梯田式退臺(tái)高層辦公樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

1、    梯田式退臺(tái)高層辦公樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析    甘潔沂摘 要 梯田式退臺(tái)高層辦公樓在建筑立面和平面上，均屬于不規(guī)則結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度大、細(xì)節(jié)多?；诖?，文章以某高層辦公樓建筑為例，結(jié)合梯田式退臺(tái)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，總結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，為其他設(shè)計(jì)人員開展梯田式退臺(tái)高層辦公樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作提供實(shí)踐參考。關(guān)鍵詞 梯田式退臺(tái);高層辦公樓;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前言梯田式退臺(tái)是指將建筑露臺(tái)設(shè)計(jì)為條狀臺(tái)階式，外觀與梯田類似。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，梯田式退臺(tái)可呈現(xiàn)簡(jiǎn)潔的結(jié)構(gòu)線條，提高建筑美觀性，形成獨(dú)特建筑風(fēng)格，吸引城市大眾的注意力。同時(shí)，該結(jié)構(gòu)可擴(kuò)大建筑采光空間，營(yíng)造更舒適的建筑室內(nèi)環(huán)境，調(diào)動(dòng)職工

2、工作熱情。1工程概況本文以某梯田式退臺(tái)高層辦公樓為例，分析結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)。該高層辦公樓高度為99.6m，共24層，包括酒店塔樓、辦公塔樓及裙房三部分，設(shè)計(jì)單位選擇混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要求結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)達(dá)到三級(jí)、使用年限為50年、安全等級(jí)達(dá)到二級(jí)、抗震設(shè)防烈度為6。其他設(shè)計(jì)參數(shù)如下：風(fēng)壓為0.35kn/，阻尼比為5%，核心筒寬和塔樓高的比值為14.81。在該梯田式退臺(tái)高層辦公樓結(jié)構(gòu)中，表現(xiàn)出如下特點(diǎn)：第一，從裙房結(jié)構(gòu)開始，沿著標(biāo)準(zhǔn)層向上層層收進(jìn)，形成梯田式退臺(tái)結(jié)構(gòu);第二，辦公樓結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)層平面和等腰直角三角形類似，核心筒結(jié)構(gòu)的平面表現(xiàn)為梯形。通過設(shè)計(jì)人員的規(guī)范合理設(shè)計(jì)，該高層辦公樓成

3、功投入使用，穩(wěn)定性、抗震性能等參數(shù)符合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，說(shuō)明該梯田式退臺(tái)高層辦公樓的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具備借鑒意義，可總結(jié)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，為其他類似風(fēng)格的辦公樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供經(jīng)驗(yàn)參考。2梯田式退臺(tái)高層辦公樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)2.1 梯田式退臺(tái)結(jié)構(gòu)布置在梯田式退臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員將辦公樓的標(biāo)準(zhǔn)層平面設(shè)計(jì)為與等腰直角三角形類似的結(jié)構(gòu)，從辦公樓與裙房連接位置開始，向上以梯田形式層層收進(jìn)，形成梯田式退臺(tái)結(jié)構(gòu)。在結(jié)構(gòu)布置中，設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：（1）控制扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。在該辦公樓平面設(shè)計(jì)中，三角形結(jié)構(gòu)易出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，引發(fā)剛度集中現(xiàn)象，降低辦公樓核心筒四周區(qū)域的剛度，影響整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性1。針對(duì)該現(xiàn)象，設(shè)計(jì)人員適當(dāng)降低核心筒墻體的

4、數(shù)量，提高墻體的厚度，縮短核心筒的質(zhì)心與剛心間的距離，提高核心筒四周區(qū)域的剛度，控制扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。（2）層高變化。設(shè)計(jì)人員通過裙房的層高變化，形成梯田式退臺(tái)結(jié)構(gòu)。將第一、二層層高設(shè)計(jì)為6m;第三層層高設(shè)計(jì)為5.5m;第四層層高設(shè)計(jì)為6.3m;第五層層高設(shè)計(jì)為4.4m;其余層高均設(shè)計(jì)為4.2m。在該層高設(shè)計(jì)下，設(shè)計(jì)人員加大裙房底部墻體的數(shù)量，保障結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性，避免薄弱層的出現(xiàn)。（3）梯田式收進(jìn)。為呈現(xiàn)梯田式退臺(tái)辦公樓結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)人員將裙房立面為基礎(chǔ)，進(jìn)行傾斜設(shè)計(jì)，沿著單軸線方向，設(shè)置傾斜角度在26°36°間的柱子，向上層層收進(jìn)。對(duì)于懸挑長(zhǎng)度大的區(qū)域，在斜柱上方設(shè)置立柱，使辦公樓純

