復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的分析與探討

陳浩澤
（新疆民用建筑設(shè)計院有限公司,，烏魯木齊 830054）

【摘 要】當(dāng)前,，隨著我國經(jīng)濟及工業(yè)化建設(shè)的快速發(fā)展，城市中土地資源越來越稀缺,，人們對高層建筑的要求也越來越綜合化和多樣化,。為了滿足人們對高層建筑的要求，設(shè)計人員在建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中不得不面對一些結(jié)構(gòu)形式不規(guī)則但對抗震性能及使用要求又比較嚴(yán)格的復(fù)雜高層建筑,。論文以某CBD辦公樓為例,，對復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中遇到的一些難點及問題進行分析與探討，為設(shè)計提供參考,。

【關(guān)鍵詞】復(fù)雜高層建筑,；結(jié)構(gòu)設(shè)計；抗震,；平面不規(guī)則

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2017.03.012

1 引言

近年來,，隨著我國現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)及機械化水平的不斷進步，我國的建筑行業(yè)取得了快速發(fā)展,，復(fù)雜高層建筑逐漸增多,，并成為現(xiàn)代高層建筑的重要發(fā)展方向。高層建筑的復(fù)雜性主要體現(xiàn)在平面不規(guī)則,、豎向不規(guī)則等方面,，復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)主要分為：(1)帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)；(2)帶加強層高層建筑結(jié)構(gòu),；(3)錯層結(jié)構(gòu),；(4)連體結(jié)構(gòu)；(5)豎向體形收進,、大懸挑結(jié)構(gòu),。為了確保復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)的安全性與經(jīng)濟性，設(shè)計人員必須制定出合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案,。本文以某CBD辦公樓為例,，對豎向體形收進復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中遇到的一些難點及問題進行分析與探討，為其設(shè)計提供參考,。

2 工程概況及工程特點

本工程位于烏魯木齊市水磨溝區(qū),。本工程地下1層，地上20層,，地下1層為大底盤車庫,，頂覆土為1.2m，層高5.6m,。地上1～5層為裙房商業(yè),，1層層高為6.0m，2～5層層高為5.0m,，主樓5～20層為辦公層,，層高3.5m，建筑主體高度達到79.0m,，室內(nèi)外高差為0.6m,。為了實現(xiàn)建筑立面造型的需求，本工程地下車庫、裙房,、主樓之間,，1#～3#主樓相互之間均未設(shè)置結(jié)構(gòu)縫。其建筑平面示意圖及建筑側(cè)立面示意圖如圖1,、圖2所示,。

從圖1、圖2可以看出本工程的特點：(1)結(jié)構(gòu)平面布置l/b=1.48,、l/Bmax=0.6,，不滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第3.4.3條規(guī)定，屬平面不規(guī)則結(jié)構(gòu),。（2）結(jié)構(gòu)豎向布置H1/H=0.33且B1/B=0.66,，根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第3.5.5條及第10.6.1條規(guī)定，屬豎向布置不規(guī)則,。經(jīng)PKPM建模試算后發(fā)現(xiàn),本工程的周期比小于0.8,，位移比均小于1.2，故雖然屬于復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu),但依據(jù)<超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項審查技術(shù)要點>附錄1中表2判定,，只占2項（凹凸不規(guī)則及豎向尺寸突變）不規(guī)則,，不屬于超限高層，也無需上超限審查專家會,。

圖1 建筑平面示意圖

圖2 建筑側(cè)立面示意圖

3 建筑結(jié)構(gòu)的方案設(shè)計

3.1 明確結(jié)構(gòu)設(shè)計概念

結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計是指,，以工程概念為依據(jù)，不用計算,，用符合工程客觀規(guī)律的方法,，對建筑結(jié)構(gòu)做一個定性的分析。由于高層建筑結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,，發(fā)生地震時地震動的不確定性,，導(dǎo)致部分設(shè)計結(jié)果目前還無法定量計算出來，因此,，必須注重復(fù)雜高層建筑的結(jié)構(gòu)概念設(shè)計,。可以從以下幾方面考慮：（1）確保高層建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性與均勻性,；（2）選擇合理的結(jié)構(gòu)體系,，明確結(jié)構(gòu)豎向荷載和水平荷載的傳力途徑；（3）保證合理的結(jié)構(gòu)整體性及延性,；（4）確?？茖W(xué)的耗能機制，要有多道抗震防線,；（5）盡可能使空間整體受力,，其能夠在一定程度上提升結(jié)構(gòu)構(gòu)件材料的利用率,。

本工程結(jié)構(gòu)體系采用的是鋼筋混凝土框架剪力墻，框架及剪力墻的抗震等級均為1級,。由于建筑在5層頂板處豎向發(fā)生體形收進,，故根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第10.6.3條的規(guī)定，對主樓與裙房相連的外圍柱,、外圍墻從-1層頂至6層頂?shù)姆秶鷥?nèi),，提高縱向鋼筋的配筋率,，柱箍筋全高加密,，剪力墻設(shè)置約束邊緣構(gòu)件，柱,、墻的抗震等級提高至特1級,。以此增強豎向構(gòu)件的延性，保證主樓與裙房整體工作,。

