論某高層綜合辦公樓的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

論某高層綜合辦公樓的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[摘要]本文通過應(yīng)用兩套分析軟件SATWE和PMSAP對(duì)某高層綜合辦公樓進(jìn)行的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析。得到了結(jié)構(gòu)在多遇地震作用下的內(nèi)力和位移等結(jié)果，同時(shí)就—些特殊問題的特殊處理進(jìn)行了探討。

[關(guān)鍵詞]不規(guī)則建筑抗震設(shè)計(jì)扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換層

一工程概況

某高層綜合辦公樓西面為7m規(guī)劃支路，南面為26m規(guī)劃路。擬建建筑物地下3層，地上26層，總建筑面積63251m2；其中地下室建筑面積13273m2。地下室層高4.00m、3.60m，首層層高4.00m，標(biāo)準(zhǔn)層層高3.80m，建筑物總高度為98.80m。主體結(jié)構(gòu)采用框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，樓面為鋼筋砼梁板體系。

二基礎(chǔ)及地下室設(shè)計(jì)

根據(jù)本工程的巖土工程勘察報(bào)告，工程地質(zhì)情況自上而下為：人工填土、粉質(zhì)粘土、淤泥、粉質(zhì)粘土（可塑）粉質(zhì)粘土（硬塑）強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。地下水埋深介于0.80—1.16m之間，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)不具腐蝕性。場地屬中軟土場地，場地類別Ⅱ類，屬抗震不利地段。地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為乙級(jí)。

本工程主樓采用鉆孔灌注樁（墩）基礎(chǔ)，樁（墩）直徑φ1200—φ2400，樁混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30。樁（墩）基礎(chǔ)持力層選用微風(fēng)化泥質(zhì)砂巖，樁（墩）端進(jìn)入持力層不少于600mm，樁長約為3.0～7.0m。

地下室底板采用乎板式結(jié)構(gòu)，板厚1000mm；地下室側(cè)壁厚度450～350mm；地下室頂板室外露天部份板厚200mm，其余部份板厚180mm，主梁主要截面400×1000mm、500×1000mm，次梁主要截面300×700mm，250×700mm。地下室混凝土抗?jié)B等級(jí)S12。

三層地下室部份由于荷載較輕，若地下室底板已位于強(qiáng)或中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖上，可以采用天然地基上的獨(dú)立基礎(chǔ)形式，另加抗浮措施：通過在地下室底板設(shè)置φ150抗拔錨桿，錨桿進(jìn)人中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖3m。使地下室抗浮穩(wěn)定性安全系數(shù)大于1.05。

三主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本建筑物采用鋼筋混凝土框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系，由于建筑物平面狹長，y向扭轉(zhuǎn)效應(yīng)嚴(yán)重，因此在結(jié)構(gòu)布置上，經(jīng)過多次調(diào)整，利用建筑物角部梯間設(shè)置剪力墻，并加大角柱截面及端部y向框架梁截面，增加結(jié)構(gòu)抗扭剛度。為減少結(jié)構(gòu)剛度的不對(duì)稱性，使結(jié)構(gòu)剛心和質(zhì)心盡量靠近，適當(dāng)加厚①～②軸梯間剪力墻厚度，降低結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。

結(jié)構(gòu)采用中國建筑科學(xué)研究院PKPM建筑工程軟件《多高層空間有限元分析SATWE》進(jìn)行計(jì)算分析，然后用中國建筑科學(xué)研究院《特殊多高層建筑結(jié)構(gòu)分析程序PMSAP》對(duì)主要計(jì)算結(jié)果進(jìn)行校核。

（1）本工程計(jì)算時(shí)考慮了扭轉(zhuǎn)耦連作用。

（2）建筑物局部樓層平面凹進(jìn)尺寸大于相應(yīng)投影方向總尺寸的50%，因此在程序計(jì)算中分別按剛性樓板和彈性膜樓板進(jìn)行計(jì)算，考慮了樓板變形對(duì)抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的影響。

（3）根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，本工程剛度分布明顯不對(duì)稱，所以計(jì)算了雙向水平地震作用下和單向地震加偶然偏心作用下的扭轉(zhuǎn)影響。兩者取較大值。

