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Abstract: to a tall building for, and to adapt the building structure system, structure and arrangement of the conceptual design is not absolute but reasonable structure design should be the only. Based on many years of work experience, and structure design of a high-rising structure is analyzed, in order to offer reference for the same.
Keywords: tall building; Structure design
中圖分類號:TU97 文獻標識碼:A 文章編號:
超高層的結構體系選擇與低層、多層的建筑相比,超高層建筑的結構設計顯得十分重要。不同的建筑結構體系選擇可以對建筑的樓層數目、平面布置、施工技術要求、各種管道的布置及投資多少等產生最為直接的影響。超高層的建筑結構設計主要具有以下幾個特點:
1 水平力是超高層建筑結構設計的主要因素。有研究證明,樓房的自重與樓面的載荷在豎向放人構件中所產生的彎矩與軸力大小僅僅是與樓房的高度一次方形成正比,但是水平載荷對與建筑所產生的傾覆力矩以及軸力的大小則是與樓房的高度二次方形成正比。因此在超高層的建筑設計中,水平力是設計主要因素。
2 軸向變形是不可忽視的。當樓層十分高時,由于樓房的自重而產生的軸向壓應力會導致樓房的中柱產生出較大軸向變形,會直接導致連續梁的中間支座處負彎矩值直接減小,從而導致跨中正彎矩值與端支座的負彎矩值增大。
3 側移做為控制指標。超高層的建筑結構側移隨著高度增加會迅速的增大(側移量和樓層之間高度四次方是正比關系),所以結構側移是超高層建筑結構設計的關鍵因素。
4 抗震設計的要求更高。超高層的建筑抗震設計必須要做到“三水準”要求,即“小震不壞,中震可修,大震不倒”。
二、工程概況
某大廈由一棟30層寫字樓、一棟2層商業附樓和4層地下室組成,總建筑面積90149m2,屋面結構高度18280m、停機坪結構高度19320m。
三、總體結構設計
1 結構選型
本工程采用鋼筋混凝土框架一核心筒結構,雖然其結構承載能力和抗變形能力比筒中筒結構差,但避免了結構豎向抗側力構件的轉換,滿足了建筑立面效果和使用要求。為解決建筑首層層高120m、結構高度超限及減小柱截面等問題,下部若干層采用鋼管混凝土組合柱,樓蓋采用現澆普通鋼筋混凝土梁板體系。
承載力和水平位移計算時,基本風壓均按重現期為100年的0.90kN/m3取值,(廣東省實施《高層建筑混凝土結構技術規程》JG13―2002補充規定DBJ/Tl5―46―2005尚未頒布)。由于結構側向位移不滿足限值要求,在第3O層利用建筑避難層,設置了鋼筋混凝土桁架的結構加強層,結構加強層是一把雙刃劍,雖然可提高結構抗側移剛度,也使得結構豎向剛度突變,所以結構加強層及相鄰層按《高規》要求進行了加強處理。
2 超限措施
本工程結構平面形狀規則、剛度和承載力分布均勻,豎向體型也規則和均勻、結構抗側力構件上下連續貫通(如圖1),除結構高度超過適用限值外,其它指標通過調整后均達到未超限。
圖1 結構布置平面圖
由于結構高度超限、而且首層層高12.0m,超限應對措施把首層及下部若干層的結構抗側力構件作為加強的重點:l~15層框架柱采用鋼管混凝土組合柱、1~2層核心筒剪力墻四角附加型鋼暗柱、首層抗震等級提高一級。鋼管混凝土柱有著卓越的承載能力和變形能力,但其防腐和防火材料不僅造價較高還有時效性,需考慮今后的維修保養,鋼管混凝土疊合柱及鋼管混凝土組合柱可彌補這方面的缺陷。核心筒剪力墻四角附加型鋼暗柱,以解決由于首層層高較大,使得剪力墻端部應力集中的問題,并提高剪力墻的承載能力和抗變形能力。
四、鋼管混凝土組合柱的梁柱節點
在工程中往往僅在框架柱中采用鋼管混凝土,而框架梁則采用普通鋼筋混凝土,鋼管混凝土柱和鋼筋混凝土梁的連接節點成為工程中難點之一。目前常用的連接節點有:鋼牛腿法、雙梁法、環梁法、鋼管開大洞后補強法及純鋼筋混凝土節點法等,本工程采用在鋼管上開穿鋼筋小孔的連接節點,為連接節點的設計提供多一種選擇。
1 鋼管開小孔的連接節點構造(如圖2)。鋼管上開穿鋼筋小孔的連
接節點做法要點如下:
圖2鋼筋穿鋼管立面圖
① 鋼管開小孔:小孔直徑D=鋼筋直徑+10mm,小孔水平間距:3×D,小孔垂直間距=2×D;
②鋼管水平加強環:梁頂面和梁底面各設置一道,環板寬度:鋼管混凝土柱時,取0.10倍鋼管直徑、鋼管混凝土疊合柱時,取65~100mm;環板厚度=0.5t且≥16mm(t為鋼管壁厚);
③鋼管豎向短加勁肋:緊貼水平加強環,肋寬=環板寬一15mm,肋厚=環厚,長度為200mm,布置在梁開孔部位的兩側和中間;
④梁鋼筋盡量采用直徑較大的HRB400級鋼筋,以減少鋼管開孔數量。在鋼管混凝土疊合柱時,部分梁鋼筋可以在鋼筋混凝土柱區域穿過。
2 鋼管開小孔連接節點的優點
①鋼管開小孔后對鋼管截面削弱不大,梁鋼筋穿過小孔后剩余的縫隙很小,鋼管對管芯混凝土的約束力基本沒減少,不影響鋼管混凝土柱的承載能力和變形能力;②梁鋼筋直接穿過鋼管后,梁可以可靠的傳遞內力,梁長范圍內的剛度保持不變,結構受力分析與實際相同。(鋼牛腿法和鋼管開大洞后補強法,在梁端范圍內有相當長度的型鋼,使得梁剛度急劇變化);③在設置水平加強環和豎向短加勁肋補強后,鋼管在節點區是連續的,節點的剛性不受影響,滿足“強節點弱構件”的要求;④ 現場施工較方便,即使圓弧形梁鋼筋也可順利穿過;⑤節點補強所用材料比鋼牛腿法和鋼管開大洞法減少很多,造價較低。
五、剪力墻平面外對梁端嵌固作用的分析
對于框架一核心筒結構,部分框架粱要支撐在剪力墻平面外方向,剪力墻平面外對梁端嵌固作用究竟如何,其研究文獻較少,設計標準和規范也沒有涉及。影響剪力墻平面外對梁端嵌固作用的主要因素:墻平面外對粱端嵌固作用的有效長度、墻線剛度與梁線剛度之比和墻在該層的軸壓力等等。目前常用的計算分析軟件雖然具有墻元平面外剛度分析功能,但未考慮墻平面外對梁端嵌固作用的有效長度,當遇到墻肢很長或筒體墻肢空間剛度很大情況時,計算分析軟件會高估了墻平面外對梁端的嵌固作用,使得梁端負彎矩計算值要大于實際值,本工程應對措施如下:
1 采用梁端增加水平腋方法,用以直接增加墻平面外對梁端嵌固作用有效長度;
2 采用增加墻邊框梁方法(如圖3),用以增加墻平面外對梁端嵌固的局部剛度。墻邊框梁截面寬度應不小于0.4倍梁縱筋錨固長度,墻邊框梁截面高度應大于樓面梁截面高度,為保證梁端剪力通過墻邊框梁均勻傳遞到墻上,墻邊框梁寬出墻厚處用斜角過渡;
3 為保證梁正截面設計更加符合實際受力情況,梁端計算彎矩可以采用“調幅再調幅”方法,即分析計算時設定梁端負彎矩調幅系數后,配筋時再局部手算調幅。“調幅再調幅”時,應考慮構件的剛度、內力重分布的充分性、裂縫的開展及變形滿足使用要求。
圖3墻邊框梁的設置
六、核心筒外墻的連梁設計
核心筒外墻的連粱縱筋計算超筋是非常普遍的情況,《高規》對連粱超筋有專門的處理措施,而且研究文獻也少,但計算模型的選取也是重要因素之就一。
《高規》規定,跨高比小于5時按連梁考慮,即連梁屬于深彎粱和深粱的范疇,其正截面承載力計算時,已不能按桿系考慮,也就是已不符合平截面假定,但許多分析軟件仍然把連梁按桿系計算,其計算偏差當然是很大了。
按“強墻弱梁”和“強剪弱彎”原則進行連梁設計時,雖然《高規》對連梁設計有具體要求,但這個“弱”要到什么程度,還是取決于設計者的理解和經驗。
本工程核心筒外墻的連梁按《高規》要求進行設計,除連梁均配置了交叉暗撐外,對非底部加強部位剪力墻的邊緣構件也進行了加強處理,以滿足“多道抗震防線’和“強墻弱梁”的要求。
1 超高層建筑與一般高層建筑結構設計的差異
1)從房屋高度上,超高層建筑的房屋高度在100m以上直至有幾百米甚至上千米的設想,而一般高層建筑的房屋高度則是在100m以下。
2)超高層建筑由于消防的要求,須設置避難層,以保證遇到火災時人員疏散的安全。由于機電設備使用的要求,還需要設置設備層。一般超高層建筑是兩者兼而使用,而對于更高的多功能使用的超高層建筑,它不只每15層設一個避難層兼設備層即可,還需要設有機電設備層。對于這些安放有設備的樓層設計除考慮實際的荷載之外,更需考慮設備的振動對相鄰樓層使用的影響。同時,這些樓層的結構設計,為提高結構的整體剛度,可用來設置結構加強層。這與一般高層建筑設計是不相同的。
