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摘 要： 這篇建筑師論文發(fā)表了高層建筑結(jié)構(gòu)大底盤的設(shè)計(jì)方法，多塔樓結(jié)構(gòu)指的是同一裙樓單元上不的結(jié)構(gòu)，隨著建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，城市出現(xiàn)了越來越多的大底盤多塔樓建筑，論文對實(shí)際工程不同計(jì)算模型的對比及樓板應(yīng)力進(jìn)行了分析，并提出了加強(qiáng)措施。
這篇建筑師論文發(fā)表了高層建筑結(jié)構(gòu)大底盤的設(shè)計(jì)方法，多塔樓結(jié)構(gòu)指的是同一裙樓單元上不的結(jié)構(gòu)，隨著建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，城市出現(xiàn)了越來越多的大底盤多塔樓建筑，論文對實(shí)際工程不同計(jì)算模型的對比及樓板應(yīng)力進(jìn)行了分析，并提出了加強(qiáng)措施。
摘要:以某一實(shí)際工程為例，結(jié)合多塔樓結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，通過對不同的計(jì)算模型進(jìn)行對比，選取不利結(jié)果進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)。通過分析大底盤的樓板應(yīng)力，找出樓板薄弱部位，進(jìn)行相應(yīng)加強(qiáng)，從而保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理安全。
關(guān)鍵詞:建筑師論文,大底盤多塔高層,抗震設(shè)計(jì),計(jì)算模型
所謂多塔樓結(jié)構(gòu)是指在結(jié)構(gòu)嵌固部位以上，同一裙樓單元上部具有兩個(gè)或兩個(gè)以上塔樓的結(jié)構(gòu)[2]。近年來，隨著城市化進(jìn)程的加快，建筑使用功能的局限，很多工程無法通過設(shè)置結(jié)構(gòu)縫將塔樓分開，因此出現(xiàn)了越來越多的大底盤多塔樓高層建筑，然而有關(guān)這類結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方面的研究比較有限。因此有必要對大底盤多塔樓高層建筑進(jìn)行進(jìn)一步的抗震分析，為工程設(shè)計(jì)提供參考。對于裙樓為大底盤，上部為多塔樓的高層建筑，裙房大底盤協(xié)調(diào)多塔的振動，將多塔、裙房組成整體抗震單元，這是結(jié)構(gòu)多塔樓模型體系成立的關(guān)鍵。多塔結(jié)構(gòu)屬于復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)，它的受力特點(diǎn)和計(jì)算分析比普通高層建筑要復(fù)雜，必須注意其計(jì)算分析的特殊性，其主要受力特點(diǎn)有以下幾點(diǎn):(1)塔樓與大底盤的連接部位結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度發(fā)生突變，在突變處極易形成薄弱部位;多塔結(jié)構(gòu)在出裙房屋面處的平面布置變化較大，上部結(jié)構(gòu)收進(jìn)，上部的地震作用需要通過樓板傳遞到下部結(jié)構(gòu)，樓板承擔(dān)著較大的面內(nèi)應(yīng)力。因此體型突變部位的樓板應(yīng)加厚并加強(qiáng)配筋，板面負(fù)彎矩配筋宜貫通。體型突變部位上、下層結(jié)構(gòu)的樓板也應(yīng)加強(qiáng)構(gòu)造措施[1]。實(shí)際工程中若裙房大底盤遇大開洞局部削弱、平面出現(xiàn)弱連接或平面凹凸尺寸較大時(shí)，樓板受力復(fù)雜，容易產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中，應(yīng)進(jìn)行復(fù)雜樓板應(yīng)力分析。(2)多個(gè)塔樓相互影響，使結(jié)構(gòu)振型復(fù)雜，容易產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動;多塔樓結(jié)構(gòu)振型復(fù)雜，且高振型對結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響很大，當(dāng)各塔樓結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度分布不均勻時(shí)，結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)振動反應(yīng)較大，高振型對內(nèi)力的影響更為突出[1]。傳統(tǒng)的單串聯(lián)剛片體系，在質(zhì)量和剛度分布較均勻時(shí)，其振型參與系數(shù)隨振型階數(shù)的增加而迅速減小，即高振型比低振型對地震作用的貢獻(xiàn)要小得多，一般取前幾階振型即能滿足地震作用的精度要求。但對多塔樓結(jié)構(gòu)，此規(guī)律不復(fù)存在，某些甚至較多的低振型的參與系數(shù)很小甚至為零，而某些高振型的參與系數(shù)卻較大，所以計(jì)算多塔樓結(jié)構(gòu)的地震作用時(shí)，對振型的選擇應(yīng)注意此特點(diǎn)[4]。