（4）根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，本工程采用彈性時(shí)程分析法對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行多遇地震下的補(bǔ)充計(jì)算，選用兩條實(shí)際地震波和一條人工波的加速度時(shí)程曲線，地震波持續(xù)時(shí)間大于12秒，時(shí)間間隔0.01s，輸入地震加速度35cm/s2。

Satwe和Pmsap兩種分析軟件的力學(xué)模型均是用桿單元模擬梁、柱，殼單元模擬剪力墻，因此均能反映結(jié)構(gòu)構(gòu)件實(shí)際受力情況，兩者計(jì)算結(jié)果也較為相似。

（1）根據(jù)SATWE結(jié)果顯示，本工程滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定各項(xiàng)位移及剛度要求。

（8）根據(jù)PMSAP計(jì)算結(jié)果，各層平面樓板彈性拉應(yīng)力一般小于0.4MPa，局部應(yīng)力集中處拉應(yīng)力最大值為0.5MPa，該最大值小于混凝土抗拉強(qiáng)度；地震作用下，各層平面樓板彈性剪應(yīng)力一般小于0.4MPa，局部應(yīng)力集中處剪應(yīng)力最大值為0.90MPa。可見所采用樓板厚度滿足要求。

（9）實(shí)施《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3—2002）補(bǔ)充規(guī)定：

①本工程部分樓層平面凹進(jìn)尺寸大于相應(yīng)投影方向總尺寸的50%，屬于樓板局部不連續(xù)，平面不規(guī)則。

②本工程有兩條上部結(jié)構(gòu)柱通過轉(zhuǎn)換梁轉(zhuǎn)換到下部結(jié)構(gòu)，屬于豎向抗側(cè)力構(gòu)件I類不連續(xù)，豎向不規(guī)則。

③本工程部分樓層的扭轉(zhuǎn)位移比大于1.2，但所有樓層的扭轉(zhuǎn)位移比均小于1.35，屬于I類扭轉(zhuǎn)不規(guī)則。

④綜上所述，本工程屬于不規(guī)則結(jié)構(gòu)，但不屬于特別不規(guī)則結(jié)構(gòu)，不屬于超限高層建筑范圍內(nèi)。

四設(shè)計(jì)的一些特殊處理

針對(duì)前面所述工程特點(diǎn)，采取如下措施：

1.超長混凝土結(jié)構(gòu)處理

本工程建筑物橫向長度已超過規(guī)范規(guī)定設(shè)置伸縮縫的限值，因此通過控制混凝土配合比，減少水泥用量和用水量，摻加粉煤灰和合適的外加劑，降低砼水化熱，適當(dāng)增加樓板配筋率，防止溫度應(yīng)力使混凝土產(chǎn)生開裂。除上述措施外，在結(jié)構(gòu)平面部位分別設(shè)置兩條加強(qiáng)帶減少混凝土的干縮帶來的影響。

2.結(jié)構(gòu)平面不規(guī)則處理措施

本工程結(jié)構(gòu)平面樓板開洞或平面凹進(jìn)較大，因此在計(jì)算中引入彈性板假定，用有限元計(jì)算程序計(jì)算樓板正應(yīng)力和剪應(yīng)力，在應(yīng)力集中部位采取加厚樓板，提高配筋率，洞口邊緣設(shè)置邊梁等措施予以加強(qiáng)。

3.轉(zhuǎn)換梁處理措施

由于建筑功能上的要求，⑦～⑧X（C）軸的兩條框架柱不能直接落地而影響地下室車道的使用，利用地下一層層高較大的條件設(shè)置轉(zhuǎn)換梁直接將上部柱轉(zhuǎn)換至下部結(jié)構(gòu)上。對(duì)于本工程地下一層所設(shè)置的轉(zhuǎn)換梁，通過加寬梁截面，滿足粱的受剪截面承載力要求確保轉(zhuǎn)換

梁砼產(chǎn)生脆性破壞。

為滿足建筑使用功能，局部柱子采用C60高強(qiáng)混凝土，既減小柱截面