某復(fù)雜高層商住樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、2008年第4期總第118期福建建筑No42008Vol118某復(fù)雜高層商住樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)王崇艷1,2白國良1(1.西安建筑科技大學(xué)710055;2.洛陽有色金屬加工設(shè)計(jì)研究院471039)摘要:對(duì)某復(fù)雜高層商住樓進(jìn)行了詳細(xì)介紹,包括設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)要點(diǎn)與結(jié)構(gòu)分析。重點(diǎn)討論復(fù)雜高層計(jì)算模型的處理;解決了結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換、短肢剪力墻布置等結(jié)構(gòu)問題;對(duì)比分析SATWE和TAT兩種程序計(jì)算結(jié)果。對(duì)類似工程具有一定的參考價(jià)值。關(guān)鍵詞:復(fù)雜高層高位轉(zhuǎn)換短肢剪力墻中圖分類號(hào):TU241.8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1004-6135(2008)04-0007-03StructuralDesignofaComplexHig

2、h-riseBuildingWANGChong-yan1,2BAIGuo-liang1(1.XianUniversityofArchitectureandTechnology710055;2.ChinaNonferrousMetalProcessingogyCo.,Ltd.,471039)Abstract:Thestructuraldesignforthehigh-risebuildingincludthemainideaandkeystructuralanalysis.Empha2sesdiscussthedisposeofthemdodelofthecomplexstructuraltyp

3、e.Resthementofshortpiershearwall.AnalyzethecalculatedresultsofSATWEandTAT。Itwillbefthesimilarstructures.Keywords:complexstructuraltypehigh-leveltransferp,豎直線上,店、餐館、,需要大小不同的開間,采用不同的結(jié)構(gòu)形式。從建筑功能上,上部需要小開間的軸線布置,需要較多的墻體以滿足旅館和住宅的要求;下部公用部分,則希望有盡可能大的自由靈活空間,柱網(wǎng)要大,墻要盡量少。上述要求與結(jié)構(gòu)的合理、自然布置趨勢正好相反,為了滿足建筑功能的要求,結(jié)構(gòu)必須反常規(guī)設(shè)

4、計(jì),設(shè)置轉(zhuǎn)換層進(jìn)行結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換。通過結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層,用框架柱代替剪力墻以滿足建筑功能的要求。短肢剪力墻住宅的最大特點(diǎn)是結(jié)合住宅建筑平面小開間、小進(jìn)深以及層高較低等特點(diǎn),利用窗間墻和部分縱橫墻布置鋼筋混凝土短墻肢,其間通過連梁和現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓屋面剛性板相連,形成短墻肢梁承重體系。某高層商住樓即是為滿足建筑功能要求,采用上部為短肢剪力墻、剪力墻,下部為框支剪力墻的結(jié)構(gòu)作者簡介:王崇艷,女,1971年生,碩士研究生,高級(jí)工程師,國家一級(jí)注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師,從事結(jié)構(gòu)工程科研與設(shè)計(jì)工作。收稿日期:2008-02-13體系。1工程概況該工程處于商業(yè)繁華地帶,為一商住綜合性的高層建筑。其地下1層為設(shè)備用房,埋深4.9

5、m;地上4層裙房為商業(yè)用房;以上均為住宅,層高3.0m。地上28層,總高87.8m。建筑平面布置如圖2所示。抗震設(shè)防烈度為7度,設(shè)計(jì)地震分組為第一組。擬建場地為類場地土?；A(chǔ)采用鉆孔灌注樁。受建筑功能的限制,為滿足其使用和立面要求,主體結(jié)構(gòu)下部為框架剪力墻結(jié)構(gòu),在5層通過結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層與上部剪力墻結(jié)構(gòu)相接。轉(zhuǎn)換層兼作設(shè)備用房,層高2.2m。根據(jù)本工程特點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需處理好以下2個(gè)問題:首先是轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的選擇,其次是短肢剪力墻的合理布置。2概念設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)布置本工程屬于復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)中帶轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)類型,且轉(zhuǎn)換層在3層以上,屬于高位轉(zhuǎn)換。底部加強(qiáng)部位剪力墻及框支柱抗震等級(jí)為一級(jí),底部加強(qiáng)部位以上剪力墻抗

6、震等級(jí)為三級(jí),短肢剪力墻抗震等級(jí)為二級(jí)。2.1轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)選型與布置由于結(jié)構(gòu)豎向傳力構(gòu)件的不連續(xù),造成結(jié)構(gòu)上部© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 2008年第4期總第118期王崇艷等某復(fù)雜高層商住樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)8大上部剪力墻的間距,減小墻肢長度和數(shù)量,改變墻厚等,調(diào)整轉(zhuǎn)換層上下剛度,使其變化均勻,過渡平穩(wěn),等效側(cè)向剛度盡量接近。為減少上部結(jié)構(gòu)剛度,采用短肢剪力墻與筒體、一般剪力墻共同抵抗水平力的剪力墻結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)換層以上剪力墻部分墻肢截面高厚比為58,屬于短肢剪力

