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        平面不規(guī)則高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

        2014-03-27 11:36:37
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2014年19期
        關(guān)鍵詞:結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效應(yīng)結(jié)構(gòu)

        (中山中瑞建筑裝飾工程有限公司,廣東 中山 528400)

        平面不規(guī)則高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

        陳新軍

        (中山中瑞建筑裝飾工程有限公司,廣東 中山 528400)

        隨著建筑行業(yè)的不斷發(fā)展,建筑類型和高度不斷增加,在建筑結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)了一些平面不規(guī)則高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),為城市建筑帶來了全新的面貌,同時也給設(shè)計(jì)人員帶來很大的挑戰(zhàn),本文主要以具體實(shí)例分析平面不規(guī)則高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),希望能為相關(guān)人員帶來些幫助。

        高層建筑;平面不規(guī)則設(shè)計(jì);構(gòu)件設(shè)計(jì)

        在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,對于平面布置需要充分考慮規(guī)則性,若是采用平面不規(guī)則設(shè)計(jì),就會造成平面剛度中心和質(zhì)量中心不在一個點(diǎn),因此在平面不規(guī)則高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)考慮扭矩的問題,本文主要分析平面不規(guī)則高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

        1 高層建筑平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題

        高層建筑平面不規(guī)則設(shè)計(jì)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的原因包括外來因素的干擾以及建筑本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),外因因素的干擾,如地震波等因素的存在,導(dǎo)致地面的周期和相位不同,轉(zhuǎn)動分量的存在就會使建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。建筑自身結(jié)構(gòu)也會產(chǎn)生這種扭轉(zhuǎn)效應(yīng),在一般的建筑結(jié)構(gòu)中,通常是把建筑結(jié)構(gòu)簡化成一種平面的模型,這種分析方法并不是說不可以,不過是不太適合使用在不規(guī)則平面設(shè)計(jì)中,這是因?yàn)榻ㄖ矫娌灰?guī)則設(shè)計(jì)質(zhì)量中心和剛度中心并重合。

        在高層建筑平面不規(guī)則設(shè)計(jì)中,控制扭轉(zhuǎn)效應(yīng)需要考慮到控制指標(biāo)以及周期比等,周期的控制需要確保建筑結(jié)構(gòu)具有足夠強(qiáng)的抗扭剛度,位移比的控制則是反映結(jié)構(gòu)的對稱性以及質(zhì)量剛度等。

        2 工程概述

        圖1 1~3層結(jié)構(gòu)平面圖

        某工程建筑面積11457.3m2,共21層高66.12m,地下室1層~地上3層是商業(yè)廣場,層高3.6m,以上樓層為住宅區(qū),層高3m。工程采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),采用平面不規(guī)則、扭矩不規(guī)則設(shè)計(jì),合理的剪力墻能夠提高建筑的穩(wěn)定性,需要對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的薄弱部分采取抗震構(gòu)造設(shè)計(jì),1~3層結(jié)構(gòu)平面和4層以上結(jié)構(gòu)平面圖如圖1和圖2所示。

        圖2 4層以上結(jié)構(gòu)平面圖

        工程在建筑中中分是用了電梯等,嵌入剪力墻,滿足下部商場和上部民用建筑的同時,保證構(gòu)件的連續(xù)性。剪力墻在設(shè)計(jì)中,縱橫面力求平衡,提高抗震性能,為減小扭轉(zhuǎn)效應(yīng)需要優(yōu)化調(diào)整周邊潛力強(qiáng)長度以及寬度設(shè)計(jì)。地下室頂板厚180mm,采用了雙層雙向配置,配筋率0.25%。核心結(jié)構(gòu)外力剪力墻厚度從上往下分別為200、250、300、350mm,相應(yīng)的剪力墻截面尺寸為500、600、700mm。樓面設(shè)暗梁,寬度超過墻寬度至少600mm,按照框架梁計(jì)算配筋,剪力墻邊框的暗梁寬度與墻寬相等,高度是墻寬的兩倍。樓板豎向體型突出部位厚度為150mm,上下層樓板厚度為130mm,配筋率超過0.25%.

        表1 振型周期參數(shù)

        3 架構(gòu)整體計(jì)算

        該建筑工程使用年限為50年,抗震等級為8度、第三組,預(yù)計(jì)設(shè)計(jì)地震加速度數(shù)值設(shè)定為0.2,建筑場地特征周期為0.45s,一般地震影響系數(shù)不超過0.16,最大為0.9,屬于一級抗震等級,地面粗糙度為B類設(shè)計(jì)。樓面設(shè)計(jì)依照實(shí)際情況設(shè)定為居民樓2.0kN/m2,樓梯間荷載圍為3.5kN/m2,衛(wèi)生間荷載為2.0kN/m2,陽臺荷載為2.5kN/m2,要求上人屋面荷載達(dá)到2.0kN/m2。結(jié)構(gòu)整體計(jì)算采用SATWE和PMSAP軟件計(jì)算,SATWE最大地震效應(yīng)角度角為45.285度,PMSAP計(jì)算結(jié)果與之很接近,取15個結(jié)構(gòu)計(jì)算振型,X向和Y向的有效質(zhì)量系數(shù)分別設(shè)定為98.66%、99.92%,結(jié)構(gòu)第一振型和第二陣型分別為X向平動、Y向平動,第三振型為扭轉(zhuǎn),振型周期計(jì)算參數(shù)見表1。

