王彩雪

（西安歐亞學(xué)院，陜西 西安 710065）

0 引言

大跨連體超限高層建筑作為連體建筑中的一種，在設(shè)計過程中具有很高的難度系數(shù)。主要體現(xiàn)在，由于大跨連體超限高層建筑的結(jié)構(gòu)高度存在差異，很難獲取較明顯的剛度結(jié)構(gòu)特征，導(dǎo)致大跨連體超限高層建筑的抗震性難以達到預(yù)期目標(biāo)[1]。不僅如此，基于大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)存在扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，其安全等級也很難達標(biāo)。為保證大跨連體超限高層建筑的穩(wěn)定性，有很多學(xué)者研究大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，但大多主要針對大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)的連接部分展開設(shè)計，未考慮大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)抗力時變的特點，導(dǎo)致設(shè)計出的大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)存在基底承載力不足的現(xiàn)象，符合具體施工要求，進而無法廣泛應(yīng)用在大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中。為彌補傳統(tǒng)大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的不足，本文提出大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計研究，致力于從根本上提高大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)的基底承載力，確保大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

1 大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1 建立大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)抗力時變模型

在大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)結(jié)合混凝土材料在空氣作用下引發(fā)的結(jié)構(gòu)承載力變化，充分考慮大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)的時變性能[2]。因此，根據(jù)混凝土的碳化引發(fā)結(jié)構(gòu)退化，將大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)退化分為3個階段：第1階段，混凝土結(jié)構(gòu)強度為0.5～1.0MPa；第2階段，混凝土結(jié)構(gòu)強度為1.0～1.5MPa；第3階段，混凝土結(jié)構(gòu)強度為0.5～1.0MPa。由此可見，混凝土結(jié)構(gòu)強度時變呈現(xiàn)拋物線的趨勢，在第2階段混凝土強度結(jié)構(gòu)達到最高值；第1階段與第3階段混凝土強度結(jié)構(gòu)基本一致。與此同時，當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)隨著時間的轉(zhuǎn)移而發(fā)生碳化反應(yīng)時，大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)中的鋼筋也逐漸銹蝕，當(dāng)達到一定程度后，混凝土表層將開裂并脫落，最終混凝土保護層結(jié)構(gòu)整體失效，鋼筋繼續(xù)銹蝕。結(jié)合上述理論分析，建立大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)抗力時變模型，通過計算方程式的方式表示大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)抗力時變過程。設(shè)大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)抗力時變模型表達式為p，可得公式。

式中，δ（t）為鋼筋混凝土及結(jié)構(gòu)的銹蝕深度；δcr指的是混凝土開裂時間。

通過式（1），明確大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)抗力時變，為大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)算量提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1.2 大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)算量

設(shè)大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)算量的表達式為Q：

式中，A為大跨連體超限高層建筑中任意一個節(jié)點的參數(shù)點坐標(biāo)；n為大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)信息；Xn為大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)信息下的特征參數(shù)；i為大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)組成個數(shù)，為實數(shù)；Xi為第i個組成部分下的權(quán)重系數(shù)；B為大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)信息集合。

采用上述計算公式，可得出大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)算量，并以MySQL為統(tǒng)一格式優(yōu)化融合大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)信息資源[3-4]。與此同時，通過結(jié)構(gòu)抗力時變模型統(tǒng)一大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)信息中的參數(shù)屬性，將大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)算量信息屬性與結(jié)構(gòu)抗力時變模型相關(guān)聯(lián)。此過程可以通過方程式進行表示，設(shè)關(guān)聯(lián)計算表達式為V，則：

式中，W為大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)參數(shù)；P為大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)抗力時變模型權(quán)重。

通過式（3）將大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)算量信息參數(shù)屬性與抗力時變模型相關(guān)聯(lián)，在大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)匯集與信息展示的基礎(chǔ)上，強化各部分之間的互聯(lián)共享。

1.3 大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性目標(biāo)

