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        高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)微探

        2019-09-10 13:29:37溫東霞
        環(huán)球市場 2019年34期
        關(guān)鍵詞:高層建筑

        溫東霞

        摘要:本文研究高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),介紹不規(guī)則結(jié)構(gòu)特點(diǎn),給出優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的具體措施,供相關(guān)人員借鑒參考。

        關(guān)鍵詞:高層建筑;不規(guī)則結(jié)構(gòu);偏心距

        高層建筑功能的豐富促使其結(jié)構(gòu)朝向多樣化發(fā)展,不規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)頻繁出現(xiàn)于現(xiàn)代高層建筑產(chǎn)品中,為確保高層建筑建設(shè)質(zhì)量,需對(duì)不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)。

        一、高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)

        高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)可分為平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)、豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)和超規(guī)范結(jié)構(gòu)。(1)平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)。①若結(jié)構(gòu)位移比超過1.2,則視為扭轉(zhuǎn)不規(guī)則結(jié)構(gòu)。②平面長寬比較大,當(dāng)抗震設(shè)防烈度在5-7度,長寬比高于8,當(dāng)抗震設(shè)防烈度為8度,長寬比高于5;凹進(jìn)大,某側(cè)尺寸超過投影方向尺寸35%;凸出部分過細(xì),長寬比高于2。以上三種情況被視為凹凸不規(guī)則結(jié)構(gòu)。③樓板連續(xù)性不足,例如樓板開洞面積過大,己達(dá)到總面積的1/3以上,或樓板呈現(xiàn)為沙漏型,也可被劃分為平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)。(2)豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)。豎向剛度不規(guī)則結(jié)構(gòu)包括側(cè)向剛度不規(guī)則、豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)、樓層承載力突變等形式。其中,豎向剛度不規(guī)則結(jié)構(gòu)指的是除建筑頂層外,其他樓層側(cè)向剛度與上相鄰樓層之間差距不足70%、與上間隔樓側(cè)之間差距不足80%的結(jié)構(gòu)。豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)指的是豎向構(gòu)件位置縮進(jìn)超過25%、外挑超過lO%及4m、墻柱等結(jié)構(gòu)上下不連續(xù)、存在加強(qiáng)層等結(jié)構(gòu)的情況。樓層承載力突變指的是A級(jí)不規(guī)則建筑受剪承載比低于0.8、B級(jí)低于0.5的情況。(3)超規(guī)范結(jié)構(gòu)。超規(guī)范結(jié)構(gòu)指的是高層建筑自身結(jié)構(gòu)不規(guī)則,如超高、超限等情況,即建筑結(jié)構(gòu)高度、限值超出合理范圍。另外,采用新型建筑材料、施工工藝的結(jié)構(gòu)也可能成為超規(guī)范結(jié)構(gòu),其結(jié)構(gòu)規(guī)范在常規(guī)體系中無法找到。由于建筑結(jié)構(gòu)無法在現(xiàn)有建筑規(guī)范體系中找到理論依據(jù),缺少可參考的建筑經(jīng)驗(yàn),因此其是否被劃定為不規(guī)則結(jié)構(gòu)不受平面設(shè)計(jì)及立面設(shè)計(jì)合理性的影響[1]。

        二、高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

        (一)偏心距調(diào)整

        高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能降低偏心距,促使建筑體質(zhì)心與鋼心重合,提升建筑穩(wěn)定性及質(zhì)量。含有不規(guī)則結(jié)構(gòu)的高層建筑偏心距與建筑扭矩之間存在線性相關(guān)性,因此通過不規(guī)則結(jié)構(gòu)的布局優(yōu)化,降低各樓層間位移比進(jìn)而對(duì)偏心距進(jìn)行有效控制。在實(shí)際工作中,可對(duì)建筑整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析計(jì)算,調(diào)整后再次計(jì)算,重復(fù)以上步驟完成偏心距的調(diào)整。同時(shí),以上方案還能了解不規(guī)則建筑的剛度分布特點(diǎn),有助于結(jié)構(gòu)側(cè)抗力結(jié)構(gòu)調(diào)整,明顯提高建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

        其中涉及到層間位移比的計(jì)算,該參數(shù)指剛性樓板假定計(jì)算樓層的最大層間位移與該樓層兩側(cè)平均層間位移之比,可用于高層建筑平面不規(guī)則性的控制。通常情況下,高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)的層間位移比不應(yīng)超過1.2,若為A級(jí)不規(guī)則高層建筑,其層間位移比也不應(yīng)高于1.5,B級(jí)與轉(zhuǎn)換層、多塔等高層建筑不應(yīng)高于1.4。

