摘要：本文介紹了帶有高位轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)計算設(shè)計過程，并且對該結(jié)構(gòu)在設(shè)計過程中遇到的不平衡土壓力和基礎(chǔ)設(shè)計作了一些簡介。

關(guān)鍵詞：框支剪力墻；復(fù)雜高層；轉(zhuǎn)換層

中圖分類號：TU318

文獻標識碼：B

文章編號：1008-0422(2007)07-0030-03

1工程概況

某市新天地大廈位于市區(qū)最繁華的商業(yè)地段。用地大致呈矩形，面積約5250m，地勢東北角高，西南角低，最大落差有4m。建筑底層南北長約72m，東西寬約65m，總建筑面積：46070m，其中地上面積：37438m，地下面積：8632m。地上24層，地下2層?？偨ㄖ叨龋?9.85m。

新天地大廈地下二層為停車場，地上一層至四層為商場、餐飲、五一二十四層為住宅，建筑類別為一類。

2結(jié)構(gòu)概況

按照建筑功能，本建筑地下二層～四層為停車場、商場、餐飲，因此要求跨度較大的大空間，而上部建筑為住宅，高度為79.85m，為保證房屋的使用功能上部采用剪力墻結(jié)構(gòu)是最為經(jīng)濟合理的。因此本工程采用部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)，框支轉(zhuǎn)換層位于五層樓面，屬于高位轉(zhuǎn)換。同時該場地內(nèi)東北和西南高差達到4m，因此存在較大的不平衡土壓力，也是本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計必須重點考慮的問題。

本工程室外地面存在一定高差，地下一層到±0.00。之間的地下室有一側(cè)是露出地面的，±0.00樓面不宜當作本工程的嵌固端，因此本工程的嵌固端選在負一層樓面，結(jié)構(gòu)計算時房屋總共為25層，84.3m高。由于本工程屬于復(fù)雜高層建筑，因此根據(jù)規(guī)范，需要采用兩種不同的模型進行計算，本工程采用PKPM軟件的結(jié)構(gòu)空間有限元分析軟件SATWE模塊和復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計軟件PMSAP模塊進行計算對比分析。

本工程設(shè)計使用年限為50年，建筑結(jié)構(gòu)安全等級為二級，地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為甲級，抗震基本烈度為六度，建筑抗震設(shè)防類別為丙類，抗震設(shè)防烈度按六度。水平地震影響系數(shù)最大值為0.04，場地特征周期0.35秒。混凝土強度轉(zhuǎn)換層以下墻柱為C45，樓面為C35，轉(zhuǎn)換層以上為C35和C30。主樓轉(zhuǎn)換層以下部位剪力墻及框支柱抗震等級按一級，框架梁抗震等級按二級。轉(zhuǎn)換層以上部位底部加強區(qū)剪力墻抗震等級為一級，框架抗震等級為二級，非加強區(qū)剪力墻抗震等級為三級(短肢剪力墻抗震等級為二級)?？蚣芸拐鸬燃墳槎?。

3結(jié)構(gòu)計算分析

①將負一層樓面當作上部結(jié)構(gòu)的嵌固端，必須滿足負二層的樓層側(cè)向剛度不小于負一層的2倍。

計算滿足要求。

②本工程為部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換層設(shè)置在5層樓面，屬于高位轉(zhuǎn)換。采用剪彎剛度算法時，轉(zhuǎn)換層上部與下部等效側(cè)向剛度比宜接近1，不大于1.3；采用層間剪力比層間位移算法時，轉(zhuǎn)換層下層側(cè)向剛度不小于上層側(cè)向剛度的60‰根據(jù)計算分析，采用SATWE和PMSAP計算結(jié)果；

從上面的結(jié)果可以看出，分別采用PMSAP和SATWE分別計算，其上下層剛度比結(jié)果相差小于10％，而且采用PMSAP計算的剛度較小，但是兩個計算結(jié)果都滿足規(guī)范的要求，因此本工程轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的布置是合理的、可行的。

③對于本工程結(jié)構(gòu)主體，分別采用不同的計算模型；

從上面表格可以看出來，采用兩種計算模型計算出來的結(jié)果，它們的周期和轉(zhuǎn)角都很接近，而且以扭轉(zhuǎn)為主的第一周期和以平動為主的第一周期之比為，采用SATWE計算時，比值為0.83，采用PMSAP計算時為0.84，都滿足規(guī)范要求的復(fù)雜高層建筑以扭轉(zhuǎn)為主的第一周期和以平動為主的第一周期之比不應(yīng)大于0.85的要求。而且質(zhì)量參與系數(shù)大于90％，證明取15個振型就能夠滿足設(shè)計要求。