3)超高層建筑的結構類型選擇上相對要廣,除鋼筋混凝土結構外,還有全鋼結構和混合結構。而一般高層建筑結構除了特殊條件需要者外,多為鋼筋混凝土結構。
4)超高層建筑的平面形狀多為方形或近似,對于矩形平面其長寬比也是在2以內,尤其抗震設防的高烈度地區更應采用規則對稱平面。否則,在地震作用時由于扭轉效應大,易受到損壞。而一般高層建筑平面形狀選擇余地要大。
5)超高層建筑的基礎形式除等厚板筏基和箱基外,由于平面為框架-核心筒或筒中筒,基本沒有一般高層建筑中所采用的梁板筏基。同時,由于基底壓力大要求地基承載力很高,除了基巖埋藏較淺可選擇天然地基外,一般均采用樁基。另外,超高層建筑基本不采用復合地基,而一般高層建筑則有采用。
6)房屋高度超過150m的超高層建筑結構應具有良好的使用條件,滿足風荷作用下舒適度要求,結構頂點最大加速度的控制滿足相關規定要求,而高層建筑設計不需要考慮。
2 超高層建筑結構的基礎設計
超高層建筑一般多設二層或更多層的地下室,其基礎的埋置深度均能滿足穩定要求。而對于基巖埋藏較淺無法建造多層地下室不能滿足埋置深度要求的,則可設置嵌巖錨桿來滿足穩定要求。其基礎形式應據場地的巖土工程地質條件,在滿足地基承載力的同時也滿足沉降變形設計的要求。一般當基底砌置在第四紀沖、洪積的黏性土層或海相沉積的土層時,其地基承載力不能滿足且地基剛度也不能滿足變形要求,因此,需采用樁基方案。而房屋高度在150m左右且房屋樓層約40層左右的超高層建筑,當基底砌置在第四紀厚度較大且密實的砂、卵石層時,一般承載力特征值和壓縮模量都很高,則可考慮采用天然地基方案。對于基底砌置在中風化或微風化的基巖上的情況,則無論房屋高度多大,均為天然地基方案。
1)天然地基基礎。上述兩種情況下的天然地基方案,其基礎形式是各不相同的。對于基底砌置在砂、卵石層的基礎,多是采用等厚板筏形基礎。但也有工程采用箱形基礎,主要利用作為消防水池,如155m高的北京國貿中心一期寫字樓工程。由于該工程有3層地下室只是最下1層是箱基,而其他1層、2層不是,故總稱為箱筏聯合基礎。等厚板筏基的板厚應具有較大的剛度,以使基底壓力均勻分布以及減小外框(筒)和內筒的沉降變形差異,通常設計的等厚板筏基的板厚取外框和內筒之間跨度的1/4左右。而對于基底砌置在中風化或微風化的基巖上,由于基巖承載力特征值很高,則外框柱可采用獨立基礎,內筒可采用條形基礎或等厚板筏形基礎。如某地區工程基底的中風化泥巖和中風化砂巖的承載力特征值分別為2650kPa和10380kPa,就可按上述的基礎形式進行設計。同時,由于中風化或微風化基巖剛度很大,荷載作用下沉降變形甚微,所以地下室底板厚可按構造設置或按巖石裂隙水的水浮力計算考慮。在基巖上的獨立柱基礎,一般為使施工開挖不破壞基巖的整體性,多采用人工挖孔樁的開挖方式施工。
2)樁基礎設計。超高層建筑的樁基礎,由于基底壓力大,要求的單樁豎向承載力較高,因此,均采用大直徑鉆孔灌注樁或有條件的工程場地采用大直徑人工挖孔擴底灌注樁。樁端持力層的選擇應考慮層厚較大和密實的砂、卵石層或中風化、微風化基巖,以減少樁端沉降變形。關于樁的布置總原則應集中布于柱下和墻下,但不同的樁型布樁的結果是各不相同的。如果設計采用的是端承樁或是摩擦端承樁,由于單樁豎向承載力特征值很高,所需樁數要少,則可布于柱下和墻下;如果設計采用的是端承摩擦樁或摩擦樁,由于單樁豎向承載力特征值相對要低,則往往整個基底承臺下需要滿布樁方能滿足設計承載力和變形控制的要求。上述兩種不同的布樁方式,其樁承臺板的厚度是各不相同的:布樁于柱下或墻下的承臺厚度一般由沖切確定,且地下室的底板厚度可小于外框和內筒承臺厚度,按構造或水浮力產生的底板內力計算要求確定;而對于滿布樁的承臺厚度應如同天然地基基礎中的等厚板筏基一樣,承臺板應具有較大的剛度以使基底承臺樁均勻受力,因此承臺板的厚度一般不是由沖切確定。這種滿布樁的等厚板承臺的內力計算,可根據樁的單樁豎向承載力的實際平均反力并按剛性方案的倒樓蓋計算,這樣是符合實際工程受力狀態的。
中圖分類號:TU97 文獻標識碼:A 文章編號:
我國復雜高層及超高層建筑不斷崛起,建筑企業為了提高自身企業在建筑市場中的競爭力,對復雜高層及超高層建筑結構設計也有了更高的要求。復雜高層及超高層建筑結構設計中包含了諸多設計方面及影響因素,在設計施工前要根據高層建筑規范要求及實際情況進行科學合理的設計分析,確保建筑結構設計施工的科學性合理性,從而提高復雜高層及超高層建筑的安全性能,促使建筑企業走向一個新的里程碑。
復雜高層及超高層建筑結構設計中的抗震設計分析
復雜高層及超高層建筑相對于普通建筑而言,具有一定的特殊性,復雜高層及超高層建筑結構較為繁雜,且具有一定的高度,若出現緊急情況或者是地震自然災害等不易救援,在這種情況下在復雜高層及超高層建筑中進行抗震設計就顯得尤為必要。評價一個復雜高層建筑或者是超高層建筑結構抗震設計是否合格,可以從以下兩方面進行分析:
1.抗震設計時要保證其為彈性狀態
復雜高層建筑及超高層建筑倘若出現地震自然災害由于其海拔過高必然會影響到周圍的建筑物,給城市帶來一定高的災害,對其進行抗震設計是防患于未然的一種措施,在抗震設計中保持其為彈性狀態,能夠降低地震對建筑物的損壞率。
抗震倒塌設計
在復雜高層建筑及超高層建筑結構抗震設計中,要對建筑所能承受的地震振動侵害的大小,對其最大地震振動進行計算分析,能夠在一定程度上降低地震災害的侵害程度。其次,對于地震結構設計中的延性構件進行合理設計,其非彈性變形的能力不得超過其本身的變形能力,而對于非延性構件,其承受地震自然災害的抗壓力應該大于其本身建筑所能承受的壓力,不論是復雜高層建筑結構設計還是超高層建筑結構設計,都要對其構件進行合理的控制,保持抵抗地震自然災害的彈性。
復雜高層及超高層建筑結構設計要點分析
復雜高層及超高層建筑在建筑施工中相比普通建筑而言,具有一定的難度,其工程量較大,樓層較高,所以在建筑結構設計中要遵循一定的施工要求,準確把握施工要點,這樣才能提高施工質量,保證復雜高層建筑及超高層建筑的安全性及穩定性,以下筆者根據諸多建筑企業進行復雜高層及超高層建筑結構設計施工中所總結的建筑結構設計要點:
重視建筑結構概念設計,著眼整體
復雜高層及超高層建筑其施工程序較為繁雜,在對其進行施工設計時,需要全面把握其結構概念,重視復雜高層及超高層建筑結構的概念設計,要做好復雜高層及超高層建筑結構概念設計,首先,應該從建筑的規則性及均勻性著手,在實際施工中要重視建筑施工中的對稱性,保證建筑整體的美觀;其次,結構設計中需要多個施工人員的配合,所以在建筑結構概念設計中要注重傳力途徑的建設,要保證施工中有一條清晰直接的通道實現傳力,在傳力途徑建設中主要從結構豎向傳力及抗側立傳力兩方面出發;再者,在建筑結構設計施工中,要把握好復雜高層及超高層建筑的整體性,它在一定意義上直接體現了建筑企業的施工水平,另外我國提倡節能減排,建筑企業要想適應這一形勢,在超高層建筑結構設計施工中就要融入節能減排的理念,在建筑物內部安裝節能設備。
合理選擇抗側力結構體系
抗側力結構設計是復雜高層及超高層建筑結構設計中的重要組成部分,良好的抗側力結構設計能夠提高復雜高層及超高層建筑的安全性能,為用戶提供良好的居住或辦公環境,因此在建筑結構設計施工中一定要合理選擇抗側力結構體系。選擇合理的抗側力結構需要了解建筑的實際高度進行科學的分析選擇,另外在整個結構設計中要盡量使抗側力結構體系中的各構件緊密連接在一起,保證其內部構件的整體性。結合建筑實際狀況對每種抗側力結構體系進行分析,了解其在建筑結構設計中所發揮的作用,根據復雜高層及超高層建筑的不同特點及當地的地理環境從而選擇正確的抗側力結構設計方法。
注重抗震設計各個環節的把握
抗震設計是復雜高層及超高層建筑結構設計的重中之重,它直接關系著建筑整體的安全性及穩定性,是確保建筑安全的重要環節,因此在復雜高層及超高層建筑結構設計中一定要嚴格把控抗震設計中的各個環節,提高抗震設計各個環節的合理性與科學性。在抗震設計中對抗震材料的選擇是十分重要的,它在一定程度上直接影響了抗震設計的抗震性能,選擇抗震材料要根據復雜高層或者是超高層建筑的特點進行購買,針對不同的高度選擇抗震性能等級不同的材料。在建筑結構抗震設計施工前,要擬定行之有效的設計方案,確定建筑結構的變形彈性,在抗震施工中對其變形彈性的把控需要符合地震預期要求,另外還需要合理控制地震作用下的層間位移,進行層位位移在一定程度上能夠降低地震給建筑帶來的侵害。
