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摘要:隨著高層建筑規(guī)模的擴(kuò)大,社會(huì)對(duì)高層建筑的要求越來越高。而為了提高平面不規(guī)則高層建筑的穩(wěn)定性,必須要重視高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作,做好建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析工作,提高設(shè)計(jì)方案價(jià)值,滿足科學(xué)的建設(shè)需求,延長平面不規(guī)則高層建筑使用壽命。因此,本文以平面不規(guī)則高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析作為研究對(duì)象,通過對(duì)該類建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)的闡述,進(jìn)而通過具體的實(shí)例分析展開系統(tǒng)研究。
關(guān)鍵詞:平面不規(guī)則;高層建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
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]。
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。(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。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,配筋在和。將裙房頂板厚度增加,其厚度控制在165mm,配筋在。(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。
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作者:胡昌德 單位:酒鋼集團(tuán)甘肅筑鼎建設(shè)有限責(zé)任公司