论述高层建筑钢筋混凝土结构设计及计算结果_论文发表__墨水学术,

所属栏目：建筑设计论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:107

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　　论述高层建筑钢筋混凝土结构设计及计算结果
　　陈家荣(贵州省六盘水市规划设计研究院贵州六盘水553001)
　　摘要：本文通过对某高层复杂建筑结构方案，并对该方案的计算模型、关键部位的设计和构造及内力进行了详细的论述。对于复杂的结构体系，结构的合理布置更重要。对于连体结构，尽量使连体结构各独立部分的体型、平面和刚度相近，能有效避免连体结构复杂的耦联振动，同时对此类结构的转换层及连体部位要采取相应的抗震措施。
　　关键词：建筑钢筋；计算结果；结构设计；混凝土结构
　　1工程简介
　　某建筑工程为商场办公为一体的高层建筑，地下两层为停车库及设备房，局部为人防地下室，地上建筑由A、B、C三栋多层塔楼及两层的商业裙楼组成，一、二层为商业用房，三层至顶层为办公用房。其中C塔楼为19层，总多度58.6m，与一栋两层的裙楼相连；A、B塔楼为18层，两栋塔楼在地上两层处相连，总多度64.4m，A、B塔楼与两层裙房间通过钢结构连廊相连，连廊与塔楼间设置伸缩缝。由于建筑功能的要求，本工程A、B塔楼采用框架-剪力墙连体结构，底部局部大空间转换采用剪力墙结构，转换层在第3层顶面。由于同时采用了两种复杂结构，且结构体形较复杂，故本工程按超限多层结构进行了送审。该地区地震设防烈度为6度第一组，设计基本地震加速度值为0.05g，拟建场地为Ⅳ类场地土。结构抗震等级:剪力墙Ⅲ级，框支柱Ⅱ级，框架为Ⅲ级。基础采用桩基础。为了满足建筑功能，结构必须处理好以下几个问题:
　　（1）连接体结构方案的选择；
　　（2）连接体结构的内力计算和构造处理；
　　（3）转换层构件的结构计算和构造处理。
　　2结构整体设计及计算结果分析
　　2.1结构计算单元的确定
　　由于本工程主体分为A、B、C三栋多层塔楼及一栋两层的裙楼，所有塔楼之间由地下室顶板相连，考虑地下室墙体较多，地下室顶板(250～300mm)厚度较厚，整体刚度较大，故将上部结构的计算嵌固点设在±0.000处，计算单元分成三个部分，即C栋和两层的裙楼各为一个计算单元，A楼和B楼由于上部连体，合为另一个计算单元。
　　2.2基础及地下室设计
　　本工程采用桩基础，桩型采用抗拔性能较好的钻孔灌注桩，桩径根据上部荷载情况选用φ700和φ800两种，主楼部分采用φ800的桩，其它部分为φ700的。桩基持力层为8～2层圆砾层，桩进入持力层2.5～6.4m，有效桩长为48.1～56m，单桩竖向承载力特征值结合设计试桩结果和地质报告情况分别确定为3500KN和4100kN。两层地下室平面呈“厂”字形，局部为两层人防地下室，人防等级为6级。地下室东西向最长150m，南北向最长120m，中间不设伸缩缝，超过规范建议的结构伸缩缝最大间距，设计采用纵横向设置多道后浇带(后浇带间距40m左右)等措施减小温度变化和混凝土收缩对结构的影响。
　　2.3结构选型及结构布置
　　由于建筑平面较狭长复杂，因此连体结构两边的塔楼采用基本一致的体形、平面和刚度，可以一定程度上减小复杂的耦联振动。最初的建筑方案在两塔楼间的平面呈喇叭形，柱距北面小为16.8m，南面大为29.4m。连接体结构拟采用最下一层的钢筋混凝土梁作为转换结构来支承整个连接体，这样试算下来钢筋混凝土梁的最大断面达到900×3000，给施工带来很大的难度。经过安全性、经济性和可行性的综合分析比较，最后决定在A14轴和A16轴各增加两个柱子，使连接体的柱距相同，均为16.8m（见图1）。连接体结构与主体结构采用刚性连接，连体部分连接主梁为每层设500×1800混凝土梁，保证连接部分的刚度，将主体结构连接为整体协调受力、变形。由于主梁较多，连接体每层层高为主塔楼两层的高度，以满足建筑空间的需要。