全面了解所要設計的建筑結構特點才能準確把握結構設計的要點,在抗震設計中要科學對建筑結構的變形及結構位移進行科學的研究分析,精確兩者之間的連帶關系,從而更好的進行抗震結構設計,提高復雜高層及超高層建筑的安全性能,延長復雜高層及超高層建筑的使用壽命。倘若該建筑處于地震災害的常發地區,應該進行多方面抗震設計,提高其抗震延性,增強復雜高層及超高層建筑的抗壓力,減少因地震災害而出現建筑倒塌事件的發生。
建筑結構抗震設計的質量及方法從一定意義上來講直接決定了其抗震能力及效果,在整個建筑結構抗震設計中,設計人員一定要按照高層抗震設計的相關規定,而后再結合超高層及復雜高層建筑所在的具置,周邊環境進行分析,從而制定出符合建筑結構施工要求的抗震設計方案,以便后期施工人員抗震結構設計施工的順利進行??拐鹪O計對復雜高層及超高層建筑結構設計具有重要的意義,良好的抗震性能能夠降低降低地震自然災害對建筑的侵害,確保建筑的安全,從而保證住戶的人身安全。
總結
復雜高層及超高層建筑與普通建筑相比,施工難度大,注意事項較多,所以要做好復雜高層及超高層建筑結構設計,要結合復雜高層建筑或者超高層建筑所在的地理位置及特點進行全方位的結構概念設計,制定科學合理的設計方案,從而保證設計人員順利進行結構設計施工建設,提高復雜高層及超高層建筑的結構設計水平,從而確保整個建筑的安全質量,為住戶或者辦公者提供良好的建筑環境。
參考文獻:
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結構設計并不是一項簡單的設計工作,其能效發揮與不確定因素的控制效果是相互關聯的,尤其是復雜高層的層高特點,會直接造成設計難度的進一步增加,因此這就需要從建筑需求入手,開展有針對性的設計工作,并將相應影響因素納入重點考量范疇中,一旦結構設計環節缺少對結構布置的合理性規劃,不僅后續建筑施工流程難以正常推進,建筑質量更會受到直接影響,而建筑結構缺少穩定性,也會導致其使用壽命不斷縮短,因此,這就需要不斷強化對復雜高層及超高層建筑結構設計的研究,充分掌握其設計要點。
一、復雜高層及超高層建筑結構設計要點
1.強化對概念設計的重視
在當今社會,設計可以說是建筑施工的靈魂,尤其是復雜高層及超高層建筑,結構設計的優化性也就顯得至關重要。目前,我國的設計師也將工作重心放在了高層結構設計上,在實際設計環節根據對設計項目的研究及總結,也逐漸形成了一定的規范化標準,其中最為主要的就是強化概念設計。首先,復雜高層及超高層由于層高較高,這就對結構的穩定性提出了更要的要求,在實際設計環節應當以此為關鍵點,在結構設計中不斷加強對結構受力的均勻性設計,使其更加符合應用的規范化標準。
其次,設計內容中應該涵蓋著對應力高效傳遞的優化研究項目,使其能夠在應用過程中實現力的快速分解及傳遞;第三,在結構設計環節,應當確保其標準內容能夠直接體現在結構整體上,實現對結構的完善性規劃整理;第四,當今社會的各個領域中都倡導應用綠色能源,減少浪費及污染問題,而這一理念也應當在結構設計中得以灌輸,只有這樣才能有效提升復雜高層及超高層建筑的環保性能;第五,在推進設計工作時應當在結合工程實際情況的基礎上,將建筑材料與結構進行有機結合,使二者能夠更加具有協調性,從而從根本上提高材料利用率,使其能夠在后續應用中承受高強度的結構荷載力??傮w來說,為了將以上幾點落實到設計主w中,需要建筑以及結構工程師的密切配合,在互相交流經驗及工程項目研討過程中,不斷對設計圖紙進行優化調整,使其更加具有參考價值。
2. 科學選擇結構抗側力體系
為了在復雜高層與超高層建筑結構設計中,能夠充分體現出安全性問題,我國相關設計師總結出,提高結構抗側力體系的科學性是基礎。選擇該體系的過程中,應當注重以下幾點:結構體系的合理選擇應當根據具體的建筑高度來確定,我國相關工作人員在近年來的工作中總結出了不同結構抗側力體系與不同高度建筑之間的關系。
例如,在建筑高度小于等于100m 的時候,該體系最佳組合為框架、框架剪力墻及剪力墻;當建筑物的高度在100~200m之間的時候,最佳體系為剪力墻和框架核心筒;當建筑物高度在200~300m之間時,該體系最佳組成為框架核心筒、框架核心筒伸臂;如果該建筑高度小于600m時,該結構抗側力體系的最佳構成應該為筒中筒伸臂、巨型框架、桁架、斜撐及組合體;在進行設計的過程中,應注重以上提及的相關結構抗側力構件能夠保持高度的連接,最好能夠形成一個統一的整體。
3. 高度重視建筑抗震設計
復雜高層與超高層建筑當中,其抗震設計應當在建筑功能充分發揮的基礎上進行確立,同時該環節也是確保建筑擁有較高安全性的重要部分??拐鸱桨冈诟邔咏ㄖ斨?,最重要的一點就是科學選擇建筑材料;實現有效減少地震過程中的能量增加。在這項工作當中,驗收承載力是使用建筑構件最主要的方式,并且應當有效控制地震情況下建筑結構的層間位移限值;在實際高層建筑的過程中,結構抗震手段的應用應當在位移的基礎上建立,并定量分析相關設計方案,促使地震發生時結構的變形彈性能夠對建筑產生一定程度的保護作用;精確分析地震發生時建筑構件會產生的變形及位移在建筑結構中的體現具有重要意義,這樣一來,能夠對構建變形值進行有效的確立;針對性設計應當體現在建筑構件的生產要求及建筑界面的應變分別當中,同時應當注重場地的堅固性,這也是有效降低地震發生時能量輸入的重要方式。
4. 堅持高程建筑結構設計經濟理念
復雜高程和超高層建筑是一項較大的項目,在結構設計和施工過程中,會面臨很多成本輸出問題。因此,在建筑結構設計過程中,應該堅持經濟型設計理念。對于結果設計方案,應該堅持優化處理,避免在建設過程中由于結構冗長而造成成本浪費的問題。
二、復雜高層與超高層建筑結構設計中確保計算和設計的準確性
1. 合理選擇分析軟件、合理計算結果
現階段,復雜高程與超高層建筑結構計算軟件的種類很多,側重點也有所不同,在結構設計過程中,設計人員首先應該明確不同的軟件的作用,然后根據實際需要合理選擇合適的計算軟件。與此同時,還應該對具體的設計計算結果進行科學分析,從力學理念和工程設計經驗方面進行合理判斷,確保計算結果的合理性和準確性。
2. 重視荷載與作用方面的考慮
對于復雜高層與超高層建筑的結構設計,由于高層建筑很容易受到風載荷的影響,因此在高層建筑,尤其是超高層建筑結構設計中,應該重點考慮風載荷的影響。例如,在某大樓設計過程中,不僅需要考慮相關設計規范,而且還進行了相關風洞試驗,從而提高建筑物的抗風載能力。在具體的試驗過程中,設計了一個以 1:500 為比例的模型在半徑為 600m 的風場環境中進行試驗,驗證建筑在不同風況下的受力情況。
現階段,對于地震災害的預測,在技術方面還有一定的限制,很難準確預定地震災害。有些發達國家對于地震的研究十分深入,但是依然無法準確預估地震發生的時間和地點。因此,在高層建筑設計過程中,應該加強抗地震力的設計。與此同時,還應該重點考慮建筑主樓、裙樓在地震力作用下的不同反應。
綜上所述,隨著科學技術水平的不斷提高,人們生活質量不斷上升,我國城市建設過程中復雜高層與超高層建筑增加,在對這類建筑進行設計的過程中,應當充分考慮到抗震設防烈度、結構方案及類型等因素。經過我國建筑行業近年來積累的經驗,總結出復雜高層與超高層建筑結構設計要點包括概念設計、結構抗側力體系及抗震設計等內容。新時期,我國建筑行業相關工作人員只有在實踐中不斷加強對這些方面的重視,才能夠促進我國建筑業不斷進步。
0、引言
隨著城市化進程的加快,高層和超高層建筑數量不斷增加,在滿足城市發展需要的同時,也在一定程度上對建筑結構的可靠性、安全性、持久性以及安全性提出了更高的要求。由于建筑結構直接關系到高層建筑的整體性能及使用功能,因此在設計過程中必須對之予以重視。在實際的設計過程中必須通過多種技術手段,從多個途徑突出混凝土建筑結構施工的整體效果。
1、復雜高層與超高層建筑結構設計的主要控制因素
建筑載荷的選取是建筑結構設計的首要工作,對于大多數高層建筑而言,可以根據建筑結構設計載荷規范中的相關要求予以確定。其次則需要對其他的建筑結構設計影響因素進行分析,確定對應的結構設計措施。
1.1 風載荷
對于復雜高層與超高層建筑結構的設計,由于其高層容易受到風載荷的影響,尤其是一些超高層建筑,其主要控制的因素就是風載荷。例如,臺北的101大樓設計過程中,不但參考了當地的相關設計規范,而且還委托加拿大相關設計公司進行了相關的風洞試驗,以提高該建筑的抗風載能力。在試驗過程中,設計了一個以1:500為比例的模型在半徑為600m的風場環境中進行試驗,驗證建筑在不同風況下的受力情況。
1.2 地震力
對于地震力的預測,當前的技術條件存在一定的限制,難以對之進行準確預算。即使對地震有深入研究的日本,以無法準確的預算地震的發生時間、地點。所以,高層建筑設計過程中尤其要注意抗地震力的設計。同時,還需要考慮建筑主樓、裙樓在地震力作用下的不同反應。