從上面的計算結(jié)果可以看出，采用SATWE和PMSAP計算的結(jié)果基本上一致的，該結(jié)構(gòu)剛重比EJd/GH2大于2.7，可以不考慮重力二階效應(yīng)。最大樓層層間位移比小于規(guī)范要求的1/800的限值，滿足規(guī)范要求。

通過上面對該工程分別采用SATWE計算結(jié)果和PMSAP計算結(jié)果的對比，可以看出本工程采用本結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)布置能夠滿足規(guī)范的要求，因此能夠以本模型進行結(jié)構(gòu)的分析設(shè)計。

4考慮不平衡土壓力對結(jié)構(gòu)的影響

在本工程中，場地內(nèi)存在較大的高差，最高處達到4m，因此當房屋地下部分施工完畢，進行回填時，不平衡的土壓力會對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利的影響，因此本工程對這種不平衡土壓力進行了分析。

不平衡的土壓力對結(jié)構(gòu)主要會造成結(jié)構(gòu)如下幾個方面的問題：第一：結(jié)構(gòu)整體傾覆；第二：結(jié)構(gòu)的滑移：第三結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力構(gòu)件內(nèi)力的增大；因此本工程從這三個方面出發(fā)進行分析。

本工程的主樓位于地勢較高的這一側(cè)，結(jié)構(gòu)的重心也位于地勢較高的這一側(cè)，而且本工程質(zhì)量比較大，傾覆力臂很長，因此抗傾覆力矩很大，經(jīng)初步分析不平衡土壓力不會造成該房屋的傾覆。本工程基礎(chǔ)采用的是獨立基礎(chǔ)，基礎(chǔ)截面較大，地基的承載力很高，摩擦系數(shù)較大，因此其抗滑移力很大，而且最低處還有一層地下室埋在土里面，這個約束了土的滑移，因此本工程在不平衡土壓力作用下不會產(chǎn)生滑移。對于第三個問題，本工程將不平衡的土壓力簡化為集中作用在樓層處的水平力，由于樓板無較大的洞口，滿足剛性樓板的假定，因此把這個水平力簡化為作用在上下樓層柱頂?shù)乃搅?，在采用PKPM建立模型的時候就將這個力當作荷載輸入進去，進行整體計算，從而計算出豎向抗側(cè)力構(gòu)件的內(nèi)力和配筋。通過此方法，既考慮了不平衡土壓力的作用，同時又簡化了計算方法，避免了繁瑣的手工計算，提高了設(shè)計效率。

5基礎(chǔ)設(shè)計

本工程場地內(nèi)土質(zhì)較好，地下室底板距離中風化灰?guī)r僅2m左右，而中風化灰?guī)r承載力特征值達5000Kpa。承載力很高，若采用樁基礎(chǔ)，則樁長太短，而采用筏板基礎(chǔ)，則持力層為強風化灰?guī)r，承載力特征值不是很高，而且由于結(jié)構(gòu)的重心和底板的形心相差較大，基礎(chǔ)會出現(xiàn)較大的偏心，對上部結(jié)構(gòu)不利，同時造價較高。因此考慮直接采用柱下獨立基礎(chǔ)和條形基礎(chǔ)。這樣就可以利用承載能力很高的中風化層作為持力層，且很方便的調(diào)節(jié)基礎(chǔ)中心和荷載的形心。由于地基承載力很高＞300kPa，根據(jù)地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范，必須進行抗剪驗算，本工程中，柱子的最大軸力為N＝26663kN，混凝土采用C40，經(jīng)計算，基底面積為2.3×2.3，混凝土抗剪面積為6.8m，最大剪力為6390，滿足抗剪要求。根據(jù)上面的計算結(jié)果我們可以看出，當高層建筑位于具有較高承載力的巖石層時，控制其截面高度的是抗剪承載力，而不是抗沖切和抗彎承載力。

6結(jié)論

高層建筑結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)選型是一個至關(guān)重要的工序，在滿足規(guī)范要求和建筑功能的情況下，選用合理的房屋結(jié)構(gòu)形式是做好房屋設(shè)計的關(guān)鍵。因此在進行設(shè)計工作時候我們應(yīng)該注重房屋結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計，合理的結(jié)構(gòu)形式，能夠在保證房屋的安全性同時為業(yè)主產(chǎn)生較大的經(jīng)濟效益。