因此各塔樓的平面布置、層數(shù)、結(jié)構(gòu)類型及豎向剛度宜接近;塔樓對底盤宜對稱布置，減小塔樓和底盤的剛度偏心。計(jì)算分析時(shí)應(yīng)選取合適的振型數(shù)，嚴(yán)格控制結(jié)構(gòu)的周期比及扭轉(zhuǎn)位移比，限制各塔樓的扭轉(zhuǎn)。(3)多塔結(jié)構(gòu)振動形態(tài)較為復(fù)雜，單靠整體模型計(jì)算不容易判斷結(jié)構(gòu)的合理性;輔以分塔樓模型計(jì)算分析，取二者的不利結(jié)果進(jìn)行設(shè)計(jì)較為穩(wěn)妥。通過分析總結(jié)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ3-2010)[1]中大底盤多塔樓高層建筑的受力特點(diǎn)，以實(shí)際工程為例，對不同的計(jì)算模型進(jìn)行對比，選取不利結(jié)果進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)。通過分析大底盤的樓板應(yīng)力，找出樓板薄弱部位，進(jìn)行相應(yīng)加強(qiáng)，希望能為類似結(jié)構(gòu)提供一些參考。
1實(shí)際工程不同計(jì)算模型的對比及樓板應(yīng)力分析
1.1工程概況
圖1大底盤雙塔樓立面示意本工程地下二層，地上三層裙房，裙房屋面以上為1#，2#雙塔高層建筑。1#樓20層，為soho辦公樓，建筑總高度93.1m，框架-剪力墻結(jié)構(gòu);2#樓22層，為寫字樓，建筑總高度95.5m，框架-核心筒結(jié)構(gòu);裙房部分為框架結(jié)構(gòu)，裙房屋面高度為16.5m。因底部裙房為大型商業(yè)，無法通過設(shè)置結(jié)構(gòu)縫將塔樓分開，因此本工程按不設(shè)縫方案設(shè)計(jì)(圖1)。結(jié)構(gòu)整體長約115m，寬約54m。塔樓相對大底盤的平面布置雖不對稱，但因雙塔高度相近，質(zhì)心偏差小于20%。結(jié)構(gòu)分析以YJK軟件為主，輔以midas-building對YJK分析結(jié)果進(jìn)行校核。主要地震計(jì)算參數(shù)如下:抗震設(shè)防烈度為7度;設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10g;設(shè)計(jì)地震分組為第三組，建筑場地類別為Ⅲ類，特征周期為0.65s;裙房梁板混凝土強(qiáng)度等級為C35。
1.2計(jì)算模型(圖3)
(1)整體計(jì)算模型(模型一)，應(yīng)作為大底盤多塔樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本計(jì)算模型，這一模型的計(jì)算結(jié)果主要用來考察塔樓綜合質(zhì)心與裙房質(zhì)心的偏心對結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)影響(尤其是塔樓結(jié)構(gòu))，考察整體結(jié)構(gòu)(塔樓結(jié)構(gòu)及裙房結(jié)構(gòu))的計(jì)算模型及主要計(jì)算指標(biāo)，如周期、周期比、層間位移、位移比、各層的側(cè)向剛度比、轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)與上部結(jié)構(gòu)的等效側(cè)向剛度比、結(jié)構(gòu)的傾覆力矩比等，與分塔計(jì)算模型的結(jié)果進(jìn)行比較，并用于結(jié)構(gòu)超限審查及施工圖設(shè)計(jì)[2]。(2)分塔計(jì)算模型(模型二)，可用于主體結(jié)構(gòu)框架柱、剪力墻調(diào)整及轉(zhuǎn)換層上、下剛度比的比較計(jì)算。模型二的分析，首先確保裙房在無塔樓剪力墻幫助下滿足自身的可靠和安全，同時(shí)著重分析主塔樓上部的性能指標(biāo)和安全性。采用模型二來進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)的出裙房部分塔樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并采用模型一、模型三結(jié)果進(jìn)行校核，取其包絡(luò)進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)。(3)分塔計(jì)算模型(模型三)，各塔樓分塔計(jì)算(取塔樓及其裙房相關(guān)范圍)，模型三主要驗(yàn)算塔樓結(jié)構(gòu)的周期、周期比、層間位移、位移比、各層的側(cè)向剛度比、轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)與上部結(jié)構(gòu)的等效側(cè)向剛度比、結(jié)構(gòu)的傾覆力矩比、剪力墻與框架柱的剪力比等整體計(jì)算指標(biāo)，與整體計(jì)算模型一的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較并用于結(jié)構(gòu)超限審查及施工圖設(shè)計(jì)[2]。模型三在實(shí)際中基本不可能發(fā)生，但可驗(yàn)算兩個(gè)主塔樓核心筒在裙房范圍內(nèi)的安全度以及上部框架柱調(diào)整后的反應(yīng)。與其他兩個(gè)模型比較發(fā)現(xiàn)，塔樓核心筒(剪力墻)因吸收部分裙房的地震力致使配筋加大。底部加強(qiáng)區(qū)剪力墻的設(shè)計(jì)以模型三為準(zhǔn)，并以模型一進(jìn)行校核，取其包絡(luò)進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)。