3.2 復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)的技術(shù)特征

高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計具有較高的復(fù)雜性,，針對這一特點，必須首先采取相應(yīng)的技術(shù)處理措施,。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中,，要選擇合理的結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系，對剪力墻以及斜撐等側(cè)向剛度較大的結(jié)構(gòu)構(gòu)件,，在平面布置的確定過程中要考慮多方面因素,，對建筑物四角要加強設(shè)計，以提升其抗扭剛度,，避免出現(xiàn)結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng),。其次，要進行必要的抗震性能化設(shè)計,，對關(guān)鍵位置抗震性能設(shè)計目標(biāo)進行深入了解,，并在此基礎(chǔ)上對中震、大震的抗震性能進行驗證,。與此同時,，要對技術(shù)分析及研究工作給予高度重視，常見的有時程分析,、多種分析軟件的對比等,。為了降低樓面自重，可以選擇組合樓板,、空心樓蓋等樓蓋形式,。另外，關(guān)鍵樓層處及大洞口位置要給予相應(yīng)的樓板加厚處理,，或通過加強配筋,，使樓層的整體性能得到提升,。除此之外，為了提升高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能,，可以局部增設(shè)屈曲支撐,、采用型鋼混凝土墻、柱等,。

3.3 結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系的選擇

結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系的有效選擇是確保復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)安全性的重要條件,。在對結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系進行選擇時，需要考慮多方面因素,。結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系的能力要與建筑物的需求相一致,，根據(jù)以往復(fù)雜高層建筑的設(shè)計經(jīng)驗及不同高度建筑的具體實踐，常用的結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系為表1所示,。通常,，結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件盡可能采用組合、連接的模式,，打造成為混凝土筒體或組合墻體的形式,，提升整體性及安全性。多重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系下,，要準(zhǔn)確分析每一種抗側(cè)力的效用,，并對其貢獻度進行評價。同一種抗側(cè)力體系下,，則可以采用試算的方式,，探究該抗側(cè)力中構(gòu)件對抗側(cè)效力的影響，進而使材料的利用效率得到提升,。

表1 復(fù)雜高層建筑不同高度下常用的結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系

建筑物高度/m 常采用的結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系≤100 100～200 200～300 300～400 400～600框架-支撐,、框架-剪力墻、剪力墻剪力墻,、框架-核心筒框架-核心筒,、框架-核心筒-伸臂框架-核心筒-伸臂、筒中筒筒中筒-伸臂,、巨型框架/巨型桁架/巨型斜撐,、組合體

4 復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)的計算分析

4.1 計算采納數(shù)

本工程主體結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限為50a，基本風(fēng)壓Wo= 0.80kN/m（按100a重現(xiàn)期）,，地面粗糙類別為B類,，基本雪壓為So=0.90kN/m（按50a重現(xiàn)期），抗震設(shè)防烈度為8度,，設(shè)計基本地震加速度為0.20g,，場地類別為II類。

4.2 計算結(jié)果分析

本工程結(jié)構(gòu)計算軟件采用PKPM2010及YJKS分別計算并采用包絡(luò)配筋設(shè)計,，且采用彈性動力時程分析法進行多遇地震下的補充計算,。其計算的主要控制參數(shù)如下：（1）最小剪力系數(shù),。復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)X向最小剪力系數(shù)為2.10%，Y向則為1.81%,。（2）在規(guī)定水平力作用下的位移比,。受雙向地震作用以及偏心地震作用的影響，該工程最大彈性層間位移與樓層平均層間位移比為1.21（X向）,、1.19（Y向）,。（3）側(cè)向剛度比。結(jié)構(gòu)各層與其相鄰上一層側(cè)向剛度之比,，X,、Y雙向均小于0.7。以上均符合《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定,。地下車庫與地上1層X,、Y向側(cè)向剛度比為2.2,，故地下車庫頂板可以做為本工程的嵌固端進行設(shè)計,。

5 結(jié)語

近年來，我國高層建筑的規(guī)模與結(jié)構(gòu)體系的形式得到了前所未有的發(fā)展,，如今高層建筑更加追求結(jié)構(gòu)體系的安全性,、穩(wěn)定性，合理的結(jié)構(gòu)體系及準(zhǔn)確的抗震性能計算分析將成為復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要方向,。在對復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)進行設(shè)計的過程中,，要更加注重抗震概念設(shè)計，理論結(jié)合實際,，確保高層建筑的安全性與結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性,，加強科學(xué)的分析、計算,，為復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計提供有力支持,。

【參考文獻】

【1】常國強.探討復(fù)雜高層與超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點[J].科技與創(chuàng)新,2016,15(4):101.

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【5】GB 200111—2010建筑抗震設(shè)計規(guī)范（2016年版）[S].

Analysis and Discussion of a Complex High-riseBuildingStructureDesign

CHENHao-ze
(XinjiangCivilBuildingDesign InstituteCo.Ltd.,Urumqi 830054,China)

【Abstract】Atpresent,alongwithourcountryeconomyandtherapiddevelopmentofindustrialization,thescarcityoflandresources inthecitymoreandmoresignificant,theappealofhigh-risebuildingismoreandmorecomprehensiveanddiversified,inordertomeet the requirements of the high-rise building,in construction engineering structure design of our work,we have to face some irregular structureformforseismicperformanceanduserequirementsandhighercomplexhigh-risebuildings.BasedonaCBDofficebuilding asan example,thispaperforcomplex high-rise buildingstructure design ofsome ofthe difficultiesand problems in the analysisand discussion,provideareferenceforcomplexhigh-risebuildingstructuredesign.

【Keywords】complexhigh-risebuildings;structuredesign;earthquake;irregularplane

【中圖分類號】TU318

【文獻標(biāo)志碼】A

【文章編號】1007-9467（2017）03-0054-03

【收稿日期】2016-12-16

【作者簡介】陳浩澤（1984～）,，男,，新疆烏魯木齊人，工程師,，從事結(jié)構(gòu)工程設(shè)計與研究,。