高層屋面裝飾架對結(jié)構(gòu)的影響

【摘 要】目前，很多建筑物的屋面都設(shè)計(jì)了很高的裝飾架，有些裝飾架對結(jié)構(gòu)的影響較大。本文通過工程實(shí)例對比分析，簡要說明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)足夠重視屋面裝飾架的影響。

【關(guān)鍵詞】高層屋面裝飾架；風(fēng)荷載；位移；構(gòu)件內(nèi)力；結(jié)構(gòu)安全

引言

由于建筑功能、城市規(guī)劃的需要，以及城市人口集中、用地緊張等原因，城市不斷向縱向發(fā)展，我國的高層建筑迅速發(fā)展。隨著大量高層建筑的興建，屋頂?shù)拿缹W(xué)效果在建筑創(chuàng)作中越來越受到重視。建筑師常常利用屋面的造型來體現(xiàn)建筑物的一些鮮明的特點(diǎn)。甚至有不少原有的高層建筑為了達(dá)到一定的立面效果，也在屋頂重新設(shè)置裝飾架?？梢哉f，多數(shù)的高層建筑都看中了頂部的發(fā)揮空間，以求“冠絕天下”。

由于出屋面部分往往偏重于裝飾功能，且自重較輕，使用荷載小，甚至采用輕鋼、幕墻等材料。所以在設(shè)計(jì)中一般不太重視。而在原有建筑裝飾改造過程中更加容易忽視其影響。

但目前很多高層建筑中的屋面裝飾架都做的很高，有些做到10米甚至10米以上。這其中就有一些建筑裝飾架對結(jié)構(gòu)的影響就不容忽視了。

下面以大連地區(qū)的一個工程為示例對此做以簡要分析。

1 示例工程的總體概述

1.1 工程簡況

該工程地下2層，地上31層，其中2層裙樓，塔樓層高以3m為主，本工程標(biāo)準(zhǔn)層平面較狹長。建筑物主屋面標(biāo)高為98.500m。屋面上連續(xù)設(shè)置2層退階裝飾架，層高分別為5600m、5100m，裝飾架總高度為10700m，飾面為玻璃幕墻。

綜上所述，對探求高層屋面裝飾架對結(jié)構(gòu)的影響程度，這是一個很典型的工程實(shí)例。

1.2 自然條件

當(dāng)?shù)?0年一遇的基本風(fēng)壓為 0.65，100年一遇的基本風(fēng)壓為 0.75，本工程地面粗糙度類別為C類，風(fēng)荷載體形系數(shù)為1.4 。

本工程的抗震設(shè)防烈度為7度 （0.15g），建筑場地類別為Ⅱ類。

2 計(jì)算處理

經(jīng)分析，本工程塔樓結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)。采用PKPM軟件對結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體計(jì)算，計(jì)算模型分別采用帶上部裝飾架和不帶上部裝飾架的兩種樓層組裝方案。

除了頂部裝飾架的區(qū)別以外，二者在樓層平面布置、荷載布置、材料強(qiáng)度、參數(shù)設(shè)置、計(jì)算方式上均相同，且均以當(dāng)時實(shí)行的規(guī)范規(guī)程為依據(jù)。

經(jīng)過計(jì)算，得出2組計(jì)算結(jié)果，分別為不帶屋面裝飾架（以下稱“無架”） 的結(jié)果和帶屋面裝飾架（以下稱“有架”） 的結(jié)果。

3 計(jì)算結(jié)果對比分析

通過對比，在豎向荷載和地震作用下，2組計(jì)算結(jié)果差異不大，由于上部裝飾架體很輕，所以這是符合實(shí)際情況的。在與長邊平行的風(fēng)荷載作用下， 2組計(jì)算結(jié)果差異也較小。