7、墻。框支柱是轉(zhuǎn)換梁的支撐構(gòu)件,其上作用的荷載比較大,而且,往往轉(zhuǎn)換梁的剛度比框支柱大得多,為保證結(jié)構(gòu)破壞不出現(xiàn)柱鉸機(jī)構(gòu)的不利破壞形態(tài),必須保證框支柱具有足夠的延性和變形能力,以耗散地震能量,減輕震害,因此,設(shè)計(jì)時(shí)控制框支柱的軸壓比小于0.6,體積配箍特征值應(yīng)比規(guī)范規(guī)定框架柱數(shù)值增加0.02,且配箍率不應(yīng)小于1.5%,柱箍筋全高加密,柱縱向鋼筋全部采用機(jī)械連接。轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式,除要注意滿足剛度、強(qiáng)度、延性的要求外,。轉(zhuǎn)換層樓面受力較大,.樓蓋還要承20cm,利于。2.2鋼筋混凝土剪力墻住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)墻肢結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按照抗震設(shè)計(jì)要求,結(jié)合建筑平面布置在窗間墻及房間四角等布置成L形、T形或十字形短肢

8、剪力墻和一般剪力墻。短肢剪力墻結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度主要取決于各墻肢剛度以及墻肢總量,墻肢太短或墻壁率太小,則結(jié)構(gòu)荷載不能直接傳給下部對(duì)應(yīng)構(gòu)件,而是通過轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的內(nèi)力重分配,再向下傳遞。因此,轉(zhuǎn)換構(gòu)件相當(dāng)重要而且受力比較復(fù)雜,必須保證轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)可靠有效的工作。帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)有其自身的結(jié)構(gòu)弱點(diǎn)和缺陷,因此建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范和高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程對(duì)其作出了嚴(yán)格的規(guī)定。常見的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換形式有梁式轉(zhuǎn)換、厚板轉(zhuǎn)換、箱形轉(zhuǎn)換、桁架轉(zhuǎn)換,斜柱轉(zhuǎn)換等等,相對(duì)而言,梁式轉(zhuǎn)換受力明確,傳力簡潔,計(jì)算模型簡單,計(jì)算軟件比較成熟,而且施工方便。本工程設(shè)計(jì)選用梁式轉(zhuǎn)換。由于轉(zhuǎn)換層上下結(jié)構(gòu)形式不同,常常使得結(jié)構(gòu)剛度在轉(zhuǎn)換

9、層上下形成突變,對(duì)整體結(jié)構(gòu)抗震極為不利,應(yīng)極力避免出現(xiàn)這種情況,注意轉(zhuǎn)換層上下主體結(jié)構(gòu)的層間側(cè)向剛度均勻3剛度小,水平地震作用下位移偏大,影響承載力、穩(wěn)定性和正常使用。反之,結(jié)構(gòu)剛度偏大,地震作用大,構(gòu)件配筋增大甚至超筋,形成浪費(fèi)?？拐鹪O(shè)計(jì)時(shí),筒體和一般剪力墻承受的第一振型底部地震傾覆力矩不小于結(jié)構(gòu)總底部地震傾覆力矩的50%。短肢剪力墻抗震等級(jí)比一般剪力墻抗震等級(jí)提高一級(jí)采用。其軸壓比不大于0.51。3計(jì)算與數(shù)據(jù)分析整體結(jié)構(gòu)計(jì)算采用中國建筑科學(xué)研究院研制開發(fā)的PKPM系列結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件SATWE和TAT兩種程序進(jìn)行計(jì)算對(duì)比。二者均適用于計(jì)算平面和立面體型復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形式,真實(shí)地反映結(jié)構(gòu)的受力性能。

10、在高層結(jié)構(gòu)分析中,對(duì)剪力墻和樓板的模型化假定是關(guān)鍵,它直接決定了對(duì)高層結(jié)構(gòu)分析模型的科學(xué)性,同時(shí)也決定了軟件分析結(jié)果的精度和可信度。SAT2WE是空間組合結(jié)構(gòu)有限元分析軟件,采用空間桿單。為此,一方面應(yīng)保證落地剪力墻肢的數(shù)量,適當(dāng)增加底部墻肢厚度,框架柱斷面適當(dāng)增強(qiáng),以加強(qiáng)底部剛度;另一方面應(yīng)盡量拉© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 2008年第4期總第118期王崇艷等某復(fù)雜高層商住樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9元模擬梁、柱及支撐等桿件,用在殼元基礎(chǔ)上凝聚而成的墻元模擬