根據(jù)大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中對抗震的要求，并結(jié)合上述大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)算量，設(shè)計大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性。為防止在后續(xù)施工和使用階段，地震時出現(xiàn)建筑晃動、沉降，甚至坍塌問題，根據(jù)褥墊的設(shè)計方案可實現(xiàn)對其抗震效果的處理。將褥墊結(jié)構(gòu)設(shè)計在建筑的地下地帶以及持力位置，當(dāng)?shù)卣鹨l(fā)建筑晃動或沉降時，建筑地基結(jié)構(gòu)保護地帶上會附加較大的壓力，從而防止大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)中的地板結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開裂，進而抑制二次振動或沉降問題的發(fā)生?？紤]到大跨連體超限高層建筑大多存在地下室結(jié)構(gòu)，因此，針對建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計，還應(yīng)考慮發(fā)生地震時地下水的運動情況。當(dāng)大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)所處地區(qū)處于降水豐富時期時，地下水位呈快速上漲趨勢。而此時，需在地下室地板設(shè)置防水結(jié)構(gòu)。通常情況下，地下室建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且基槽地膜結(jié)構(gòu)的形狀不一。因此，在對其外部輪廓進行設(shè)計時應(yīng)盡可能簡潔，從而有利于后續(xù)建筑防水的順利進行，通過良好的防水結(jié)構(gòu)還可進一步提高大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性。

1.4 完成大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計

在達到大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性目標(biāo)的基礎(chǔ)上，為進一步提高建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，還可以通過增加鋼筋保護層的厚度，實現(xiàn)對大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的提升。在設(shè)計大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)時，應(yīng)當(dāng)選用構(gòu)件表面碳化或氯離子等侵入的鋼筋結(jié)構(gòu)。根據(jù)混凝土在實際建筑中的暴露情況，設(shè)定混凝土的保護層厚度。為保證大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，對于一般大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件而言，混凝土強度應(yīng)為C25～C30，并且其保護層厚度在35mm以上；對于靠近地下水位置或保護在海上的建筑構(gòu)件，其混凝土保護層厚度應(yīng)在60mm以上；對于周圍鋪設(shè)公路或橋梁護欄的建筑構(gòu)件結(jié)構(gòu)，其混凝土保護層厚度應(yīng)不小于56mm；對于室內(nèi)的混凝土梁、柱、筋等構(gòu)件結(jié)構(gòu)，其混凝土保護層厚度應(yīng)為35.5mm，至此完成大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計。

2 實例分析

2.1 試驗準(zhǔn)備

通過構(gòu)建實例分析，采用雙塔連體結(jié)構(gòu)，其主樓高32層，其裙樓30層且設(shè)有2層地下室，建筑總面積為5 000m2。使用本文方法設(shè)計大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)，通過Weapectl 1.2.1軟件測試大跨連體超限高層建筑基底承載力，記為試驗組；再使用傳統(tǒng)方法設(shè)計大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)，通過Weapectl1.2.1軟件測試大跨連體超限高層建筑基底承載力，記為對照組。為保證Weapectl1.2.1軟件的測試精度，分別進行6次測試，記錄試驗結(jié)果。

2.2 試驗結(jié)果分析與結(jié)論

整理試驗結(jié)果如表1所示。

表1 大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)基底承載力對比

通過表1可得出：本文設(shè)計的大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)基底承載力明顯高于對照組，具有更高的穩(wěn)定性，具有現(xiàn)實推廣價值。

3 結(jié)語

本文分析大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中需要重點關(guān)注的問題。在后期大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，必須嚴(yán)格遵守本文設(shè)計的大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，在確保大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的同時，最大限度提高大跨連體超限高層建筑的安全性，進而延長大跨連體超限高層建筑的使用壽命。但本研究仍存在不足，在今后的研究中還需深入研究大跨連體超限高層建筑的優(yōu)化設(shè)計，為提高大跨連體超限高層建筑的綜合性能提供技術(shù)支持。