1.3 地基基礎
對于復雜高層建筑與超高層建筑,地基基礎發揮了十分重要的作用。在實際的施工過程中藥根據不同的地基形態采取穩定性強的地基結構。例如,對于深厚的軟地基,高層建筑地基必須選擇使用樁筏基礎或者樁箱基礎。同時,可以根據實際的地質情況采取對應的基礎措施:使用深度不大的年輕巖基,通過將現澆混凝土樁基深入巖層中的方式為建筑提供基礎支撐;對于深度較大的巖層,例如在地面100m以下,可以利用巖層上層常見的層狀沖積土,使用框格式的地下連續墻為建筑提供基礎支撐;對于地下基層條件較好的地層,可以采用筏形基礎即可。在地基設計過程中,應該根據不同的地質情況選擇對應的組合式基礎方案,最終確定一個技術經濟性最高的方案。
1.4 建筑功能使用需求
所有的建筑都是以滿足其使用功能需要而建設的,因此建筑結構設計必須以此條件為基礎,這是一個不能忽視的問題。在設計過程中,需要考慮到建筑的藝術性、使用功能需要以及經濟性等多個方面的要求。同時,在設計時還必須保證所設計的結構能夠在既有施工技術條件下實現,而且保證當前的建筑材料必須達到設計使用需求,這是建筑結構設計需要控制的一個重要因素。
3、復雜高層與超高層建筑結構設計策略
3.1 合理減小框架中的柱距與梁距
(1) 減小柱距
建筑框架是將梁、柱通過剛性連接的方式組合而成的剛性體系,整個結構體系的抗推剛度受梁、柱截面與數量的直接影響,通過減小柱距能夠有效的提高整個結構體系的剛度。
(2) 減小粱距
通過增加框架中梁的數量,不但可以減小框架在載荷作用下的總變形,而且還可以增加柱子在軸力作用下形成的力偶,使得其能夠更好的抵抗結構體系的總力矩。
3.2 充分發揮梁柱的組合效果
通過簡單的減小柱距、梁距,雖然能夠在一定程度上達到提高框架體系抗推剛度的目的,但是不能從根本上改善框架的整體效能。這時結合增加梁、柱數量的方式,不但能有效增加框架的整體抗推剛度,而且還能夠提高框架的抗風載荷能力。
3.3 采用彎一剪雙重結構體系
彎一剪雙重抗側力結構體系,就是指通過采用彎曲型與剪切型兩種不同變形性質的構件形成一個完整的結構體系。兩種不同類型的構建通過在各個不同樓板中聯系起來進行協同工作,明顯減小了整個建筑結構的頂點位移與下部各樓層的層間位移。
(1) 框一墻體系
在水平力的作用下,單獨的框架整體變形是典型的剪切變形,其上部層間側移相對較小,而下部的層間側移則較大。而單獨的剪力墻則是彎曲型變形,其層間側移為上部大、下部小。在采用框一剪雙重體系之后,可以將各樓層樓板聯系起來,使得框架與剪力墻能夠協同承受載荷,從而確保了框架與剪力墻變形的一致性,提高了結構的抗載荷能力了。
(2) 框一撐體系
合理設計的框架一支撐體系同樣可以收到與框一墻體系相當的效果,即最終達到減小結構頂點側移與最大層間位移的目的。
(3) 筒中筒體系
筒中筒體系的構建原理與上述兩種結構體系類似,但是其起到的結構增強效果更好。
3.4 合理設置剛臂
對于建筑平面是方形布置的高樓,當采用芯筒一框架體系時,因為大部分的側向力是由芯筒來承擔的,這使得整棟建筑的側移曲線基本上是由芯筒的變形直接控制的。在水平載荷的作用下,芯筒以彎曲變形為主。同時,由于芯筒的平面尺寸還受到建筑的豎向服務性設施面積影響,直接造成了芯筒的高度與寬度比值較大的問題。為了達到減小建筑結構側移的目的,可以在高層建筑中每相隔十來層布置一個設備層,在其中添加桁架,形成剛臂。這樣將能夠使得芯筒與的框架柱連接為一體,使得結構的外柱也可以參與到結構的整體抗彎體系中,有效的一直了芯筒各個水平截面,尤其是頂部截面的傾斜,有效減少了建筑各個島層建筑結構的側向位移。
結語
復雜高層與超高層建筑設計過程中,結構設計是影響綜合性極強的工作,尤其是在滿足建筑使用功能需求的同時,還要滿足高層建筑的建設環境需要,通過全盤考慮的方式采取嚴格的設計措施和設計途徑,基于建筑混凝土整體結構設計的多項要求,提高建筑結構的整體穩定性。除此之外,還必須重視施工過程中的材料選擇控制,例如鋼筋的合理配置等。另外,還必須考慮施工現場的運輸條件以及養護作業技術水平等,確保施工條件能夠有效的支撐起建筑的結構設計體系,使得建筑結構體系達到對應的要求。
前 言
目前,隨著我國社會和科學技術的不斷發展,超高層建筑越來越受到人們的關注,并且超高層建筑在我國城市建設中的地位也不斷備受重視。由于超高層建筑是一個復雜和系統化的過工程,超高層建筑的結構設計不僅要具有一定的安全性,還應該保證超高層設計的結構設計的科學性和合理性。因此,建筑施工單位應該注重超高層建筑結構設計中的一些關鍵性問題,從而提高超高層建筑施工的質量。
1 高層建筑結構的特點
超高層建筑結構的設計不僅要保證超高層建筑能夠承受水平方向的荷載,還應該保證超高層建筑能夠承受垂直方向的荷載。在實際進行超高層建筑結構設計時,外界因素產生的水平方向的荷載是超高層建筑結構設計應該主要考慮的因素。隨著我國城市超高層建筑的不斷增加,因此,超高層建筑的結構會直接影響超高層建筑的舒適性。但是,超高層建筑的結構不僅能夠影響住房的舒適性,還能影響超高層建筑的質量。因此,在進行超高層建筑的結構設計時,首先首先應該將超高層建筑的承載控制在一定的范圍內,所以,超高層建筑結構設計的核心就是對其抗壓力的設計。
2 超高層建筑結構體系的選擇
2.1 超高層結構體系分類
由于超高層建筑結構體系的不同,可以將超高層建筑結構的設計主要包括混凝土的設計、鋼結構與鋼組合結構的設計和鋼筋混凝土結構的設計等。目前,我國的超高層建筑大多都是采用的是鋼筋混凝土結構,鋼筋混凝土的結構主要包括框架結構、剪力墻結構和伸臂結構及懸掛結構等。
2.2 超高層建筑體系選用原則
在進行超高層建筑體系的選用時,應該按照合理、經濟和安全等原則選擇最為合適的超高層建筑體系。當然,超高層建筑體系的選擇還需要以建筑物的要求、建筑物的高度和建筑施工的環境等為依據。同時,超高層建筑的結構還應該具有較好的承受壓力的能力。
2.3 超高層的結構材料分析
目前,鋼筋混凝土料是超高層建筑建設過程中使用最廣的材料,當然,鋼筋混凝土材料的選用應該以超高層建筑結構的設計要求為依據,從而較好地發揮鋼筋混凝土材料的性能。由于鋼筋混凝土材料具有耐久性和結構剛度大、耐火性較好、維護費用低等優點,因而鋼筋混凝土材料被廣泛使用于建筑領域。但是,應該注意鋼筋混凝土的結構厚度問題,從而更加合理地選擇鋼筋混凝土的材質。
2.4 超高層結構體系選擇
超高層建筑物結構體系的選擇一般包括以下幾個方面:①框架結構體系??蚣芙Y構是指橫向和縱向的利用梁、柱等組成的結構,并且能承受水平和垂直方向荷載的建筑結構體系。由于單一的框架結構平面布置比較靈活,使得框架結構體系具有空間大的優點,因而被廣泛使用于超高層建筑中。②剪力墻結構體系。剪力墻結構是指利用高層建筑物的橫向和縱向墻壁承載水平和垂直方向荷載的結構。由于建筑物的剪力墻大多都是以鋼筋混凝土的材質,因而剪力墻結構對于提高超高層建筑的抗震性能十分有利。③框架-剪力墻結構??蚣?剪力墻是指選取了框架結構和剪力墻兩者的優點,使得超高層建筑的結構不僅能夠滿足建筑結構布局靈活的優點,還能使超高層建筑結構具有較好的抗測力能力。當然,由于剪力墻太少,就會增大建筑物側墻的壓力而使得其出現變形等問題;而剪力墻增多,就會影響高層建筑的經濟性,還會影響超高層建筑的使用性能。
3 高層建筑結構設計的問題分析及對策
3.1 扭轉問題
超高層建筑結構設計的核心是剛度的中心、幾何形心和結構重心,然而,超高層建筑物結構的扭轉問題主要就是在進行結構設計時,沒有將超高層建筑物剛度的中心、幾何形心和結構重心進行重合,使得超高層建筑在水平壓力下出現扭轉的現象。為了更好地解決超高層建筑物結構設計中出現的扭轉問題,結構設計人員在進行超高層建筑物的結構設計時,應該選用合理的平面布局圖,從而保證超高層建筑物的三個核心能夠重合。
3.2 受力性能的問題
對于超高層建筑物的結構設計方案,建筑師在最初進行結構設計時,一般很少考慮超高層建筑的具體結構特征,而過多考慮的是超高層建筑物的空間結構,從而使得超高層建筑物結構設計的受力性能存在一定的問題。因此,在進行超高層建筑物的結構設計時,應該明確所選擇結構體系中向下作用力和地基承載力之間的關系。同時,在進行超高層建筑物結構設計方案選擇階段時,還需要對超高層建筑的主要承重部位的布局和數量進行總體設計。
3.3 超高的問題
明確,超高層建筑都存在超高承重的問題,由于我國對超高層建筑的抗震能力具有相關的要求,使得我國超高層建筑物的結構高度也具有嚴格的規定。因此,在進行超高層建筑物的結構設計的過程中,建筑設計人員會由于結構類型的更換而忽略超高層建筑物存在的超過問題,從而導致結構施工圖不能通過審核。因此,需要對超高層建筑物的結構設計方案重新進行設計和審核,以解決超高層建筑物結構設計中的超高問題。