11、剪力墻。TAT是三維空間分析程序,采用空間桿系計(jì)算梁柱等桿件,采用薄壁柱原理計(jì)算剪力墻。本工程雖為單塔體系,卻屬于復(fù)雜高層建筑,依據(jù)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范第5.2.2條規(guī)定:振型個(gè)數(shù)一般可以取振型參與質(zhì)量達(dá)到總質(zhì)量的90%所需的振型數(shù)2層,說明結(jié)構(gòu)豎向布置勻稱,剛度變化適度;最大層間位移2.16mm,與層高之比為1/1391,滿足規(guī)范要求,位移控制較好;結(jié)構(gòu)重要構(gòu)件截面參數(shù)取值合理,轉(zhuǎn)換大梁剪壓比控制在0.17以下,框支柱軸壓比控制在0.6以下;高位轉(zhuǎn)換樓層側(cè)向剛度滿足不小于相鄰上部樓層側(cè)向剛度60%的要求。4結(jié)語4.1對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系,必須認(rèn)真做好概念設(shè)計(jì)工。由于是高位轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換層質(zhì)量較大,結(jié)構(gòu)的

12、地震作用在轉(zhuǎn)換層處有明顯加大,尤以轉(zhuǎn)換層位置在振型曲線振幅最大處或附近時(shí)更為顯著,高振型的影響可能明顯增大,計(jì)算地震力時(shí)振型數(shù)應(yīng)適當(dāng)增加,不宜少于15個(gè),故本工程取18個(gè)振型,x方向有效質(zhì)量系數(shù)91.35%,y方向有效質(zhì)量系數(shù)90.34%。計(jì)算時(shí)需考慮耦連地震作用,由于建筑主體形狀不規(guī)則,屬于有斜交抗側(cè)力構(gòu)件結(jié)構(gòu),交角大于15度,應(yīng)考慮相應(yīng)角度的斜向地震作用。通過主要計(jì)算結(jié)果分析得出:SATWE和TAT兩種軟件計(jì)算結(jié)果比較接近,可以相互參考;兩者計(jì)算的剪力重力比都在2%3%之間,說明地震作用計(jì)算適當(dāng);用,自振周期之比小于0.85,質(zhì)1.1左右,(上接第6頁)作,分析結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和難點(diǎn),盡可能做到受

13、力明確,傳力直接。找出簡潔可靠的結(jié)構(gòu)處理方式,做出總體結(jié)構(gòu)布置。4.2總體結(jié)構(gòu)計(jì)算的結(jié)果應(yīng)當(dāng)是對(duì)總體概念設(shè)計(jì)的量化和證實(shí),因此,結(jié)構(gòu)計(jì)算的模型應(yīng)能較好的反映結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀態(tài)。4.3對(duì)重要部位和關(guān)鍵構(gòu)件,應(yīng)進(jìn)行必要的局部分析,采取相應(yīng)的處理措施,。1-.:2002.2001,建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范S.北:中國建筑工業(yè)出版社2001.3徐培福,傅學(xué)怡,王翠坤等.復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)M.北京:中國建筑工業(yè)出版社2005.作道路,并因之產(chǎn)生相應(yīng)建筑風(fēng)格的建筑觀?，F(xiàn)代幾何學(xué)在建筑專業(yè)中起著舉足輕重的作用,讓我們能夠創(chuàng)造出獨(dú)特的建筑外觀,它是我們所期待的豐富性和多樣性的視覺外化。作為一種觀念,與幾何構(gòu)圖手法相

14、輔相成并處于先決地位的幾何建筑觀之形成,即通過建筑構(gòu)圖手法去體現(xiàn)建筑的幾何特征,必將由技術(shù)領(lǐng)域跨入建筑藝術(shù)范疇,并通過人類不懈的努力,來建造世間詩意的領(lǐng)地。參考文獻(xiàn)1劉育東.建筑的涵意M.天津:天津大學(xué)出五結(jié)語:吳良鋪先生在廣義建筑學(xué)一書中,曾引用法國作家福樓拜爾的預(yù)言:“越往前進(jìn),藝術(shù)越要科學(xué)化,同時(shí)科學(xué)也要藝術(shù)化,兩者從基底分手,回頭又在塔尖結(jié)合”。吳先生指出:“事實(shí)上這種趨勢是客觀存在的,中外不少學(xué)者利用建筑學(xué)與自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)的交叉和現(xiàn)代科學(xué)的方法論,正循此方向努力。”而科學(xué)和藝術(shù)的結(jié)合的橋梁正是幾何學(xué)。隨著現(xiàn)代建筑學(xué)的發(fā)展,在建筑設(shè)計(jì)中,建筑造型必然表現(xiàn)為各種不同的幾何形式,建筑的構(gòu)成也離不開幾何形體。因此,不妨說幾何性是建筑的一種天然屬性,任何一個(gè)建筑師也不能使他的作品脫離這種屬性。建筑不可避免地與研究平面圖形的平面幾何學(xué)和講究空間形體的立體幾何發(fā)生密切的聯(lián)系。建筑的這種明確的、直觀的、強(qiáng)烈的幾何特性