因此對上述情況的結(jié)果本文不再累述，下面就著重對在與短邊平行的風(fēng)荷載參與的組合作用下的計(jì)算結(jié)果比較情況進(jìn)行敘述。

3.1 位移的比較

3.1.1 “無架”結(jié)果中X方向最大層間位移角出現(xiàn)在第20層，該層位移如下：

X方向的節(jié)點(diǎn)最大位移 Max-(X)=42.73

X方向的層平均位移 Ave-(X)=40.56

X方向的最大層間位移 Max-Dx=2.55

X方向的平均層間位移 Ave-Dx=2.36

最大位移與層平均位移的比值 Ratio-(X)=1.05

最大層間位移與平均層間位移的比值 Ratio-Dx=1.08

X方向的最大層間位移角 Max-Dx/h= 1/1177

3.1.2 “有架”結(jié)果中X方向最大層間位移角出現(xiàn)在第22層，該層位移如下：

X方向的節(jié)點(diǎn)最大位移 Max-(X)= 59.69

X方向的層平均位移 Ave-(X)=56.97

X方向的最大層間位移 Max-Dx=3.33

X方向的平均層間位移 Ave-Dx=3.12

最大位移與層平均位移的比值 Ratio-(X)=1.05

最大層間位移與平均層間位移的比值 Ratio-Dx=1.07

X方向的最大層間位移角 Max-Dx/h= 1/902

3.1.3 結(jié)果對比：

根據(jù)上述結(jié)果可以看出，本層內(nèi)最大位移和平均位移的比值差別不大，但節(jié)點(diǎn)最大位移、層平均位移、最大層間位移、平均層間位移4項(xiàng)變化均超過了30%。另外，最大層間位移角由原來的1/1177增加到了1/902，已不滿足規(guī)范要求。

3.2 連梁內(nèi)力比較

取5層、14層、22層、30層，每層從平面上一端到另一端依次取5根梁進(jìn)行比較，這些梁在2組模型中是均一一對應(yīng)。

3.2.1 “無架”結(jié)果中連梁內(nèi)力：

5層5根連梁彎矩依次為：186，124，157，96，189；剪力依次為：556，431，310，260，596。

14層5根連梁彎矩依次為：154，133，153，103，150；剪力依次為：459，465，305，282，482。

22層5根連梁彎矩依次為：110，95，106，72，105；剪力依次為：301，376，245，226，328。

30層5根連梁彎矩依次為：58，61，63，74，49；剪力依次為：150，249，152，170，143。

3.2.2 “有架”結(jié)果中連梁內(nèi)力：

5層5根連梁彎矩依次為：208，141，178，112，214；剪力依次為：576，449，323，274，618。

14層5根連梁彎矩依次為：177，157，183，127，176；剪力依次為：485，483，325，302，515。

22層5根連梁彎矩依次為：114，120，140，99，122；剪力依次為：328，388，268，250，348。

30層5根連梁彎矩依次為：79，64，112，98，63；剪力依次為：229，214，191，215，179。

3.2.3 結(jié)果對比：

根據(jù)上述2組結(jié)果 “有架”情況的連梁內(nèi)力與“無架”情況相比，5~30層彎矩增加值依次為13.4%、 18.3%、21.9%、36.4%；5~30層剪力增加值依次為4.0%、 5.9%、7.2%、19.0%。

可以看出，彎矩的增加非常明顯，剪力也有所增加，而且隨著樓層的增高，增幅也越來越大。

若表現(xiàn)在配筋上，由于頂部的彎矩和剪力的數(shù)值較小，在構(gòu)造配筋的情況下，這種差別有所掩蓋，最大的配筋差距往往體現(xiàn)在中段偏上的部位。

4 結(jié)論

通過計(jì)算結(jié)果對比分析，得出如下結(jié)論：

無論是新建項(xiàng)目還是原有建筑重新裝飾，都要充分考慮頂部裝飾架對結(jié)構(gòu)的影響，否則將影響到結(jié)構(gòu)安全。

這種影響隨工程自身特點(diǎn)和所處環(huán)境的不同會有所差異，但影響大小只有比較才能了解，應(yīng)該實(shí)事求是，不可盲目忽略。

從另一個角度考慮，在立面設(shè)計(jì)時，也可以把上部的裝飾架設(shè)計(jì)為擋風(fēng)面積較小的風(fēng)格，將對結(jié)構(gòu)安全性及建設(shè)成本都是有益的。