關(guān)于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的探討

1、關(guān)于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的探討 摘要：隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步和科技的不斷發(fā)展,高層建筑越來越廣泛的出現(xiàn)在城市建設(shè)中。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面出現(xiàn)了新的發(fā)展和變化。本文主要闡述了某高層建筑結(jié)構(gòu)體系及其地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果分析，最后針對(duì)高位轉(zhuǎn)換的加強(qiáng)措施進(jìn)行分析論述，僅供參考。關(guān)鍵詞：高層建筑，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 措施1 工程概況該工程總建筑面積65182m2，主塔樓地面以上84米，共25層（16層為裙房），其中1層為商業(yè)用房，層高4.25.5米,層為住宅會(huì)所，至25層為住宅,層高2.9米。塔樓平面為U形。地面以下為兩層地下室，底板頂面標(biāo)高為-8.7米,地下室主要用于設(shè)備用房和小汽車庫(kù),其中地下二層為平戰(zhàn)結(jié)合

2、六級(jí)人防地下室。本工程各土層（巖層）從上至下劃分為:人工堆積層:以素填土為主，平均厚度2.57米;耕土層:主要成份為粘質(zhì)粘土或粉土平均厚度1.6米;沖積層:以粉土為主,局部夾有粉砂和中砂,平均厚度1.79米;殘積土:以粉土為主,平均厚度4.34米;全風(fēng)化巖:巖石已風(fēng)化成粉土或粉質(zhì)粘土平均厚度1.4米;強(qiáng)風(fēng)化巖:巖芯多呈半巖半土狀,平均厚度2.67米：中風(fēng)化巖:以褐紅色粉砂巖為主,局部夾微風(fēng)化巖,層厚1.59.4米,平均厚度5.73米;微風(fēng)化巖:以礫巖為主,部分為粉砂巖,頂部埋深1323.3米。 本工程基本風(fēng)壓值Wo =0.5KN/m2,按7度近震設(shè)防，類場(chǎng)地。 外墻及分戶墻為190厚砌塊,內(nèi)隔

3、墻為120厚砌塊，砌塊容重為13kN/m3。2結(jié)構(gòu)體系及其設(shè)計(jì)經(jīng)綜合分析和技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，本工程主塔樓及裙房均采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系，裙樓豎向結(jié)構(gòu)由電梯井筒、落地剪力墻及框架組成；主塔樓豎向結(jié)構(gòu)由電梯井筒、剪力墻肢、短肢剪力墻組成。根據(jù)使用功能需要, 將主塔樓四周框架柱在7層以上轉(zhuǎn)換為短肢剪力墻，第六層設(shè)梁式轉(zhuǎn)換層?？拐鸬燃?jí)按高層建筑正常提交一級(jí)采用：剪力墻取為一級(jí)，框架采用一級(jí)。由于轉(zhuǎn)換層高度受限制，為減小轉(zhuǎn)換梁截面尺寸，改善結(jié)構(gòu)的受力性態(tài)，經(jīng)與建筑設(shè)計(jì)配合，盡量使短肢剪力墻一端支承在框支柱上，使得短肢剪力墻與轉(zhuǎn)換梁協(xié)同工作，減小轉(zhuǎn)換梁?jiǎn)为?dú)工作時(shí)的應(yīng)力集中。表1 墻柱截面取值及其變化層次電梯井

4、筒內(nèi)墻電梯井筒外墻其它墻塔樓柱截面裙房柱截面主梁截面2至5層2004504003001200x12001350x1350900900700700400x600300x5006層2004504003001200x12001350x135090090070070090015層200400300800x120030065016至頂層200250250600x1200300650表2 砼強(qiáng)度等級(jí)取值及其變化層次序號(hào)使用部位墻柱砼等級(jí)梁板砼等級(jí)備注1地下室底板C35地下室底板、外墻及水池抗?jié)B等級(jí)S82層至6層C45C35與地下室相連的柱采用C35砼37層至16層C40C3041

5、7至頂層C45C303 基礎(chǔ)型式地下室底板處為全風(fēng)化巖及強(qiáng)風(fēng)化巖,且?guī)r層埋深起伏較大,故采用沖（鉆）孔樁，一柱一樁，樁基安全等級(jí)為一級(jí)；持力層為微風(fēng)化粉砂巖或礫巖。巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為23.7MPa，巖石樁端承載力標(biāo)準(zhǔn)值q p=7000kPa;樁長(zhǎng)約512米，入巖深度0.5m;樁身砼強(qiáng)度等級(jí)C30。 表3樁徑及單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值(kN)承載力樁徑(m)2.01.81.61.41.21.0樁身砼承載力R=0.7fcA32970267052100016227118698242樁端承載力R=qpA p316512660021980178001230079104 結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果及分析采用中國(guó)建筑科

6、學(xué)研究院編制的基于墻元的空間組合結(jié)構(gòu)有限元分析軟件SATWE對(duì)本工程的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了計(jì)算。本工程計(jì)算總層數(shù)為27層，其中地下2層，地上25層。具體結(jié)果見表4、表5、表6。表 4 結(jié)構(gòu)周期及扭轉(zhuǎn)情況 振型號(hào) 周 期 轉(zhuǎn) 角 平動(dòng)系數(shù) (X+Y) 扭轉(zhuǎn)系數(shù) 1 2.2832 140.51 0.78 ( 0.47+0.32 ) 0.22 2 2.0623 48.36 1.00 ( 0.44+0.56 ) 0.00 3 1.6415 132.11 0.24 ( 0.11+0.13 ) 0.76 4 0.6780 136.73 0.65 ( 0.34+0.30 ) 0.35 5 0.6468 45.42 1