        (二)剛度調(diào)整

        剛度調(diào)整包括不規(guī)則結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度及扭曲剛度。建筑結(jié)構(gòu)振動(dòng)周期與扭轉(zhuǎn)效應(yīng)之間存在明顯的影響關(guān)系,因此在緩解建筑扭轉(zhuǎn)效應(yīng)時(shí),可對(duì)振動(dòng)周期進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。例如,A級(jí)不規(guī)則結(jié)構(gòu)中,以扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)為主的第一自振周期與以平動(dòng)為主的第一自振周期之間比例不應(yīng)超過0.9,B級(jí)不應(yīng)超過0.85。例如在設(shè)計(jì)剪力墻時(shí),需保證墻厚與長度的合理關(guān)系,尤其對(duì)于中心間距較大的墻體,可選用在結(jié)構(gòu)邊緣設(shè)置梁、柱等結(jié)構(gòu),提高結(jié)構(gòu)抗扭強(qiáng)度,降低振動(dòng)周期。扭曲剛度可通過邊緣連續(xù)梁剛度進(jìn)行優(yōu)化,提高連續(xù)梁的抗剪能力,并適當(dāng)增大連梁截面,強(qiáng)化整體結(jié)構(gòu)性能。

        (三)抗扭構(gòu)件應(yīng)用

        總結(jié)以往建筑實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),在非彈性狀態(tài)下,高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)受水平震動(dòng)的影響程度更高,工程施工過程中,不規(guī)則結(jié)構(gòu)形態(tài)呈動(dòng)態(tài)變化,易發(fā)生高層建筑整體結(jié)構(gòu)偏心的問題。此時(shí),可提高結(jié)構(gòu)抗剪能力,增加結(jié)構(gòu)彈性,使其能夠承受更強(qiáng)的震動(dòng)作用。

        (四)防震設(shè)計(jì)

        帶有不規(guī)則結(jié)構(gòu)的高層建筑防震設(shè)計(jì)通常采用添加防震縫的方案,利用防震縫將不規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)劃分為多個(gè)常規(guī)結(jié)構(gòu)模塊,以此提高其穩(wěn)定性及抗震性能。防震縫一般設(shè)計(jì)為雙柱、雙墻等模式,其寬度一般在50-lOOmm,被劃分后的不規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)可視為由多個(gè)穩(wěn)定性更高的一般結(jié)構(gòu)組成,能夠承受更強(qiáng)的地震破壞作用。

        (五)計(jì)算方式選擇

        高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)涉及到較多的參數(shù)計(jì)算工作,參數(shù)選擇是否合理在很大程度上就決定了建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)實(shí)踐中常用的分析計(jì)算方法包括底部剪力法、振型分解反應(yīng)譜法、彈性時(shí)程分析法等。其中,底部剪力法適用于多層建筑,振型分解反應(yīng)譜法的核心為SATWE,在高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用更為普遍。

        三、高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化案例

        某商住兩用高層建筑主體采用雙塔結(jié)構(gòu),包括地下2層,地上30層。其中,地上一層層高4.8m,為多功能廳。兩座塔樓均采用“Y”型結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)為8度抗震。剪力墻結(jié)構(gòu)使用年限為60年,安全等級(jí)為2級(jí)。

        該項(xiàng)目雙塔結(jié)構(gòu)均為“Y”型結(jié)構(gòu),且項(xiàng)目臨湖而建,地質(zhì)條件相對(duì)復(fù)雜,對(duì)建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要求較高。采用以下優(yōu)化設(shè)計(jì)方案:首先,調(diào)整結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度。發(fā)揮剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)勢,在建筑整體內(nèi)形成多個(gè)簡體結(jié)構(gòu),利用束筒效應(yīng)提高結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度及荷載性能。其次,調(diào)整扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。適當(dāng)調(diào)高塔樓Y形平面外墻厚度及長度,將連梁高度調(diào)整為1200mm,降低中部簡體墻厚并弱化中部連梁的作用。最后,調(diào)整結(jié)構(gòu)自重。自重調(diào)整主要為減輕地震作用對(duì)建筑穩(wěn)定性的影響,原設(shè)計(jì)方案中,剪力墻內(nèi)外圍由350mm調(diào)整至320mm,內(nèi)部由300mm調(diào)整至250mm。在結(jié)構(gòu)內(nèi)部分位置加設(shè)樓層梁,板厚在lOOmm。

        四、結(jié)論

        高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化需重點(diǎn)關(guān)注各項(xiàng)結(jié)構(gòu)參數(shù),如結(jié)構(gòu)偏心距、抗側(cè)剛度、扭曲剛度等,合理利用抗扭構(gòu)件及防震縫,適當(dāng)選擇分析計(jì)算方法,確保建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、可靠。

        參考文獻(xiàn):

        [1]孫凌.關(guān)于高層建筑不規(guī)則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用分析[J].建材與裝飾,2019 (15):94-95

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