胡昌德

酒鋼集團(tuán)甘肅筑鼎建設(shè)有限責(zé)任公司

1 引言

近年來，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，城市建設(shè)規(guī)模日漸擴(kuò)大，但是，受到場地、功能和建筑美觀等高要求的限制，高層建筑結(jié)構(gòu)體系變化逐漸復(fù)雜，各種造型紛紛呈現(xiàn)，特別是不規(guī)則高程建筑數(shù)量逐漸上升。而根據(jù)調(diào)查得知，相對(duì)應(yīng)規(guī)則結(jié)構(gòu)的建筑而言，不規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)極易在地震災(zāi)害下出現(xiàn)變形、坍塌現(xiàn)象，更容易被地震破壞。因此，為了保證不規(guī)則高層建筑的安全穩(wěn)定，需要科學(xué)的設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)體系。

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

（1）在進(jìn)行高層簡述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，水平力是其主要影響因素。通常情況下，多層建筑在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要首先考慮結(jié)構(gòu)豎向荷載情況。根據(jù)資料發(fā)現(xiàn)，在豎向構(gòu)件中，結(jié)構(gòu)自重與樓面荷載導(dǎo)致的軸力和彎矩與建筑高度是正比關(guān)系[1]。但是，對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)而言，水平荷載所產(chǎn)生的影響仍然不同，其與建筑高度平方是正比關(guān)系。也就是說，建筑高度符合標(biāo)準(zhǔn)要求，豎向荷載就為定值，水平荷載會(huì)隨結(jié)構(gòu)動(dòng)力逐漸發(fā)生變化。

（2）建筑高度與其側(cè)移有著密切聯(lián)系，高層建筑使得結(jié)構(gòu)側(cè)移成為其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。此外，建筑高度的增加使得各種創(chuàng)新建筑結(jié)構(gòu)體系、形式涌現(xiàn)，在使用一段時(shí)間后，側(cè)移范圍明顯擴(kuò)大[2]。因此，在設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，需要考慮其抗推剛度。

（3）在實(shí)際施工時(shí)，降低高層建筑自重是十分必要的，建筑重量與地震效應(yīng)是正比關(guān)系，因此，降低自重有利于增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的性能，對(duì)地震剪力的承載力也會(huì)縮小，地震傾覆力會(huì)降低。

（4）在設(shè)計(jì)平面不規(guī)則高層建筑結(jié)構(gòu)的時(shí)候，如果設(shè)計(jì)方式適用性不強(qiáng)，這種建筑的實(shí)用性就不高，必須要確保這種高層建筑的設(shè)計(jì)符合實(shí)際需求，根據(jù)具體的場地和環(huán)境要求設(shè)計(jì)整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)，選用適當(dāng)材料[3]。

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

3.1 工程概況

某建筑物的建筑面積是10.5×104m2，高度為99.3m，平面尺寸為119m×62m，總共30層，地上28層，地下2層。其中，1～5層是商場，6層是花園，7層是結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層，上部是塔，下部是大底盤，其余為公寓。

3.2 建筑結(jié)構(gòu)情況

按照相關(guān)規(guī)范可得：該項(xiàng)目平面寬度與突出長度比是0.62，大于基本風(fēng)壓0.35，是平面不規(guī)則建筑。該建筑高度在90.7m，為高層建筑。該建筑樓層發(fā)生位移，為扭轉(zhuǎn)規(guī)則。因此，該建筑屬于不規(guī)則建筑，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有較大難度，可以使用多軟件、多模型對(duì)比法進(jìn)行分析設(shè)計(jì)[4]。

3.3 結(jié)構(gòu)方案

該建筑在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使，就防震縫的設(shè)置與否展開了對(duì)比分析，如表1所示。通過分析得到，在轉(zhuǎn)換層之上分縫能夠可以使位移比改善，但是其結(jié)構(gòu)剛度有所降低，這是由于分縫使得右單元無筒體，而且Y向?qū)挾刃?，墻體位移，Y向平移剛度不夠，盡管周期可以滿足要求，但是位移比不符合標(biāo)準(zhǔn)。因此，該建筑無須設(shè)計(jì)分縫結(jié)構(gòu)[5]。