3.4 嵌固端的設置問題
現在,我國很多超高層建筑物結構設計都會配置兩層以上地下室,使得超高層建筑物的嵌固端一般都設置在地下室頂板的位置。對于嵌固端的設置問題,高層建筑物結構設計師一般會忽略這類問題帶來的后期影響。從而使得在進行超高層建筑物的施工過程中,會由于嵌固端的設置問題而經常進行設計方案的修改,進而給超高層建筑物埋下了安全隱患。
4 基礎設計
基礎設計是超高層建筑物結構設計的一個最為重要的設計,同時基礎設計對超高層建筑物結構整體設計具有非常重大的影響。因此,超高層建筑結構基礎設計時,應該保證超高層建筑的埋置深度必須滿足基地變形和穩定的相關要求,從而減少超高層建筑物出現傾斜等問題。對于樁基的采用,其埋置的深度也應該按照相關的設計要求進行,使得超高層建筑一般都適合設置地下室結構。由于人工挖孔樁具有承載能力大和施工工藝簡單等優點,目前在貴州市的超高層建筑施工中被廣泛采用。在基礎設計前,應該提前在超高泥巖承載力不高層建筑物的附近設置地下連續墻作為擋土支護,同時,針對超高層建筑施工場地的問題,基礎設計時超高層建筑的樓層中心范圍應該采用深埋的方法,使得超高層建筑物的中筒和相鄰的墻體直伸到基礎內,至于一些外墻等結構應該采用人工挖孔樁。超高層建筑物的基礎平面圖如圖1所示。
5 總 結
總而言之,超高層建筑的結構設計是一個全面和系統化的工作,它對超高層建筑物的建設具有非常重大的意義。隨著我國超高層建筑的不斷發展,超高層建筑結構設計的要求也越來越高,因而需要高層建筑結構設計師不斷提高自己的專業水平,總結實際設計的經驗,以解決超高層建筑物結構設計中的關鍵性問題,從而促進我國超高層建筑行業的良好發展。
參考文獻
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[2]卓瑜,林新陽.淺談超高層建筑結構設計的若干問題[J].廣東土木與建筑,2012(3):31~32.
中圖分類號:TU318文獻標識碼: A 文章編號:
引言
超高層建筑的建造,其所以如此之快,除了有的城市為了有一個高大的形象建筑之外,主要還是超高層建筑能在有效面積的土地上,得以發揮最大的使用效益。也盡管建造超高層需要的費用比一般高層建筑高出很多,但在我國的城市建設中,隨著日益快速發展的需要,為土地使用率的提高,必然會使超高層建筑以更快的速度發展。
一、超高層建筑設計的特點
1、超高層建筑由于消防的要求,須設置避難層,以保證遇到火災時人員疏散的安全。由于機電設備使用的要求,還需要設置設備層。一般超高層建筑是兩者兼而使用,而對于更高的多功能使用的超高層建筑,它不只每15層設一個避難層兼設備層即可,還需要設有機電設備層。對于這些安放有設備的樓層設計除考慮實際的荷載之外,更需考慮設備的振動對相鄰樓層使用的影響。
2、超高層建筑的平面形狀多為方形或近似,對于矩形平面其長寬比也是在2以內,尤其抗震設防的高烈度地區更應采用規則對稱平面。否則,在地震作用時由于扭轉效應大,易受到損壞。
3、超高層建筑的基礎形式除等厚板筏基和箱基外,由于平面為框架-核心筒或筒中筒,基本沒有一般高層建筑中所采用的梁板筏基。同時,由于基底壓力大要求地基承載力很高,除了基巖埋藏較淺可選擇天然地基外,一般均采用樁基。
4、房屋高度超過150m的超高層建筑結構應具有良好的使用條件,滿足風荷作用下舒適度要求,結構頂點最大加速度的控制滿足相關規定要求。
二、超高層建筑結構設計要點
1、平面設計
從地基承載力或樁基承載力考慮,如果在同樣地基或樁基的情況下,減輕房屋自重意味著不增加基礎造價和處理措施,可以多建層數,這在軟弱土層有突出的經濟效益。地震效應與建筑的重量成正比,減輕房屋自重是提高結構抗震能力的有效辦法。高層建筑重量大了,不僅作用于結構上的地震剪力大,還由于重心高地震作用傾覆力矩大,對豎向構件產生很大的附加軸力,從而造成附加彎矩更大。
在滿足地下室車庫層和底層架空或者底層商鋪的前提下,遵循對稱、均勻、周邊、拐角的原則,在結構周邊、拐角和核心筒等部位對落地剪力墻進行較合理布置,主體結構抗震等級為三級(低于140m)和二級(高于140m)。對結構薄弱部位如樓電梯周圍,內庭院周圍均設置了120mm厚樓板,采用雙層雙向拉通鋼筋予以加強;對少量肢長受到限制的短肢剪力墻(墻肢長度∶墻厚
2、基礎設計
超高層建筑一般多設二層或更多層的地下室,其基礎的埋置深度均能滿足穩定要求。而對于基巖埋藏較淺無法建造多層地下室不能滿足埋置深度要求的,則可設置嵌巖錨桿來滿足穩定要求。
(1)天然地基基礎。對于基底砌置在砂、卵石層的建筑,多是采用等厚板筏形基礎。但也有工程采用箱形基礎。
(2)樁基基礎的設計。超高層建筑的樁基礎,由于基底壓力大,要求的單樁豎向承載力較高,因此,均采用大直徑鉆孔灌注樁或有條件的工程場地采用大直徑人工挖孔擴底灌注樁。樁端持力層的選擇應考慮層厚較大和密實的砂、卵石層或中風化、微風化基巖,以減少樁端沉降變形。
3、核心筒外墻的連梁設計
核心筒外墻的連梁縱筋計算超筋是非常普遍的情況,《高規》對連梁超筋有專門的處理措施,而且研究文獻也不少,但計算模型的選取也是重要因素之一。《高規》規定,跨高比小于5時按連梁考慮,即連梁屬于深彎梁和深梁的范疇,其正截面承載力計算時,已不能按桿系考慮,也就是已不符合平截假定,但許多分析軟件仍然把連梁按桿系計算,其計算偏差當然是很大了。按“強墻弱梁”和“強剪弱彎”原則進行連梁設計時,雖然《高規》對連梁設計有具體要求,但這個“弱”要到什么程度,還是取決于設計者的理解和經驗。本工程核心筒外墻的連梁按《高規》要求進行設計,除連梁均配置了交叉暗撐外,對非底部加強部位剪力墻的邊緣構件也進行了加強處理,以滿足“多道抗震防線”和“強墻弱梁”的要求。
4、轉換層設計
高層建筑應保證大空間的需求的房間具有足夠的剛度,從而防止轉換層沿豎向的剛度變化過大,應建立嚴格的轉換層上部和下部結構的側向剛度比例。高層建筑的轉換層抗震的結構設計中,轉換層結構的側向剛度不小于上一層結構側向高度的百分之七十,并且根據高層建筑的指數設計的規范要求??刂妻D換層結構的下部與上部的等效側向剛度比宜接近于1。同時還應保證一定比例剪刀墻的落地,加大落地厚度,從而提高剪刀墻混凝土的強度等級,減小洞口的尺寸,從而盡量使縱橫墻形成筒體。整體結構的分析過程,應對轉換層的薄弱部位的樓板平面的變形對建筑結構受力的印象程度。并通過剪刀墻的布置方式的調整,從而使相應的結構與剛性相接近,避免了扭轉,實現平面布置的規范。合理地加強框支剪力墻轉換層以下豎向構件的配筋率,按相關規定確保整體穩定和結構抗傾覆;同時,使用現澆鋼筋混凝土樓板來達到增強結構整體性的目的。保證核心筒內部樓板厚為150mm,并且是雙層雙向的配筋以及相關圍護材料為新型輕質材料,從而有利于減小地震反應,減輕建筑自身重量。
5、電梯設計
超高層建筑內主要豎向交通由多部高速電梯承擔著人的豎向動線運動。由于甲級辦公樓行業規定,電梯等候時間和電梯的運輸能力(5分鐘內運送人員占總人數的比例:HC5)是另一個重要指標,對其產生直接影響的是電梯的速度、數量和載客人數。另外,電梯的數量和大小又直接影響著建筑面積的大小。
此外,超高層內按照《高層民用建筑設計防火規范》規定,還需布置消防電梯,電梯數量按照標準層單層面積決定。除了客運、消防關系著電梯的設計外,整棟建筑中的所有貨運流線,也需通過建筑的豎向交通解決。因此,超高層建筑肩負著整棟建筑的客運流線、貨運流線、消防疏散三個重要的方面。
三、新技術的推廣和應用
為執行國家建筑技術經濟政策,積極推廣建設部推廣的建筑十大新技術,根據本工程的實際情況,在保證工程總造價不超出投資限額的情況下積極推廣使用建筑新技術和新材料。
1、使用高強度鋼筋。采用高強度鋼筋,充分利用鋼筋的抗拉性能,減少鋼筋用量,減小構件配筋率,節約工程造價,總體經濟效益明顯。
2、豎向鋼筋接駁采用埋弧對焊或機械連接,可保證鋼筋的連接接頭的質量。
3、采用高強和高性能混凝土。下部樓層柱及剪力墻混凝土強度等級采用C55;地下室底板、外側墻及后澆帶采用微膨脹抗滲混凝土,以增加混凝土的抗裂性能,取得較好的防水效果。
4、砌體采用新型輕質墻砌體材料,減輕結構自重,減少地震作用,降低基礎造價。
結語
超高層建筑自身特點大大增加了超高層建筑的不穩定因素,因此,不能將超高層建筑視為普通建筑的拉伸和重疊,以免影響到建筑的使用效果。在實際設計過程當中,要根據超高層建筑的特點開展相應施工環節的加強,減少安全隱患,確保超高層建筑整體質量,確保我國建筑行業的健康發展。
參考文獻
【1】秦榮.高層與超高層建筑結構[M].北京:科學出版社,2012.