1.3不同計(jì)算模型指標(biāo)對比
從(表1)各模型計(jì)算結(jié)果比較可以看出，當(dāng)采用整體模型計(jì)算分析時(shí)，很難反應(yīng)各分塔的不同扭轉(zhuǎn)特性。如果僅分析整體模型的空間振動圖去判斷結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)特性，要求設(shè)計(jì)人員具有較高的判斷能力和實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，而分塔模型能簡單的計(jì)算出各塔樓的周期比，準(zhǔn)確反應(yīng)各塔樓的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。如分塔模型計(jì)算指標(biāo)反應(yīng)出2#塔扭轉(zhuǎn)偏大，可適當(dāng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整。因此，大底盤多塔高層結(jié)構(gòu)的周期比應(yīng)以分塔模型為準(zhǔn)。當(dāng)分塔高度較接近時(shí)，結(jié)構(gòu)最大層間位移角、層間受剪承載力比各模型指標(biāo)均較接近，且其他控制參數(shù)如位移比、剪重比等各模型計(jì)算結(jié)果也相差不大(限于篇幅，本文未提供計(jì)算數(shù)據(jù))。通過對各模型計(jì)算數(shù)據(jù)的分析比較，可知大底盤多塔高層結(jié)構(gòu)在地震時(shí)各塔的振動會通過大底盤相互影響，相互藕聯(lián)。設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮各塔樓的平扭藕聯(lián)振動和大底盤樓板平面內(nèi)振動的影響，不能將其按傳統(tǒng)的單塔樓結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，應(yīng)進(jìn)行各模型比較包絡(luò)。對于大底盤多塔超限高層，尚應(yīng)進(jìn)行大底盤多塔結(jié)構(gòu)彈塑性時(shí)程分析。
1.4樓板應(yīng)力分析
本工程因裙房中庭大開洞，裙房樓板削弱較多，平面不規(guī)則，樓板受力復(fù)雜，容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，需進(jìn)行小震、中震下的樓板應(yīng)力分析。根據(jù)文[3]建議公式，樓板在小震作用下應(yīng)滿足:σ1k，小震≤ftk(1)(1)式中:ftk為混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值;σ1k，小震為有地震作用效應(yīng)組合時(shí)樓板在小震作用下樓板主拉應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值。采用雙層雙向相同配筋時(shí)，中震作用下應(yīng)滿足:σ1k，中震≤fyAs/γREhs(2)(2)式中:σ1k，中震為有地震作用效應(yīng)組合時(shí)樓板在中震作用下的主拉應(yīng)力設(shè)計(jì)值;fy為鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值;s為樓板鋼筋間距;As表示在間距s范圍內(nèi)上下層水平鋼筋的面積;h表示大底盤樓板厚度;γRE=0.85為承載力抗震調(diào)整系數(shù)。本工程恒載、活載引起的樓板應(yīng)力比地震作用產(chǎn)生的樓板應(yīng)力小，因此取地震工況內(nèi)力作為小震、中震的應(yīng)力進(jìn)行分析驗(yàn)算。計(jì)算時(shí)將整個(gè)大底盤樓板視為膜單元彈性板，上部各分塔樓板視為剛性板，以裙房屋面X向地震樓板應(yīng)力分析為例。小震工況下，從(圖4)可看出，樓板應(yīng)力集中處的峰值約為1.3MPa，樓板混凝土強(qiáng)度等級為C35，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為2.2MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。中震工況下，如圖5所示，中庭連接處及筒體開洞樓板削弱較多，產(chǎn)生應(yīng)力集中，該處局部板厚h=180mm，配筋雙面雙向，能滿足設(shè)計(jì)要求;其余裙房屋面板厚h=150mm，配筋雙面雙向，中震工況下均能滿足設(shè)計(jì)要求。在進(jìn)行大底盤多塔樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)重視大底盤樓板的應(yīng)力分析，加強(qiáng)薄弱區(qū)域的板厚、配筋，同時(shí)保證樓板受力筋的抗震錨固，確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全.
