陳同舟

（桂林市城市規(guī)劃設(shè)計研究院　廣西桂林　541002）

如今，建筑的高度越來越大，且建筑體型日趨復(fù)雜，而鋼筋混凝土仍是建筑最常用的結(jié)構(gòu)形式，這就對結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了很高的要求，在實際的設(shè)計工作中，必須充分考慮多個方面的影響因素，以此保證設(shè)計的合理性、可行性與經(jīng)濟性。

1　工程概況

某高層建筑工程為一座商住兩種綜合性建筑，設(shè)2層地下室，用于車庫與設(shè)備用房，地上部分主要由三棟主樓（1～3#）與一棟裙樓構(gòu)成，地上1層至地上2層用于商業(yè)，其余樓層全部用于住宅。其中，3#樓地上19層，建筑高度為58.5m，和地上2層的裙樓采用伸縮縫聯(lián)結(jié)；1#、2#樓地上18層，二者頂部兩層聯(lián)結(jié)，建筑高度為64.5m，1#、2#樓和地上2層裙樓之間采用連廊連接，在主樓和連廊之間布置伸縮縫。現(xiàn)圍繞本建筑工程實際情況，對其鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計做如下深入分析。

為滿足建筑使用功能方面的要求，1#、2#樓設(shè)計采用框剪結(jié)構(gòu)（圖1），在底部局部布置轉(zhuǎn)換剪力墻，于地上3層的頂面設(shè)置轉(zhuǎn)換層。因采用兩種不同而又十分復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，并且結(jié)構(gòu)體系的體形十分復(fù)雜，所以需按超限結(jié)構(gòu)予以送審。建筑所在場地設(shè)防烈度?、龆?，地震加速度取0.50g，場地類別為Ⅳ類，將抗震設(shè)計等級確定如下：剪力墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計等級為Ⅲ級，框支柱抗震設(shè)計等級為Ⅱ級，框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計等級為Ⅲ級。建筑基礎(chǔ)主要為樁基礎(chǔ)，為切實滿足功能要求，應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，做好以下處理：①選擇連接體結(jié)構(gòu)設(shè)計方案；②對結(jié)構(gòu)內(nèi)力進行分析計算，并采取構(gòu)造措施；③對轉(zhuǎn)換層上的構(gòu)件進行計算，并確定適宜的構(gòu)造措施[1]。

圖1　框架剪力墻

2　結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算結(jié)果

2.1　計算單元

因本工程由三棟主樓與一棟裙樓構(gòu)成，主樓通過地下室結(jié)構(gòu)頂板連接，因地下室存在很多墻體，且頂板的厚度可以達到250～300mm，剛度相對較大，所以將其上部結(jié)構(gòu)對應(yīng)的計算點確定為±0.000，將計算單元分成三個不同的部分：第一部分為3#樓；第二部分為裙樓；第三部分為1#、2#樓。

2.2　建筑基礎(chǔ)與地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計

如前所述，本工程基礎(chǔ)為樁基礎(chǔ)，采用鉆孔灌注樁，其樁徑按上部荷載選擇，工程的主樓樁基為φ800，裙樓為φ700。根據(jù)地質(zhì)勘察報告，將圓礫層作為基礎(chǔ)的持力層，樁端需嵌入2.5～6.4m，樁長在48.1～56.1m范圍內(nèi)，單樁承載能力為3500kN與4100kN[2]。

建筑所設(shè)地下室結(jié)構(gòu)整體呈L型，局部設(shè)人防地下室，其等級確定為6級，整體結(jié)構(gòu)東西、南北兩個方向上的長度分別為150m和120m，未設(shè)伸縮縫，此外，在橫、縱向上布置若干后澆帶，來減小由于溫度變化等因素對結(jié)構(gòu)造成的影響。后澆帶之間的距離按40m控制，保證施工質(zhì)量[3]。