1工程概況
“歐華中心”位于蘇州工業園中央區星都街與蘇華路交叉口東南角地塊,地處金雞湖與中央公園東西向景觀主軸南側。南臨相門塘,西依星都街,北接城市地鐵主干道蘇華路。項目定位為蘇州新城中央區商務中心。該項目建成后將使工業園中心區得到國際化提升,成為蘇州國際都市化的標志性建筑之一。
“歐華中心”項目用地面積8491.65m2,總建筑面積約95600㎡,其中地下三層建筑面積19100㎡,地上建筑面積76500㎡。
地上建筑由1棟超高層建筑和4層裙樓組成。(見圖1)
圖1 總平面圖
1.1建筑設計
“歐華中心”地面三十六層,地下三層。
地下一~二層除北側設置少量商業用房外,主要為設備及機動車、非機動車庫。地下三層為機動車庫。
地面裙房一~四層為商業用房;商務主樓六~二十層為辦公用房;二十二~三十六層為酒店及公寓式酒店。五、二十一層為避難層。
商務主樓平面為長方形。核心于中部,電梯根據樓層的不同分區收分。核心體中部在酒店區域形成通高中庭,提供住店客人明亮及新奇的內部環境。
1.2造型設計
建筑造型現代、簡潔。
主樓在進深方向上分解為三部分,通過實、虛、實的組合使樓體形體感增強,同時建筑元素以豎向線條為母題,使樓體感覺更為挺拔。裙房延續了主樓的豎向線條,與主樓在建筑語匯上統一。
2結構設計
2.1上部結構設計
主樓為綜合樓,第1層商業為商業部分層高5.7m,第2~4層為商業部分層高為5m,第5層避難(設備)層層高4.8m,第6~20層為辦公區層高為3.9m,第21層避難(設備)層層高4.8m,第22~35層為酒店部分層高為3.3m,第36層層高4.5m,頂層高度4.5m?;A埋置深度大于建筑高度的1/18,結構體系為鋼管混凝土混合框架——鋼骨混凝土核心筒結構??紤]到核心筒中電梯井周圍設置剪力墻,核心筒寬度約10米,約為總高度的1/15,滿足規范要求,裙房以上高寬比約為3.5,結構的幾個重要控制值均在規范允許的范圍內,平面不規則及超長處設置后澆帶分開,使得結構平面簡單、規則,剛度和承載力分布均勻;豎向體型均勻,屬A級高度鋼筋混凝土超高層結構。
2.2地下室結構設計
地下室體量大,平面剛度又相差懸殊,結合建筑的功能在主樓與裙房間設置施工后澆帶,可有效減少結構的不均勻沉降和平面尺寸過大而產生的溫度裂縫,又避免了設置沉降(溫度)縫后建筑構造復雜使用面積減少等不足。在地下室部分構件混凝土中摻加混凝土微膨脹劑,減少混凝土的收縮和徐變,以減少溫度應力及結構裂縫的產生。地下室抗滲強度等級P8,防水等級為二級。
2.3地基基礎設計
核心筒下擬采用樁筏基礎,其余采用柱下、剪力墻下樁基獨立承臺,電梯井下局部厚筏承臺的結構體系。使上部荷載與樁基形成自平衡體系,在滿足豎向承載力的同時也能較好地控制變形。各承臺之間用連系梁連接,地下室底板采用剛性防水板,在地下停車位較大的空間處增加梁,減小板的撓度。所有連梁的剛度和板的厚度通過局部承載和地下水浮力計算確定。
2.4結構分析
結構分析程序:整體計算采用中國建筑科學研究院 PKPM系列軟件(2008年5月版),對于超高層建筑結構同時用中國建筑科學研究院PMSAP進行復核,鋼結構節點設計采用同濟大學MTS建筑鋼結構設計系統。
2.5主要結構材料
填充墻砌體采用新型輕質墻體材料,其強度不低于Mu3.0,砌筑砂漿不低于M5.0,混凝土強度等級豎向構件C55~C30,樓板C40~C30,鋼筋采用HPB235(Ⅰ級)與HRB400(Ⅲ級),鋼材采用Q345B、C與Q235B。
3關鍵技術與側重點分析
3.1關鍵技術問題與特殊技術
3.1.1對超高層建筑,對比分析計算、全面衡量,采用了新型的結構形式:鋼管混凝土混合框架——鋼骨混凝土核心筒的混合結構;
3.1.2三層地下室,共12.8m,基礎埋置深度大于總建筑高度的1/18,基底深度大,加強抗浮計算與措施,溫度和沉降后澆帶的設置。
3.1.3地下室抗浮措施主要為抗浮計算合理確定底板厚度和設置抗拔樁。
3.1.4施工特殊要求以及其它需要說明的問題。
a)三層地下室基坑支護,合理的施工組織設計,基坑地下水排水,地下室跨雨季施工措施,地下室施工后澆帶,防水處理等等方面應注意滿足規范及設計要求;
b)超高層混合結構的施工,施工難度大,工種及穿插配合較多,核心筒與鋼框架變形差的控制;
c)合理設置施工堆載和控制施工荷載。
3.2側重點分析
該項目有三個側重點:
3.2.1本工程建筑體量較大,建筑抗震設防類別為重點設防類(乙類),據《建筑工程抗震設防分類標準》,應按高于本地區抗震設防烈度一度的要求加強其抗震措施(即按抗震設防烈度為7度的要求加強其抗震措施),根據規范要求,應采用彈性時程分析法進行多遇地震下的補充計算。
3.2.2筒體尺寸較小,整個建筑結構剛度較小,周期較大,從建筑功能上考慮,可以在21層避難層做一個加強層,可以使結構周期大大減小,但是增加加強層之后,加強層下面一層同加強層的側向剛度比值略小于0.4,形成一個薄弱層,豎向布置超限,需要做超限分析,最終考慮取消加強層。
3.2.3樁位布置
主樓面積較小,筒體下及主樓其他柱下樁取不同長度,均采取后注漿,減小筒體下筏板面積,減小筏板配筋;有三層地下室,考慮水浮力對樁基的有利影響;裙房抗拔短樁布置在基礎梁下,作為基礎梁計算模型的有利集中力,并控制基礎梁的撓度,同時減小基礎梁配筋量。
4新技術的推廣和應用
為執行國家建筑技術經濟政策,積極推廣建設部推廣的建筑十大新技術,根據本工程的實際情況,在保證工程總造價不超出投資限額的情況下積極推廣使用建筑新技術和新材料,本工程采用以下新技術新材料:
4.1使用高強度鋼筋。樓層梁采用HRB400鋼和HRB335鋼。采用高強度鋼筋,充分利用鋼筋的抗拉性能,減少鋼筋用量,減小構件配筋率,節約工程造價,總體經濟效益明顯。
4.2豎向鋼筋接駁采用埋弧對焊或機械連接,可保證鋼筋的連接接頭的質量。
4.3采用高強和高性能混凝土。下部樓層柱及剪力墻混凝土強度等級采用C55;地下室底板、外側墻及后澆帶采用微膨脹抗滲混凝土,以增加混凝土的抗裂性能,取得較好的防水效果。
4.4砌體采用新型輕質墻砌體材料,減輕結構自重,減少地震作用,降低基礎造價。
5結束語
總而言之,對于超高層建筑物來說,合理安全的結構設計是最基本的要求。為保證復雜高層建筑結構的安全性及經濟性,在結構設計時應注重以下幾個方面:首先重視概念設計,確定合理的結構方案,采取有針對性的技術措施;第二,應保證結構分析計算準確性和設計指標的合理性;第三,重視中震和大震下的結構安全性能;第四,關注舒適度及施工過程的影響及可實施性。
參考文獻:
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《鋼骨混凝土結構技術規程》YB 9082-2006
《高層建筑鋼—混凝土混合結構設計規程》CECS 230:2008
1超高層及復雜高層建筑結構設計的要求
(1)科學分析構造。在設計超高層及復雜高層建筑結構過程中,設計人員需要對建筑的整體構造進行合理設計,嚴格遵循實用性與穩定性的原則,對結構設計細節加以高度重視,加固設計部分應力符合集中的部位。同時設計人員需要綜合分析外界的環境因素,如風向風力、溫度變化等,以免建筑物出現形變和側移等問題,確保構造的穩定性[1]。此外,設計人員需要準確把握建筑材料的性能,尤其是材料的形變能力和延展性,以便因材料質量問題而影響建筑構造的使用性能。(2)優選結構方案。結構方案的選擇是超高層及復雜高層建筑建設的前提與基礎,因此設計人員需要以工程實際情況為依據,科學確定結構方案,在確保結構安全穩定的基礎上,協調好建筑成本投入及結構優化之間的關系。同時構建系統科學的評價方案,在評價體系中納入相關的評價標準,如自然因素、施工工藝、工程材料和設計要求等,然后分析和對比超高層及復雜高層建筑的結構設計方案,優選出最佳方案,保證工程的有序實施。(3)完善計算簡圖。在結構設計環節,計算簡圖的目的就是為方案的選擇提供數據支撐,達到結構精細化分析的目的。由于計算簡圖的完善與否直接關系到結構設計的科學合理,因此在實際工作中,設計人員應體現出計算簡圖的全面性與直觀性特征,對結構簡圖的繪制誤差進行科學控制,以便獲得關鍵性的內容,真實準確反映出工程的結構信息,便于工程的順利開展。
