大底盤雙塔樓體形的建筑。這種豎向剛度變化較大的復雜結構體系在地震作用下, 結構的內力、變形及動力特性有何規(guī)律和特點, 結構概念設計中應采取哪些措施以及相關的設計要點, 應是此種建筑在結構設計中必須首先解決的問題。 1、工程概況 該工程為集商業(yè)及住宅為一體的大型現代化商住高層

2、建筑。地下一層, 地上二十七層, 其底部四層為大底盤, 作為商業(yè)用房, 其上為兩座二十三層住宅樓, 一層電梯機房, 一層水箱間, 室外地坪至塔樓屋面的高度為94.75米, 結構平面呈“ 口”字形。根據使用功能的要求, 本建筑物結構形式采用框架一剪力墻結構。 2、結構選型分析 21主體雙塔樓：根據建筑高度、體形特點，雙塔樓采用鋼筋混凝土框架一剪力墻結構，與連廊相連的范圍設置鋼筋混凝土井筒及鋼骨混凝土柱，以便增強雙塔樓結構剛度，減少側移，削減塔樓對弱連廊的作用效應。 22高位連廊：在初步方案階段，對連廊結構的選型進行了預應力混凝土巨型框架和鋼桁架兩種方案的比較，從結構的整體分析總信息表明，兩種方案

3、均能滿足限制要求，但從周期扭轉比結果表明：前者扭轉比明顯高于后者，剪重比增加，說明預應力混凝土巨型框架連廊對主塔樓影響較大，由于其自重、剛度均較大，不僅造成地震力的增加使得主體構件粱、墻、柱、基礎斷面及造價都相應提高，而且不能體現建筑造型的要求。從施工角度，結構要求構件達到強度后方可拆模，給高空混凝土支模技術提出高難度的要求，高空模板的突然拆除又會使巨型框架瞬時加載對構件產生不利的次應力影響。如采用鋼桁架結構方案，不僅結構自重、構件的斷面得以大幅度的減小和減輕，剪重比、扭轉比也相應的減小，而且也體現了立面造型的輕盈、通透，時代感更強，又增加了房間的凈空面積：從施工角度，鋼結構施工速度快、不需支

4、模。綜合造價低等優(yōu)點，因此，高空連廊采用鋼桁架方案。與主樓鋼骨混凝土剛接。連廊部分的樓屋面結構設置水平鋼支撐與豎向銅桁架組合為箱形鋼結構體系，樓屋蓋采用壓型鋼板與混凝土組合結構，利用壓型鋼板作為模板，可減少施工支模費用。 23頂層屋蓋：跨越兩塔樓的屋蓋采用空間網架，網架一側設不動鉸支座支承于左塔樓另一側設雙向滑動的抗震球形支座，以消除在地震作用下出現不同方向的相對位移、網架的溫度應力、風荷載等對塔樓的不利影響。 3、連體結構的計算分析與設計： 31連體結構參與整體分析： 由于本工程屬復雜體形超限高層建筑結構，尤其是雙塔之間的大跨度高位連體部分是設計中的關鍵部位，連體部分一方面要協調兩塔樓結構的

5、變形，在水平荷載作用下承受較大的內力，另一方面本身跨度較大，除豎向荷載作用外，豎向地震作用也非常敏感。連接節(jié)點處理不當將難以保證結構的安全。另外，雙塔連體結構的扭轉效應非常明顯，對于對稱的雙塔連體結構，由于連體樓板的變形，兩塔除有同向的平動外，還可能產生兩塔摟的相向運動。 32計算程序及計算方法 針對本工程體形復雜，局部存在SRC結構及鋼結構的特點。在進行多遇地震作用下的內力和變形分析時，采用了多程序、多模型、多方案綜合分析比較的方法，以期準確地反映該主樓、連廊、屋頂網架相互間的影響力。地震作用計算方法采用振型分解反應譜法和多遇地震下的時程分析補充計算。整體計算選用中國建筑科學研究院PKPM工

6、程部編制的：高層建筑結構空間有限元分析與設計程序SATWE和該工程部開發(fā)的另一特殊多高層建筑結構分析與設計軟件PNISAP，對連體結構進行了45種振型分析比較。局部鋼結構采用STS及美國STAADPRO-2001進行對比分析，以確保結構的安全。 33連廊參與整體計算模型及荷載輸入： (1)連廊樓板模型輸入按彈性樓板計算(板厚150mm)和彈塑性樓板計算(即樓板Om，不考慮樓板的共同作用)兩種情況計算。 (2)連廊部分荷載的輸入： 豎向荷載：把樓面荷載轉化為線載作用于次粱上，再通過次粱傳到邊桁架節(jié)點上。水平荷載：主要是風載，由支撐、次粱、邊桁架組成的幾何不變體系承擔，并通過與塔樓連接的節(jié)點板傳到