2大底盤多塔結(jié)構(gòu)的構(gòu)造加強(qiáng)措施
實(shí)際工程設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)結(jié)合大底盤多塔樓高層結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)按以下幾點(diǎn)進(jìn)行構(gòu)造加強(qiáng):(1)多塔結(jié)構(gòu)豎向體型突變部位的樓板宜加強(qiáng)，樓板厚度不宜小于150mm，宜雙層雙向配筋，每層每方向鋼筋網(wǎng)的配筋率不宜小于0.25%。體型突變部位上、下層結(jié)構(gòu)的樓板也應(yīng)加強(qiáng)構(gòu)造措施。(2)裙房屋面板對保證塔樓和大底盤的協(xié)同工作作用明顯，塔樓之間的裙房連接體以及塔樓中與裙房連接體相連的外圍柱、剪力墻等，是保證大底盤與多塔樓整體工作的關(guān)鍵構(gòu)件，應(yīng)予加強(qiáng)。(3)對于多塔結(jié)構(gòu)，剪力墻底部加強(qiáng)部位高度延伸至裙樓以上一層，裙房屋面上一層塔樓豎向構(gòu)件抗震等級提高一級，柱縱筋的最小配筋率適當(dāng)提高，柱箍筋在裙房屋面上、下層的范圍全高加密。(4)針對結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位和薄弱部位，采取比規(guī)范更嚴(yán)格的配筋構(gòu)造，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下的抗震能力。提高底部剪力墻豎向和水平分布筋配筋率、加強(qiáng)核心筒外墻連梁的抗剪配筋等。
3結(jié)語
本文通過分析大底盤多塔樓高層建筑的受力特點(diǎn)，以實(shí)際工程為例，選擇合理的計(jì)算模型，并采用較不利的結(jié)果進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì);通過對大底盤樓板進(jìn)行應(yīng)力分析，找出樓板的薄弱部位，并采取相應(yīng)的加強(qiáng)措施。從計(jì)算分析可知，本工程各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)方案合理安全。以上內(nèi)容僅為筆者在設(shè)計(jì)過程中的一些經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，尚有不足之處，有待進(jìn)一步完善提高，敬請各位指正。
參考文獻(xiàn)
[1]JGJ3-2010，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].
[2]朱炳寅.高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程應(yīng)用與分析JGJ3-2010[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2012.
[3]扶長生，劉春明，李永雙.高層建筑薄弱連接混凝土樓板應(yīng)力分析及抗震設(shè)計(jì)[J].建筑結(jié)構(gòu)，2008，38(3):106-110.
[4]包世華，張銅生.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算.下冊[M].北京:清華大學(xué)出版社，2007.1.
[5]GB50011-2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].
作者：謝林秀 單位：福建眾合開發(fā)建筑設(shè)計(jì)院
推薦期刊：《建筑技術(shù)雜志》為專業(yè)技術(shù)刊物。報(bào)道應(yīng)用建筑科學(xué)領(lǐng)域的新技術(shù)、新成果。主要欄目有施工技術(shù)、建筑設(shè)計(jì)、工程實(shí)例、建筑材料、建筑機(jī)械、工業(yè)建筑、混凝土制品、建筑裝飾、建筑節(jié)能、設(shè)備安裝、工程質(zhì)量等。