辦公樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)及優(yōu)化方法

1、辦公樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)及優(yōu)化方法導(dǎo)言本文結(jié)合工程實(shí)例，主要就某高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系及難點(diǎn)進(jìn)行分析，從中提出了相應(yīng)的優(yōu)化方法，主要從結(jié)構(gòu)計(jì)算、構(gòu)件設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)溫度效應(yīng)控制等方面進(jìn)行了論述，以供結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員參考。工程概況某辦公樓，由4棟12層高層組成，地下1層，層高5m，地上1層層高5.2m，標(biāo)準(zhǔn)層層高3.9m。建筑呈圓環(huán)形布局。工程設(shè)計(jì)使用年限為50年，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.05g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場(chǎng)地類別為類。本文主要就4號(hào)樓的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系及難點(diǎn)1.結(jié)構(gòu)布置及結(jié)構(gòu)體系4號(hào)樓主樓采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系，結(jié)合建筑平面布置，剪力墻主要布

2、置在樓電梯間等交通核處，以減少對(duì)建筑功能的影響。建筑立面呈外傾趨勢(shì)，圓弧外圈從5層起向外懸挑，以上各層懸挑長(zhǎng)度以800mm遞增。在滿足建筑功能和使用要求的前提下，確定采用斜柱解決建筑外傾問題，結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度為180m，寬度為25m，結(jié)構(gòu)長(zhǎng)寬比為7.2。2.設(shè)計(jì)難點(diǎn)及優(yōu)化方法本工程主要有以下一些技術(shù)難點(diǎn)：（1）平面不規(guī)則：結(jié)構(gòu)長(zhǎng)寬比達(dá)到7.2，大于規(guī)范限值6.0。（2）扭轉(zhuǎn)不規(guī)則：由于結(jié)構(gòu)長(zhǎng)寬比較大，且上部樓層向外傾斜，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯，扭轉(zhuǎn)位移比大于1.2。（3）斜柱和穿層柱：為了避免結(jié)構(gòu)對(duì)建筑房間功能的影響，扇形外圈框架借助建筑外傾的立面造型，采用了向外傾斜的斜框架結(jié)構(gòu)，傾斜角度約為12

3、。（4）平面超長(zhǎng)：4號(hào)樓平面長(zhǎng)度為180m，屬于平面超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)。針對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)難點(diǎn)，提出了以下優(yōu)化方法：（1）控制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。在結(jié)構(gòu)布置時(shí)，采用了開大洞短墻肢和弱連梁等形式適當(dāng)弱化中間兩個(gè)核心筒的剛度，減小中間結(jié)構(gòu)剛度，減少扭轉(zhuǎn)的不利影響。（2）控制開洞處樓板和與斜柱相連樓板的拉應(yīng)力水平，保證樓板剛度，采取加強(qiáng)配筋等措施。（3）平面中存在較多的斜柱，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)傾覆作用增大，斜柱在豎向力作用下產(chǎn)生較大的附加彎矩，在設(shè)計(jì)中需要考慮這些不利影響。（4）超長(zhǎng)平面需要考慮溫度效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，設(shè)計(jì)中考慮升溫和降溫兩種工況，將溫度效應(yīng)與恒、活荷載進(jìn)行組合。結(jié)構(gòu)計(jì)算與結(jié)果分析根據(jù)結(jié)構(gòu)抗震性能要求，對(duì)底部加強(qiáng)

4、部位剪力墻進(jìn)行了詳細(xì)的分析，主要分析內(nèi)容為：在設(shè)防烈度地震作用下，需滿足抗剪不屈服。根據(jù)高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ32010）中3.11.3條要求，對(duì)相應(yīng)結(jié)構(gòu)部位剪力墻的抗剪承載力和正截面抗彎承載力進(jìn)行了驗(yàn)算。設(shè)防烈度地震不屈服驗(yàn)算時(shí)荷載組合系數(shù)均取1.0，地震荷載不與風(fēng)荷載組合，不考慮與抗震等級(jí)相關(guān)的調(diào)整系數(shù)，承載力計(jì)算時(shí)根據(jù)實(shí)配鋼筋和材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算墻肢的實(shí)際承載力。計(jì)算結(jié)果表明：設(shè)防烈度地震作用下，底部加強(qiáng)部位剪力墻能夠達(dá)到設(shè)防烈度地震抗剪不屈服的設(shè)計(jì)目標(biāo)，承載比均在0.90以下，能滿足抗剪承載能力要求。底部加強(qiáng)部位墻體水平鋼筋配筋率基本在0.3%以下，除了Q-7墻體縱筋在底層

5、計(jì)算值較大外（計(jì)算值為58cm2，實(shí)際配筋為60.8cm2，暗柱實(shí)際配筋率為1.9%），其他墻肢縱筋配筋率基本在0.8%以下，處于合理范圍，說明底部加強(qiáng)部位墻體在設(shè)防烈度地震作用下截面合適，能夠滿足設(shè)防烈度地震相應(yīng)的性能目標(biāo)。結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)溫度效應(yīng)分析本工程結(jié)構(gòu)平面長(zhǎng)度達(dá)180m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB500102010）所建議的適用長(zhǎng)度，同時(shí)結(jié)構(gòu)兩端存在核心筒，對(duì)樓板的水平約束較強(qiáng)，溫度效應(yīng)不可忽略，需要對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行溫度效應(yīng)分析。根據(jù)中國(guó)氣象局公布的該地區(qū)30年平均氣象數(shù)據(jù)，本地區(qū)月平均氣溫最高為7月32.1，最低為1月-1.3?？紤]到當(dāng)?shù)厥┕ぜ竟?jié)性，混凝土澆筑的終凝溫度在1520之間，則

6、需考慮的最大正溫差為32.1-15=17.1，最大負(fù)溫差為-1.3-20=-21.3。進(jìn)行溫度效應(yīng)分析時(shí)，應(yīng)考慮混凝土徐變引起的應(yīng)力松弛，考慮混凝土徐變時(shí)的溫度應(yīng)力會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于相應(yīng)彈性分析的結(jié)果，應(yīng)對(duì)溫度效應(yīng)進(jìn)行折減。最終分析表明：在溫度效應(yīng)下，結(jié)構(gòu)長(zhǎng)向端部位移量較大，升溫時(shí)，端部X向位移絕對(duì)分量最大的在頂層，為10.4mm，降溫時(shí)，對(duì)應(yīng)最大位移量為13.3mm，相對(duì)位移較大的均在下部4層左右。溫度對(duì)豎向構(gòu)件的內(nèi)力影響較大，由于底部幾層受基礎(chǔ)的約束作用明顯，在溫度效應(yīng)下，底部幾層豎向構(gòu)件受溫度效應(yīng)影響尤其明顯。對(duì)樓板影響較大的為降溫工況，分析表明，在降溫工況下，平面端部中的樓板拉應(yīng)力較大，其中絕大部分拉應(yīng)力在1.4MPa以下，小于混凝土的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，在核心筒和洞口周圍的框架柱附近樓板拉應(yīng)力水平較高，個(gè)別區(qū)域出現(xiàn)了應(yīng)力集中現(xiàn)象。基于樓板應(yīng)力分析結(jié)果，