7、塔樓上。 34屋頂網架參與整體計算模型及荷載的輸入： (1)網架模型的輸入；根據2001年3月份上海PKPM展示會提問與解答上講：“屋面網架在模型中可近似按樓板平面內無限剛考慮，保留柱不輸梁，把網架傳給四周的豎向集中力和水平推力作為外力加到周圍的梁柱上”的方法，輸入剛性樓板時采用等效梁作為板的支承，參與整體分析計算。 (2)網架支座荷載，根據單塔摟計算模型，得出的最大相對位移量，對可滑動支座施加兩頂塔最大位移量，求得兩塔樓相互作用時產生的內力及豎向荷載，網架內力計算采用MST30。 35水平地震和風荷載作用下相互影響的分析 連體結構按規(guī)范要求除進行振型分解反應譜法計算外，還應補充彈性時程分析計

8、算，6度設防時，可不進行豎向地震作用的計算。在風和水平地震荷載作用下，結構除產生平動變形外，還將產生扭轉變形，各塔樓間除有同向的平動變形外，還將產生塔樓間的相互運動。各種平動、扭轉振型耦合在一起使得整體結構的扭轉效應非常明顯。在抗震分析時既考慮了平扭耦連的扭轉效應，又考慮了雙向地震作用和偶然偏心地震作用的最不利工況計算。振型數45種，振型的質量參與系數達0106。計算表明連體部分的樓層抗側剛度相對于下部兩塔樓剛度之和較大，剪力突變，根據規(guī)范連體下部為薄弱層，其薄弱層對應于地震作用標準值的地震剪力應乘以115放大系數。該工程周圍空曠，風荷載計算時可不考慮鄰近建筑相互干擾的影響。 36兩側塔樓對連

9、廊的影響 通過整體分析計算表明；該連廊整體剛度較弱，但樓層剪力產生突變，連廊的內力也產生變化。地震時，連體兩側主樓有相互錯動趨勢，連廊部分的樓面可相當于作用在主體部分的樓面水平拉桿并承受樓面內的剪力，按第一階段彈性設計樓板取150mm厚計算時，由于樓板作用。減少了桁架上下弦拉桿的軸力，當按第二階段彈塑性設計時，即不考慮樓面承受水平拉力和剪力作用時(扳趨于0)鋼桁架上下弦桿軸力將增大，邊跨腹桿內力減少。 37空中連廊及網架對兩塔樓的影響 計算結果表明：由于兩塔樓比空中連廊、屋頂網架剛度大得多，因此空中連廊及屋頂網架對兩塔樓的約束和鉗制作用不太明顯。主樓對網架的影響通過網架可滑動支座允許的最大位移

10、量來控制。 4、網架的設計與支座的形式 網架支座塔樓一側設不動鉸支座，網架不動鉸支座由加勁肋及支座底板組成，見圖1，為避免支座在溫度變化、風荷載、地震作用下出現不同方向的水平位移對主塔樓的影響，支座必須具有足夠的變形能力，因此網架于另一塔樓設雙向可滑動抗震球形支座，見圖2?？拐鹎蛐毋q支座由上下兩部分組成，上部分為不動鉸支座，下部分為可自由轉動、自由水平滑動的上蓋板、聚四氟乙烯板、不銹鋼圓板、相交密封圈與固定底座等部分組成。固定底座在支座底托邊沿開坡口，與下部預埋鋼板焊接，支座板件件均采用坡口等強焊縫，支座上下兩部分通過高強螺栓連接在一起。該支座具有可承較大的壓力和拉力、具有平動和轉動的能力的特

11、點，該支座的運動特性和結構模型一致，通過對單塔進行受力分析，得出頂塔最大相對位移量5867mm，對可滑動支座施加強迫最大位移量求得兩塔樓相互作用時產生的內力，網架內力計算采用MST3，0。計算時考慮豎向風荷載及溫度應力的影響。 圖1 不動鉸支座 圖2 抗震球形鉸支座 5、連體結構與塔樓連接處的抗震措施 連體與塔樓連接處以及屋頂網架的支撐結構抗震等級提高一級，柱內設型鋼，向下或向上各伸一層，與內型鋼柱相連的粱也采用型鋼混凝土梁，水平桁架的粱與塔樓相鄰的梁采取可靠的焊接錨固。見圖3。連體部分樓板加厚范圍延伸至兩塔樓各一跨的范圍。此加厚板范圍的上下銅筋全部拉通，以使連體部分能更有效地抵抗板內產生的水平剪力。 圖3 3、結束語 總而言之，在高層建筑結構設計中會遇到各式各樣的問題，