2.3　結(jié)構(gòu)的選型與布置

因建筑總體平面狹長且較為復(fù)雜，所以在連體結(jié)構(gòu)的兩側(cè)，主樓的剛度、體形與平面應(yīng)盡可能保持一致，以此減小或避免耦聯(lián)振動。早期設(shè)計方案為在主樓之間布置喇叭狀平面，柱距為北小、南大，分別為16.8m和29.4m。對于連接體結(jié)構(gòu)，設(shè)計采用下層鋼骨梁，將其作為可靠的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，用于對整體結(jié)構(gòu)予以支撐。對這種結(jié)構(gòu)進行估算可知，鋼骨梁的截面很大，對施工會造成影響。通過綜合對比與分析，決定在軸間增設(shè)兩處柱子，保證連接體結(jié)構(gòu)有相同的柱距，即保持在16.8m。主體結(jié)構(gòu)和連接體為剛性連接，在每層上布置鋼筋混凝土梁，用作連接主梁，確保連接處剛度，形成整體，保證受力和變形的整體性與協(xié)調(diào)性。因主梁高度相對較大，所以連接體結(jié)構(gòu)層高應(yīng)為主樓層高的兩倍，只有這樣才能滿足空間方面的實際要求[4]。

對連體結(jié)構(gòu)而言，因其振型十分豐富，同時平動振型和扭轉(zhuǎn)振型相耦合，所以在設(shè)計計算過程中，應(yīng)考慮平、扭耦聯(lián)，以此確定結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，同時考慮雙向地震作用的影響；對于連體部分，其十分復(fù)雜，需按彈性樓蓋實施分析計算。因相連的兩個主樓在體型上十分相似，而且間隔距離又很近，所以在確定風荷載時，應(yīng)重點考慮相互作用與影響，在體型系數(shù)的基礎(chǔ)上乘以一定增大系數(shù)，同時對于處在底層的樓板，還應(yīng)考慮風吸力可能造成的影響。

表1　結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)條件下的周期與振型計算結(jié)果

在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，采用分解反應(yīng)譜的方法進行計算，其結(jié)果如表1所示。

從表1可以看出，結(jié)構(gòu)的自振周期處于合理范圍之內(nèi)，以結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為核心的周期和以平動為核心的周期比經(jīng)計算為0.85，符合現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范的具體要求。當結(jié)構(gòu)受到地震力作用后，層間位移不超過1/1791，而頂點位移不超過1/2048，由于都處在1/800以內(nèi)，所以也可滿足現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范的要求[5]。

3　結(jié)構(gòu)抗震加強措施

3.1　轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)

因本工程所用結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，所以其轉(zhuǎn)化層為典型薄弱層，在抗震方面應(yīng)有目的性的予以加強，具體措施有以下幾種：①在框支梁、柱與剪力墻的底部，將抗震設(shè)計等級提高一個等級；②對于薄弱層結(jié)構(gòu)，其地震剪力應(yīng)乘以一定增大系數(shù)，其一般取1.15，同時，還應(yīng)對框支柱自身剪力實施調(diào)整；③對于框支梁、柱，其設(shè)計必須滿足現(xiàn)行規(guī)范提出的具體要求；④框支梁所處樓層板體厚度增加至180mm，同時在雙層、雙向布置加強構(gòu)造[6]。

3.2　連接結(jié)構(gòu)

本高層建筑工程為I類扭轉(zhuǎn)不規(guī)則，從震害資料中可以看出，在收到地震作用后，連接體結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生嚴重破壞，并使連接體結(jié)構(gòu)和主體結(jié)構(gòu)之間的連接處產(chǎn)生破壞，所以在結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計過程中，應(yīng)采取以下加強措施：①連接體結(jié)構(gòu)和與之相鄰的構(gòu)件，其抗震設(shè)計等級應(yīng)提高一個等級；②將樓板的厚度加大至150mm，并在加強連接處附近進行配筋，按雙層、雙向布置，并達到貫通，同時對邊梁處的構(gòu)造與配筋予以加強；③對連接結(jié)構(gòu)底部配筋予以加強；④做好連接結(jié)構(gòu)下層設(shè)計，將其視作薄弱層，進行必要的特別設(shè)計[7]。

4　結(jié)束語

綜上所述，當結(jié)構(gòu)體系較為復(fù)雜時，應(yīng)格外注重其合理布置；對于建筑中的連接體結(jié)構(gòu)，應(yīng)盡可能確保連體結(jié)構(gòu)上的所有部分都有相近的剛度、體型，以此防止連體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生耦聯(lián)振動，并對這種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換層與連體結(jié)構(gòu)，采取合理有效的抗震加固措施。