7、.00 ( 0.49+0.51 ) 0.00 6 0.5892 133.22 0.37 ( 0.17+0.19 ) 0.63 7 0.3564 167.40 0.65 ( 0.61+0.03 ) 0.35 8 0.3048 68.48 0.96 ( 0.13+0.83 ) 0.04 9 0.2783 143.92 0.41 ( 0.27+0.14 ) 0.59 10 0.2131 170.06 0.61 ( 0.60+0.02 ) 0.39 11 0.1750 63.76 0.88 ( 0.17+0.71 ) 0.12 12 0.1623 132.86 0.50 ( 0.23+0.27 ) 0

8、.50 13 0.1444 168.91 0.62 ( 0.59+0.02 ) 0.3814 0.1263 53.16 0.77 ( 0.28+0.49 ) 0.23 15 0.1191 125.25 0.74 ( 0.26+0.48 ) 0.26表 5 風(fēng)和地震作用下位移控制作用方向風(fēng)作用下位移地震作用下位移u/h(層間)構(gòu)件最大水平位移/樓層平均位移u/h(層間)構(gòu)件最大水平位移/樓層平均位移X向1/40781.131/15941.38Y向1/62491.091/19421.29表 6 地震作用下基底剪力、彎矩、剪重比、有效質(zhì)量系數(shù)基底剪力Qo (kN)基底彎矩Mo (kN.m)總重量Wt

9、 (kN)標(biāo)準(zhǔn)層單位面積重量剪重比Qo/ Wt有效質(zhì)量系數(shù)X向19441 868550121511018 kN/m21.6%96.88%Y向19441859431121511018kN/m21.6%97.65%41計(jì)算結(jié)果分析 結(jié)構(gòu)平振第一自振周期T1在2.062.28之間，T1=0.0760.084n(n為計(jì)算層數(shù))，說明結(jié)構(gòu)剛度較大。 結(jié)構(gòu)第三周期T3為扭轉(zhuǎn)振型，其中T3/ T1為0.72,小于高規(guī)0.9的限值,說明結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件平面布局合理。結(jié)構(gòu)構(gòu)件最大水平位移與樓層平均位移之比，最大值為1.38,大于1.2而小于1.5,說明結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)較為明顯，但在合理范圍之內(nèi)。從表五可以看出，地震作

10、用下X向最大樓層反應(yīng)力在轉(zhuǎn)換層出現(xiàn)畸變點(diǎn)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)采用相應(yīng)的加強(qiáng)措施。X、Y 方向轉(zhuǎn)換層側(cè)移剛度與上一層相應(yīng)塔側(cè)移剛度70%的比值或上三層平均側(cè)移剛度80%的比值中之較小者分別為1.1284、1.05, 說明結(jié)構(gòu)豎向結(jié)構(gòu)布置合理。SATWE計(jì)算結(jié)果顯示，與轉(zhuǎn)換層相連的短肢剪力墻超筋較嚴(yán)重。進(jìn)一步用TBFEM程序進(jìn)行計(jì)算分析，應(yīng)力集中在轉(zhuǎn)換梁短肢剪力墻交接處。表中顯示了轉(zhuǎn)換梁短肢剪力墻等應(yīng)力線，與之相比較，同時(shí)給出了將短肢剪力墻改為滿跨支承的整片墻等應(yīng)力線?？梢钥闯?，與整片墻相比，短肢剪力墻應(yīng)力較集中于墻肢。文中的研究結(jié)果也說明框支剪力墻在轉(zhuǎn)換層上部的墻體所受內(nèi)力很大，易破壞。為此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)

11、，將第七層墻肢加長(zhǎng)、加厚，同時(shí)，框支柱盡可能延升至第七層。5 高位轉(zhuǎn)換的加強(qiáng)措施工程轉(zhuǎn)換層設(shè)在第7層樓面，屬高位轉(zhuǎn)換。有關(guān)研究表明，高位轉(zhuǎn)換的落地剪力墻及框支柱在地震作用下容易出現(xiàn)裂縫，所以設(shè)計(jì)高位轉(zhuǎn)換層時(shí)，應(yīng)增加轉(zhuǎn)換層下部剪力墻及框支柱的延性。采取以下工程措施：結(jié)構(gòu)分析采用空間薄壁桿件模型的TBSA和采用墻元的SATWE兩套程序進(jìn)行計(jì)算?？紤]施工模擬。嚴(yán)格按照抗震設(shè)計(jì)五準(zhǔn)則，即強(qiáng)豎弱平（強(qiáng)柱弱梁），強(qiáng)節(jié)弱桿，強(qiáng)剪弱彎，強(qiáng)壓弱拉，強(qiáng)豎根來進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)結(jié)構(gòu)的底部區(qū)域及錯(cuò)層處剪力墻進(jìn)行加強(qiáng)處理短肢剪力墻的軸壓比控制在0.5以內(nèi)；框支柱軸壓比控制在0.6以內(nèi)；框架軸壓比控制在0.7以內(nèi)。落地井筒砼外墻在轉(zhuǎn)換層以下加厚至4