5、懸挑位置的長(zhǎng)度低于4m。在該設(shè)計(jì)模式下，斜柱的水平拉力較低，且轉(zhuǎn)折位置的水平拉力較大，易使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，設(shè)計(jì)人員對(duì)樓板和框架梁配筋進(jìn)行加強(qiáng)處理，用于分擔(dān)斜柱軸力的增量;對(duì)轉(zhuǎn)折部位所在的樓層進(jìn)行加強(qiáng)處理，提高梯田式收進(jìn)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。2.2 結(jié)構(gòu)超限分析按照上述流程布置梯田式退臺(tái)結(jié)構(gòu)后，需對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，確保其各項(xiàng)參數(shù)符合辦公樓設(shè)計(jì)要求2。在超限分析中，辦公樓結(jié)構(gòu)的超限狀況共三種：在偶然偏心條件下，辦公樓在水平和豎直方向的樓層位移比均超過1.2，可判斷其屬于扭轉(zhuǎn)不規(guī)則狀態(tài);在辦公樓裙房結(jié)構(gòu)中，部分懸挑構(gòu)件的長(zhǎng)度大于4m，可判斷其屬于尺寸突變狀態(tài);在結(jié)構(gòu)斜柱布置中，水平壓力數(shù)值偏低，會(huì)降低結(jié)

6、構(gòu)抗震性能，可判斷其屬于局部不規(guī)則狀態(tài)。可見，超限分析結(jié)果與結(jié)構(gòu)布置分析結(jié)果相同，設(shè)計(jì)人員在采取提高核心筒四周剛度、控制懸挑構(gòu)件長(zhǎng)度及局部加強(qiáng)處理措施的基礎(chǔ)上，采取如下超限抗震措施，強(qiáng)化辦公樓結(jié)構(gòu)的抗震性能：通過彈性時(shí)程分析方法，分析辦公樓結(jié)構(gòu)在多遇地震條件的參數(shù)，增加結(jié)構(gòu)中斜柱與穿層柱的數(shù)量，使辦公樓結(jié)構(gòu)達(dá)到中震不屈服水平，對(duì)轉(zhuǎn)折位置進(jìn)行雙層雙向配筋設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)地震作用在上下結(jié)構(gòu)的合理傳遞;在懸挑構(gòu)件結(jié)構(gòu)中，加強(qiáng)局部縱筋、箍筋及根部區(qū)域?qū)?yīng)的梁結(jié)構(gòu)，確保彎矩在懸挑構(gòu)件中連續(xù)傳遞。2.3 小震彈性分析在優(yōu)化辦公樓結(jié)構(gòu)超限設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)人員進(jìn)行小震彈性分析，分析方法與結(jié)果如下：（1）反應(yīng)譜計(jì)算

7、。設(shè)計(jì)人員將yjk為計(jì)算工具，計(jì)算辦公樓結(jié)構(gòu)的周期比、剪重比、位移比、位移角等參數(shù)，并與etabs結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，分析結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，得出如下結(jié)論：兩種方式計(jì)算的反應(yīng)譜指標(biāo)相差無(wú)幾，由于二者風(fēng)荷載計(jì)算采用的方法不同，使獲得的風(fēng)荷載值差異較大，yjk的計(jì)算結(jié)果偏大;觀察辦公樓的剛度與抗剪承載力參數(shù)，發(fā)現(xiàn)二者分布較為均勻，說(shuō)明辦公樓結(jié)構(gòu)不存在軟弱層或薄弱層;辦公樓結(jié)構(gòu)的首層和第二層位移比均大于1.4，設(shè)計(jì)人員考慮該結(jié)構(gòu)位移絕對(duì)值較低，認(rèn)為該位移比符合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，無(wú)須調(diào)整。（2）小震彈性時(shí)程分析。結(jié)合反應(yīng)譜計(jì)算的結(jié)果，對(duì)辦公樓結(jié)構(gòu)進(jìn)行彈性時(shí)程分析，將類場(chǎng)地為分析條件，選擇實(shí)測(cè)地震波th-1、th-

8、2及人工地震波為測(cè)試對(duì)象，時(shí)程分析的參數(shù)設(shè)置如下：地震波特征周期設(shè)定為0.35s;辦公樓結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防烈度設(shè)定為6;加速度時(shí)程曲線最大值設(shè)定為18cm/s2。對(duì)比時(shí)程分析與反應(yīng)譜計(jì)算的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在辦公樓結(jié)構(gòu)中，水平和豎直方向的基底剪力均低于反應(yīng)譜計(jì)算的數(shù)值，但位于cqc計(jì)算結(jié)果的65%135%范圍內(nèi)，基底剪力的平均值位于80%120%范圍內(nèi)，符合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。對(duì)比層間最大位移角等其他參數(shù)，時(shí)程分析與反應(yīng)譜計(jì)算結(jié)果相差無(wú)幾，說(shuō)明辦公樓結(jié)構(gòu)不存在明顯突變，整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，抗震性能優(yōu)異，符合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。3結(jié)束語(yǔ)綜上所述，梯田式退臺(tái)結(jié)構(gòu)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出較多要求，借鑒某辦公樓成功設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)人員需做好梯田式退臺(tái)結(jié)構(gòu)布置工作，做好結(jié)構(gòu)超限分析、小震彈性分析，使其各項(xiàng)參數(shù)符合設(shè)計(jì)要求，保障梯田式退臺(tái)穩(wěn)定可靠運(yùn)行，