2超高層及復雜高層建筑結構設計的要點
超高層及復雜高層建筑結構設計的要點具體表現為以下幾方面:(1)注重概念設計。在超高層及復雜高層建筑的結構設計中,需要高度注重概念設計,適當提高結構的均勻性、完整性、規則性,保證結構抗側力與豎向的傳力路徑相對直接與清晰;同時在設計中適當融合節能和環保的理念,構建切實可行的耗能機制,關注材料與結構的利用率,保證結構受力的完整性。(2)加強抗震設計。抗震設計保證超高層及復雜高層建筑安全性的前提與基礎,要想做好抗震設計應做好如下幾點:①關注抗震結構設計的方法和質量。由于地震作用方向的隨機性強,對地震荷載進行準確計算后,需要從構件與結構等方面出發,科學選用抗側力結構體系,使剛心與形心相重合,提高結構安全性能[2]。②認真考慮抗震設防烈度??拐鹪O防烈度是建筑結構設計的重要內容,在烈度設計中應以建筑物最大承受強度大小為主,以此增強建筑物的安全性與經濟性,有效減少建設誤差,保證人們的生命財產安全。③科學選擇建材??拐鹪O計材料應具備材質均勻、高強輕質等特點,并且構件連接應有良好的延性、連續性、整體性,這樣才能有效消耗地震的能力,降低地震反應,減少因地震造成的損失。④加強構件強度。為了增強超高層及復雜高層建筑結構的抗變形能力和抗震性能,可以選擇強度較大的結構,如鋼結構、型鋼混凝土結構、混凝土結構等。(3)合理選擇結構抗側力體系。要想保證建筑的安全性,必須要對結構抗側力體系進行科學選擇,但是在選擇過程中需要注意幾點:①在實際設計環節,應該高度重視相關結構抗側力構件的聯系,使其形成統一和完整的整體。②如果建筑結構中涉及諸多抗側力結構體系,則需要對其進行認真分析,科學評判其貢獻程度,對其效用進行詳細考察[3]。③從建筑物實際高度出發,對所學的結構體系進行確定,如建筑物高度不超過100m,框架剪力墻、框架、剪力墻為最佳體系構成;高度保持在100~200m的范圍內,剪力墻和框架核心筒為最佳體系構成;蓋度在200~300m的范圍內,框架核心筒和和框架核心筒伸臂為最佳體系構成;高度低于600m時,銜架、斜撐、組合體、筒中筒伸臂、巨型框架為最佳體系構成。
3結束語
在超高層及復雜高層建筑結構設計過程中,需要對其設計要點進行準確掌握,從施工過程、抗震設防烈度和結構方案等方面處罰,做到科學分析構造、優選結構方案、完善計算簡圖,并加強抗震設計,注重概念設計,合理選擇結構抗側力體系。這樣才能提高材料的利用率,保證建筑結構的穩固性和安全性,增強建筑的整體質量和使用性能,達到良好的設計效果。
參考文獻
[1]吳榮德,李國方.復雜高層與超高層建筑結構設計要點探析[J].住宅與房地產,2015,28:40.
一、高層建筑超限設計分析的主體因素
(一)基于性能的抗震設計能否滿足抗震性能目標
小震作用一般采用規范規定的振型分解反應譜法或者彈性動力時程法對結構進行計算分析,中震一般采用彈性計算并采用結構構件的屈服判斷分析法進行判斷控制,大震采用靜力彈塑性的Pushover推覆分析及動力彈塑性分析分別進行計算,以判斷結構是否達到“小震不壞、中震可修、大震不倒”各階段相應的抗震目標。
(二)考慮可能的風載作用控制并驗算風作用下舒適度
雖然風荷載作用并不屬于抗震超限審查的必須項目,但基于高層超限結構工程的經驗來看,由于高度較大的超高層周期較大,往往由風而不是地震起控制作用,故根據建筑結構周期的特點建議對超限設計分析時,加入風載的分析內容。具體分析指標時要分析其它一些受相鄰超高層建筑物風擾影響的超高層建筑的風洞試驗的結果,如根據超限結構工程可能會發生橫風作用大于順風而起控制的情況,應結合工程超限結構及體型特點,預估即使由橫向風作用控制,比對應方向順風作用的增大值會不會超出,在超限計算中,應對兩個方向的風壓值分別乘以1.3的放大系數進行相應的位移和強度計算,以此來考慮可能起控制的橫向風作用和最佳舒適度。
(三)根據高層超限結構構件和剛度需求分析溫差效應
由于高層豎向構件筒體、柱截面和剛度較大,不可避免要對現澆混凝土樓蓋梁板沿水平方向的溫差變形產生較大的約束,從而各自產生相應的約束內力,稱為水平溫差效應。實際設計中主要考慮由樓屋蓋中面在施工和使用時與混凝土終凝時溫度的差值對結構所引起的附加內力。
(四)針對超限分析要考慮混凝土徐變收縮對結構的影響
徐變收縮是混凝土固有的特性,鋼結構則不存在徐變收縮問題,混凝土隨著作用在其上的壓應力時間持續,將持續發生變形-徐變變形。一般來看。超限高層建筑由于豎向構件高度大,其徐變變形累計大,并通常伴隨著收縮變形同時發生,這樣兩種變形的疊加,將使整個超高層建筑豎向構件后期非荷載直接引起的塑性變形達到一個量級,會接近甚至超過荷載直接引起的彈性變形而不容忽視,可能會對部分結構構件和非結構構件造成較大的不利影響,因此實踐工程設計時要對混凝土徐變收縮的影響進行量化分析,評估其不利影響的程度,以判斷是否需采取相應對策,以為建筑結構和非結構構件提供可靠的質量保證。
二、高層結構超限設計中主體問題的解決措施
采用基于性能的抗震設計方法,對結構是否達到小、中、大三個階段的抗震性能目標進行量化分析判斷,在考慮豎向荷載、風和小震的作用時,采用規范方法進行計算和設計,構件基本不超筋,則可基本保證結構構件處于彈性階段,實現小震作用時結構“處于彈性,結構完好、無損傷”的第一階段抗震性能水準。
對中震作用,采用彈性計算,選用中震的地震反應譜曲線,計算中荷載及材料的分項系數、抗震承載力調整系數均取1.0,不考慮地震作用的內力放大調整,并取材料的強度為標準值,當這時構件的地震作用組合效應不大于按強度標準值計算的抗震承載力,則可判斷構件為中震不屈服。
豎向構件及與外框柱及內筒剪力墻面內相交的主要框架梁均不出現屈服,梁均不出現受剪屈服,在小震及屈服判別地震作用1時,所有梁不出現受彎屈服;在判別地震作用2及中震時,核心筒連梁僅出現程度較輕的屈服(主要表現為面筋配筋率略>2.5%),可判斷為輕微的損傷;另,右側的邊框架梁在中震下也出現輕微屈服,經將梁寬度適當加大后,即可滿足該梁中震不屈服。實際設計時,將按小震和中震兩者的較大值對構件進行配筋,這樣則能實現中震作用下結構“重要構件不屈服,其它構件部分允許受彎屈服,可修復使用”的第二階段抗震性能水準。
對大震作用,則可以采用相應軟件對結構進行靜力彈塑性分析(Pushover)及用接口程序BEPTA進行模型的前處理和準備工作后通過分析軟件對結構進行動力彈塑性分析。按彈塑性程序計算所反映的塑性發展程度來對構件以至整個結構進行相應的性能評價。
針對高層超限建筑結構特點,對工程進行超限設計時,除超限審查本身所要求的抗震方面的內容外,還應對風載作用、溫差效應、混凝土徐變收縮的影響、解決鋼管柱與混凝土內筒間豎向壓縮變形差對框架梁產生過大附加內力的對應措施等進行分析,雖然這些因素并非抗震超限審查的必須內容,但確都屬于高層超限結構能否真正實施所必須分析和解決的問題。
三、總結
當進行采用軟件在施工模擬進行分析中,應綜合考慮在施工階段由主體結構去承受后加的恒載、活載、風載及地震等作用,計算中同時考慮混凝土與鋼管混凝土徐變收縮的等影響的諸多因素,才能確保滿足高層超限結構設計的要求。
參考文獻:
中圖分類號: TU2 文獻標識碼: A 文章編號:
隨著我國社會經濟建設的快速發展,城市化進程不斷加快,城鎮人口日益增加,致使城市住房建設用地較為緊張,超高層住宅建筑的建設也日益增加。目前,超高層住宅建筑內部結構設計方面的變化愈加明顯,許多新興的結構設計方案逐漸被超高層住宅建筑工程所采用。同時住宅建筑結構類型與使用功能越來越復雜,結構體系日趨多樣化,對住宅建筑結構設計工作的要求也不斷提高。在超高層建筑建設過程中,部分建筑的結構設計環節并不是十分合理,加上工程設計人員容易出現一些概念性的錯誤,給建筑的質量安全和使用帶來了一定的安全隱患。因此,如何提高超高層住宅建筑結構設計水平,就成為了工程設計人員面臨的一項難題。
1 工程概況
某高層住宅建筑面積為29000.4m2,地下1層,地上43層,大屋面高度138.02m。本工程結構體系采用現澆鋼筋混凝土剪力墻結構,120m<高度<150m,屬于B級高度建筑,樓蓋為現澆鋼筋砼梁板體系。