表1 防震縫設(shè)置對(duì)比分析（位移比左右代表XY向值）

3.4 結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

（1）計(jì)算該建筑整體結(jié)構(gòu)時(shí)，使用的是ETABS和SATWE兩種模型進(jìn)行計(jì)算，分析結(jié)果如表2所示。從表中可得，兩種模型計(jì)算結(jié)果相近，說明了在地震作用下，建筑結(jié)構(gòu)彈性受力能力比較好。該建筑Y向地震位移比大于X向，X向邊長比大于Y向。因此，需要縮短軸7的墻體，降低位移比。

表2 彈力分析的結(jié)果

（2）計(jì)算轉(zhuǎn)換層剛度比，該建筑利用上述兩種模型計(jì)算得出了轉(zhuǎn)換層剛度比，轉(zhuǎn)換層剛度及上層剛度60%比，兩種計(jì)算結(jié)果有較大差異，但基本在1～1.05之間，滿足規(guī)范，就表示轉(zhuǎn)換層并沒有顯著突變現(xiàn)象。

（3）分析轉(zhuǎn)換層應(yīng)力，該建筑采用ETABS分析轉(zhuǎn)換層的樓板應(yīng)力，X向反向譜情況下，計(jì)算樓板殼單元最大正應(yīng)力為0.41、0.05，剪應(yīng)力為0.25，都低于樓板混凝土的抗拉強(qiáng)度。地震系數(shù)若為2.95，也不會(huì)超過其抗拉強(qiáng)度。Y向計(jì)算得到，轉(zhuǎn)換樓層的樓板能夠傳輸水平方向的剪力。

3.5 彈性動(dòng)力時(shí)程分析

該建筑屬于平面不規(guī)則類型的建筑，按照要求，需要分析器彈性動(dòng)力時(shí)程，本文是在安全評(píng)價(jià)報(bào)告基礎(chǔ)上選擇的場地進(jìn)行分析，根據(jù)計(jì)算效率，基于單向地震，比較地震剪力、最大層間位移角結(jié)果。

圖1 結(jié)構(gòu)彈性時(shí)程分析樓層剪力、最大層間位移角結(jié)果

圖2 結(jié)構(gòu)彈性時(shí)程分析樓層剪力、最大層間位移角結(jié)果

3.6 建筑結(jié)構(gòu)抗震方法

根據(jù)分析結(jié)果，平面不規(guī)則高層建筑提出了以下幾個(gè)抗震方法。

（1）提高建筑結(jié)構(gòu)的延展性，框支柱軸亞比控制在0.56左右，剪力墻底部軸亞比控制在0.48左右。

（2）將轉(zhuǎn)換層及上層樓板的厚度增加，其厚度控制在210mm、125mm，配筋在13mm@145mm和12mm@210mm。將裙房頂板厚度增加，其厚度控制在165mm，配筋在10mm@220mm。

（3）在建筑物的墻體底部夠造型鋼，提高底層的剛度，降低變形率。

4 結(jié)束語

綜上所述，平面不規(guī)則高層建筑已經(jīng)成為當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容，在設(shè)計(jì)這種建筑的時(shí)候，需要在規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上判別其不規(guī)則性，確定建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)重難點(diǎn)，尤其是計(jì)算分析位移比、結(jié)構(gòu)平牛周期比以及剪重比等參數(shù)。同時(shí)，通過一些措施使高層建筑的承載力、剛度等提高，進(jìn)而降低不規(guī)則扭轉(zhuǎn)導(dǎo)致的建筑問題，確保高層建筑整體結(jié)構(gòu)的安全可靠。未來在設(shè)計(jì)平面不規(guī)則高層建筑結(jié)構(gòu)的時(shí)候，需要從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)急哦阿杜進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)，并推動(dòng)這類建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作落實(shí)到位，進(jìn)而使其處于持續(xù)發(fā)展的狀態(tài)中。