　　图1标准层结构平面图
　　连体结构因振型丰富，且平动与扭转振型多耦合在一起，因此采用平扭耦联方法计算结构的#p#副标题#e#扭转效应，且考虑双向地震的影响；连体部位复杂，对连体部分采用弹性楼盖进行计算。考虑到连体结构的两塔楼体型相似且间距较近，因此风荷载取值时考虑建筑物相互间的影响，将体形系数乘以相互干扰增大系数，并对连接体最下一层的楼板考虑了向下的风吸力影响。振型分解反应谱法计算结果见表1，计算结果表明自振周期在合理范围内，结构扭转为主的第1自振周期与平动为主的第1自振周期之比为0.85，基本满足规范要求。地震力作用下
　　的楼层最大层间位移1/1791（Y+5%偶然偏心）和顶点位移1/2048均小于1/800，亦满足规范要求。
　　表1考虑扭转耦联时结构周期及振型
　　振型 周期 转角 平动系数(X+Y) 扭转系数
　　1 1.6536 172.88 0.86(0.85+0.01) 0.14
　　2 1.5765 89.97 0.91(0.00+0.91) 0.09
　　3 1.4122 34.37 0.23(0.15+0.07) 0.77
　　4 0.4260 173.34 0.99(0.98+0.01) 0.01
　　5 0.3831 85.80 0.69(0.01+0.68) 0.31
　　6 0.3618 77.04 0.34(0.03+0.31) 0.66
　　7 0.2197 176.20 0.98(0.98+0.00) 0.02
　　8 0.1818 70.75 0.26(0.06+0.20) 0.74
　　9 0.1761 88.58 0.81(0.02+0.80) 0.19
　　3抗震加强措施
　　3.1加强转换结构的抗震措施
　　考虑到该工程为复杂多层建筑结构，转换层为薄弱层，故在抗震构造方面有针对性地采取了如下措施:
　　1）框支柱、框支梁、剪力墙底部加强部位的抗震等级提多一级采用；
　　2）薄弱层（第三结构层）的地震剪力乘1.15的增大系数；并适当对框支柱的剪力进行调整；
　　3）框支柱、框支梁的设计满足《多规》中关于框支柱、框支梁在抗震设计时的相关规定；
　　4）框支梁所在层的楼板厚度加大为180，双层双向加强配筋构造。
　　3.2加强连接体结构的抗震措施
　　该工程属于Ⅰ类扭转不规则（Y+5%偶然偏心地震力作用下连体部分的楼层最大位移1.45），且震害表明地震中连接体本身破坏严重，踏落较多，同时使主体结构中与连接体相连的部分结构严重破坏，因此在抗震构造方面有针对性地采取了如下措施:
　　1）连接体及连接体相邻的结构构件的抗震等级提多一级；
　　2）楼板厚度增大到150mm，加强连接部分的周边板配筋，双层双向贯通布置，并加强边梁的配筋及构造；
　　3）加强连接体最底层构件的配筋；
　　4）加强连接体下面两层的设计，指定其为薄弱层，放大地震力。
　　4连接体结构施工阶段设计
　　由于两塔楼在52m多空相连，如何保证施工的安全成为一个难点。为此施工时需要在48m多处搭建一个钢结构的临时施工平台。由于连接体的梁板自重较大，为了降低钢平台的造价及保证施工的安全简便，施工单位提出了混凝土分阶段浇捣的施工方案，即先浇梁，待其混凝土强度达到100%后再浇板，这样钢平台只需承受梁的自重，而板的重量可以由梁来承担。为配合上述施工方案，我们对连接体的设计进行了调整，分别按施工顺序计算了混凝土浇捣的两个阶段的内力以及下层连接体梁板作为上一层连接体的施工平台所承受的施工荷载，并按最不利的工况进行配筋设计。计算结果显示，部分梁的配筋恰恰是由施工阶段控制的。
　　5结束语
　　随着我国城市的快速发展，建筑的高度不断增加，建筑类型与功能的愈来愈复杂，结构体系的更加多样化，高层建筑结构设计也越来越成为结构工程师设计工作的主要重点和难点之所在。