建筑抗震設防類別為標準設防類(丙類),結構安全等級為二級,設計使用年限為50年。所在地區的抗震設防烈度為7度,設計基本地震加速度為0.10g,設計地震分組為第二組,場地類別為Ⅲ類,場地特征周期為0.55s,地震影響系數最大值采用0.08,上部結構阻尼比0.05。建筑類別調整后用于抗震驗算的烈度為7度,用于確定抗震等級的烈度為7度,剪力墻抗震等級為一級。
2 基礎設計
本工程的基礎設計等級為甲級,主樓基礎采用沖鉆孔灌注樁,樁身混凝土強度等級為C35,樁直徑為1100mm,單樁豎向承載力特征值為8000kN;樁端持力層中風化凝灰巖(11)層,樁身全斷面進入持力層≥1100mm,樁長約50m。樁基全面施工前應進行試打樁及靜載試驗工作,以確定樁基施工的控制條件和樁豎向抗壓承載力特征值。
承臺按抗沖切、剪切計算厚度為2700mm,承臺面標高為-5.200,基礎埋置深度為7.7m(從室外地面起算)。
3 上部結構設計
3.1 超限情況的認定
參照建設部建質[2006]220號《超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點》附錄一“超限高層建筑工程主要范圍的參照簡表”,結合本工程實際逐條判別,將存在超限的情況匯總如下。
(1)附表一,房屋高度方面
設防烈度為7度,剪力墻結構,總高度138.05m>[120m],超限。
(2)同時具有附表二所列三項及三項以上不規則的高層建筑(因篇幅所限,本文不再詳細列出)。
第一項.扭轉不規則:考慮偶然偏心的扭轉位移比>1.2但<1.3,雖然本條超限,但僅此一項。所以本工程不屬于附表二所列的超限高層。
(3)具有附表三某一項不規則的高層建筑工程。根據SATWE計算結果分析、判別,本工程亦不屬于表三所列的超限高層。
綜上所述,本工程只屬于高度超限的超高層建筑。
3.2 上部結構計算分析及結構設計
本工程為剪力墻結構,120m<高度<150m,屬于B級高度建筑,按《高層建筑混凝土結構技術規程》(JGJ3-2002)(以下簡稱高規)5.1.13條規定:
(1)應采用至少兩個不同力學模型的三維空間分析軟件進行整體內力位移計算。
(2)應采用彈性時程分析法進行整體補充計算。
根據《高規》要求,本工程采用的時程分析計算程序為PKPM系列的SATWE軟件,并采用PMSAP軟件進行對比分析。
本工程屬于純剪結構,作為抗側力構件的剪力墻,選用正確的結構分析程序尤為重要。SATWE對剪力墻采用墻元模型來分析其受力狀態,這種模型的計算精度比薄壁柱單元高,所以我省大多數工程的結構計算都選用SATWE程序。實際上就有限元理論目前的發展水平來看,用殼元來模擬剪力墻的受力狀態是比較切合實際的,因為殼元和剪力墻一樣,既有平面內剛度,又有平面外剛度。實際工程中的剪力墻幾何尺寸、洞口大小及其空間位置等都有較大的隨意性。為了降低剪力墻的幾何描述和殼元單元劃分的難度,SATWE借鑒了SAP84的墻元概念,在四節點等參平面殼元的基礎上,采用靜力凝聚原理構造了一種通用墻元,減少了部分剪力墻因墻元細分而增加的內部自由度和數據處理量,雖然提高了分析效率,卻影響了剪力墻的分析精度。此外,從理論上講,如果對樓板采用平面板元或殼元來模擬其真實的受力狀態和剛度,對結構整體計算分析比較精確,但是這樣處理會增加許多計算工作。在實際工程結構分析中,多采用“樓板平面內無限剛”假定,以達到減少自由度,簡化結構分析的目的,這對于某些工程可能導致較大的計算誤差。SATWE對于樓板采用了以下幾種假定:(1)樓板平面內無限剛;(2)樓板分塊平面內無限剛;(3)樓板分塊平面內無限剛,并帶有彈性連接板;(4)樓板為彈性連接板。對彈性樓板實際上是以PMCAD前處理數據中的一個房間的樓板作為一個超單元,內部自由度被凝聚了,計算結果具有一定的近似性,某種程度上影響了分析精度。根據高規要求,本工程應采用兩個不同力學模型的三維空間分析軟件進行整體內力位移計算,由于PMSAP對剪力墻和樓板都采用了比較精確的有限元分析,單元模型更接近結構的真實受力狀態,雖然數據處理量大大增加,但其分析精度卻比SATWE高。用PMSAP軟件對SATWE程序的計算結果進行分析、校核,是比較可信的。
SATWE和PMSAP兩個程序均采用彈性時程分析法進行多遇地震下的補充計算,彈性時程分析法計算結果作為振型分解反應譜法的補充。
程分析主要結果匯總如下:
表1 結構模態信息
表2 地震荷載(反應譜法)和風荷載下計算得到的結構最大響應
多遇地震時彈性時程分析所取的地面運動加速度時程的最大值為35cm/s2。針對報告中提供的實際強震記錄和人工模擬的加速度時程曲線,根據08版抗震規范要求,本工程選擇了兩條天然波和一條人工波。這三條波的時程曲線計算所得結構底部剪力均大于振型分解反應譜法計算結果的65%,且三條時程曲線計算所得結構底部剪力的平均值亦大于振型分解反應譜法(以下簡稱CQC)計算結果的80%。由此可見本工程選擇的地震波是滿足規范及設計要求的。
SATWE和PMSAP時程分析的樓層剪力曲線如(圖1、圖2)所示。
圖1 SATWE時程分析樓層剪力圖
圖2 PMSAP時程分析樓層剪力圖
比較上圖振型分解反應譜法(CQC)計算的樓層剪力曲線圖,在大部分樓層基本能包絡時程分析曲線,僅電算34層以上CQC法計算樓層剪力略小于時程分析的結果。由此可見振型分解反應譜法用于本工程的抗震分析是安全可靠的。設計中仍以振型分解反應譜法計算結果為主,并將34層以上部分指定為薄弱層,該部分樓層地震剪力予以放大。這一方案也得到了本工程超限高層審查與會專家的認可。
比較PMSAP和SATWE計算出的基底剪力非常接近,其余參數如周期、結構的總質量、地震荷載和風荷載下計算得到的結構最大響應位移、地震下的剪重比等都比較接近,說明用這兩個程序做計算分析是可以互相校核的。
3 抗震性能設計
本工程綜合考慮設防烈度,場地條件,房屋高度,不規則的部位和程度等因素,本工程只屬于高度超限的超高層建筑,且高度只超過A級而未超過B級,故將本工程預期抗震性能目標定位在“D”級,即為小震下滿足性能水準1的要求,中震滿足性能水準4的要求,大震下滿足性能水準5的要求。
普通的高層結構抗震設計基于小振彈性設計,對于本超高層結構作為主要承重構件的剪力墻,尤其是底部加強區需要提高其抗震承載能力。根據抗震概念設計“強柱弱梁、強剪弱彎”的要求,剪力墻也需要有更高的抗震安全儲備,所以本工程剪力墻底部加強區采用中震設計。具體措施如下:
(1)根據安評報告中震設計的地震影響系數最大值采用0.23,不考慮與抗震等級有關的內力增大系數(即剪力墻抗震等級定為四級),不計入風荷載的組合效應。
(2)抗剪驗算按中震彈性設計,考慮重力荷載與地震作用組合的分項系數,材料強度取設計值,考慮抗震承載力調整系數。計算結果作為剪力墻底部加強區水平筋的配筋依據。
(3)抗彎驗算按中震不屈服設計,不考慮重力荷載與地震作用組合的分項系數,材料強度取標準值,不考慮抗震承載力調整系數。計算結果作為剪力墻底部加強區約束邊緣構件豎向鋼筋的配筋依據。
本工程通過對關鍵構件剪力墻底部加強區進行中震設計,即抗彎承載力按中震不屈服復核,抗剪承載力按中震彈性復核,結構能滿足性能水準1、4的要求,預估結構在大震作用下能滿足性能水準5的要求。各性能水準目標具體描述如下:
性能水準1:結構在遭受多遇地震后完好,無損傷,一般不需修理即可繼續使用,人們不會因結構損傷造成傷害,可安全出入和使用。
性能水準4:遭受設防烈度地震后結構的重要部位構件輕微損壞,出現輕微裂縫,其他部位普通構件及耗能構件發生中等損害。
性能水準5:結構在預估的罕遇地震下發生比較嚴重的損壞,耗能構件及部分普通構件損壞比較嚴重,關鍵構件中等損壞,有明顯裂縫,結構需要排險大修。
4 結論
通過工程實例分析超高層住宅建筑結構設計工作,可以得出以下幾點結論:①PMSAP和SATWE計算結果的比較表明了SATWE計算結果進行結構設計是基本可靠的;②采用合理的方法對部分樓層剪力進行了調整,能夠有效確保工程抗震分析安全、可靠;③對剪力墻底部加強區采用中震設計,能夠滿足住宅建筑的抗震需要。