        風(fēng)荷載和地震作用下,滿足高規(guī)設(shè)定要求。建筑總質(zhì)量為15104.541t,X向和Y向最小建立系數(shù)分別為5.09%、5.26%,大于3.2%,滿足規(guī)定要求。在雙向震動作用下,考慮到偶然偏心因素,最大彈性層間位移與樓間平均層間位移比為1.39:1.21,滿足要求。

        X向與Y向結(jié)構(gòu)各層豎向?qū)优c層之間的剛度滿足高俅,結(jié)構(gòu)豎向不存在薄弱層,地下室和一層X向和Y向的剛度比滿足要求。X向和Y向?qū)优c層之間抗剪承載力比值范圍分別在0.900~1.340、0.900~1.330,滿足要求。

        4 結(jié)構(gòu)不規(guī)則設(shè)計(jì)措施

        在此設(shè)計(jì)中為提高薄弱地區(qū)的抗扭性能,豎向體型突變部位厚度設(shè)定為1800mm,鋼筋設(shè)計(jì)采用雙層雙向通長設(shè)計(jì),配筋率大于0.30%.工程在4~21層民用建筑的設(shè)計(jì)中平面凸出長度為11.3m,加強(qiáng)凸出位置的樓板厚度和配筋率。由于此建筑的上下層之間作用不同,因此在4層以上的平面結(jié)構(gòu)部分收近高度11.1m,收進(jìn)后的平面寬度為12.7m,滿足要求。

        結(jié)構(gòu)薄弱層在多遇地震情況下,剪力值設(shè)計(jì)乘與最大系數(shù),樓層剪力墻的設(shè)計(jì)采用中震不屈服分析的計(jì)算剪力。相鄰兩層之間的框架柱與剪力墻的尺寸面積相等,所采用的混凝土等級相同。為減少結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng),剪力墻的布置要求均勻?qū)ΨQ,并在此基礎(chǔ)上加強(qiáng)周邊剪力墻的抗側(cè)剛度,經(jīng)過計(jì)算本工程,X向和Y向的質(zhì)量中心和剛度中心分距離別為0.01~0.07m、0.05~0.37m,對應(yīng)的建筑物邊長分別為0.27%、1.50%。

        在工程設(shè)計(jì)中采用了轉(zhuǎn)角窗的設(shè)計(jì),削弱了結(jié)構(gòu)的抗扭性能,屬于薄弱環(huán)節(jié)設(shè)計(jì),容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)的局部破壞現(xiàn)象,在設(shè)計(jì)中,轉(zhuǎn)角窗的兩側(cè)設(shè)置剪力墻,加強(qiáng)樓板板筋的配置率,并在洞口邊緣的端柱之間設(shè)置暗梁,提高抗扭性能。

        在中震不屈服的設(shè)計(jì)中,為了提高建筑結(jié)構(gòu)的塑性耗能能力,地震影響系數(shù)取最大值0.45,為了保證結(jié)構(gòu)安全,設(shè)計(jì)采用彈性力時程分析法補(bǔ)充計(jì)算,內(nèi)置特征周期為0.45s,地震加速度是程曲線最大為70cm/s2,加速度依照最大1:0.85取值。

        結(jié)語

        綜上所述,本文先分析了高層建筑平面結(jié)構(gòu)不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出現(xiàn)的扭矩問題以及控制措施,重點(diǎn)以具體工程為例,說明平面不規(guī)則高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),隨著高層建筑的不斷發(fā)展,大量的平面不規(guī)則設(shè)計(jì)的出現(xiàn)為建筑設(shè)計(jì)帶來很大的挑戰(zhàn),在這方面還需要重點(diǎn)對待,提高建筑的安全使用性。

        [1]周賓.淺談復(fù)雜平面不規(guī)則高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的改善——以大同市某住宅小區(qū)高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為例[J].科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì),2010,20(13):160-162.

        [2]韓輝.基于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中平面不規(guī)則問題的分析與處理[J].中外建筑,2010(05):161-162.

        [3]李亞娥,劉高峰,孫瑞祥,等.平面不規(guī)則長形高層建筑結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的研究[J].甘肅科學(xué)學(xué)報(bào),2011,23(02):116-119.

        [4]張林麗.帝寶花園6#樓平面不規(guī)則高層建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究[J].城市建設(shè)理論研究(電子版),2012,7(29):32-33.

        TU972

        A

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