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        大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計研究*

        2021-09-26 09:22:40王彩雪
        城市建筑空間 2021年8期
        關(guān)鍵詞:算量抗力時變

        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。

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