簡(jiǎn)析概念設(shè)計(jì)在高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的實(shí)踐

■陳 敏 ■上饒縣建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)院，江西 上饒 334100

在高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要充分結(jié)合具體情況，科學(xué)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案，并且將概念設(shè)計(jì)的方法給應(yīng)用過(guò)來(lái)，保證建筑結(jié)構(gòu)的性能與相關(guān)的要求和規(guī)范所符合，這樣高層建筑的質(zhì)量方可以得到保證，將更加安全舒適的空間提供給人們。特別是目前人們生活質(zhì)量的提升，對(duì)建筑也提出了更高的要求，那么更是需要對(duì)其產(chǎn)生足夠的重視，科學(xué)優(yōu)化。

1 工程概述

本文以某工程為例，進(jìn)行了分析和闡述。本工程項(xiàng)目用地為11.5平方千米，總建筑面積達(dá)到了70萬(wàn)平方米，擬建成一個(gè)具有多種功能的大型商業(yè)綜合體，包括高檔公寓、SOHO公寓、普通住宅以及商業(yè)和寫(xiě)字樓等，整個(gè)綜合體劃分為了五個(gè)建筑組群，我們將其分別命名為ABCDE。本工程處于B區(qū)，建筑面積大約為10萬(wàn)平方米，地下室有兩層，除了車(chē)庫(kù)之外，還可以用作設(shè)備用房等;裙房部分有2到4層，兩棟住宅塔樓都為40層。我們將50年作為工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限，建筑結(jié)構(gòu)為二級(jí)的安全等級(jí)，地基基礎(chǔ)則為甲級(jí)設(shè)計(jì)等級(jí)。采用了丙類抗震設(shè)防類別，抗震設(shè)防烈度為7度，將0.1克作為設(shè)計(jì)基本地震加速度值。按照100a重現(xiàn)期的風(fēng)壓值來(lái)計(jì)算風(fēng)荷載，基本風(fēng)壓為0.6kn/m2，地面粗糙類別為B類，因?yàn)樗歉邔挶葹?.32，比4.0要大，因此將1.4作為風(fēng)荷載體形系數(shù)。

2 基礎(chǔ)及地下室設(shè)計(jì)

一是工程地質(zhì)及水文地質(zhì)情況:我們對(duì)工程進(jìn)行了仔細(xì)的勘察，發(fā)現(xiàn)處于山前坡洪積平原中，場(chǎng)地內(nèi)巖土分層包括雜填土、細(xì)砂、粉質(zhì)粘土以及強(qiáng)風(fēng)化云母片巖等。沒(méi)有不良地質(zhì)現(xiàn)象存在于場(chǎng)區(qū)內(nèi)，液化土層也是沒(méi)有的，有著較好的區(qū)域穩(wěn)定性，對(duì)于工程建設(shè)較為有利。0.86-3.44為場(chǎng)區(qū)的地下水位標(biāo)高，將4.00平方米作為抗浮設(shè)計(jì)水位標(biāo)高建議值。

二是基礎(chǔ)類型:結(jié)合勘察報(bào)告，并且將抗浮要求充分納入考慮范圍，我們將筏板基礎(chǔ)作為裙房部分的基礎(chǔ)，基礎(chǔ)持力層選擇的是第三層粉質(zhì)黏土層或者第四層強(qiáng)風(fēng)化云母片巖層，筏板厚度為0.6米作為，結(jié)合抗沖切要求，將相應(yīng)尺寸的柱墩設(shè)置于框架柱位置。在塔樓基礎(chǔ)方面，我們對(duì)天然筏板基礎(chǔ)和大直徑人工挖孔樁基礎(chǔ)兩種方案進(jìn)行了考慮，從諸多方面進(jìn)行了對(duì)比，如結(jié)構(gòu)造價(jià)成本、施工便利程度等，最后將大直徑人工挖孔樁、墻下承臺(tái)梁和防水板基礎(chǔ)應(yīng)用了過(guò)來(lái)，它傳力直接。

三是地下室抗浮設(shè)計(jì):-0.25米為地下室抗浮設(shè)計(jì)水位，那么就需要進(jìn)行抗浮設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)上，抗浮采用的是抗拔錨桿，錨桿進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化巖需要在10米以上，長(zhǎng)度需要在14米以上，360kn為單根錨桿抗拔承載力特征值。

四是地下室結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)及主裙樓差異沉降:因?yàn)榈叵率移矫娉叽缫纫?guī)范要求更大，但是建筑結(jié)構(gòu)會(huì)受到設(shè)縫的不利影響，那么在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，就需要將適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)措施、建筑措施以及施工措施等應(yīng)用過(guò)來(lái)，不將變形縫設(shè)置于地下室范圍內(nèi)，而是對(duì)收縮后澆帶進(jìn)行設(shè)置。另外，為了對(duì)主裙樓之間的差異沉降問(wèn)題進(jìn)行解決，需要將沉降后澆帶設(shè)置于主群樓之間。在混凝土澆筑之后的兩個(gè)月，封閉收縮后澆帶，要結(jié)合沉降觀測(cè)結(jié)果，來(lái)分析沉降后澆帶，然后在合適時(shí)機(jī)進(jìn)行封閉。

3 上部結(jié)構(gòu)方案

工程地下室部分是不對(duì)伸縮縫和沉降縫進(jìn)行設(shè)置，整個(gè)工程連接起來(lái)，地下室頂板按照上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位進(jìn)行設(shè)計(jì)。上部結(jié)構(gòu)對(duì)兩道抗震縫進(jìn)行了設(shè)置，這樣就將結(jié)構(gòu)劃分為三個(gè)部分，兩個(gè)塔樓位于左上角和右下角，框架結(jié)構(gòu)位于左下部分。

兩棟塔樓都是將剪力墻結(jié)構(gòu)體系給應(yīng)用了過(guò)來(lái)，結(jié)構(gòu)高度為118.9米，屬于A級(jí)高度的鋼筋混凝土高層建筑。塔樓平面外包尺寸以及高寬比和長(zhǎng)寬等，都與規(guī)范的相關(guān)要求所符合。在結(jié)構(gòu)方案階段，首先是結(jié)合概念設(shè)計(jì)的原則，來(lái)進(jìn)行剪力墻的平面布置，對(duì)剪力墻的墻肢長(zhǎng)度嚴(yán)格控制，保證與普通剪力墻的要求所符合，并且對(duì)帶有翼緣的剪力墻進(jìn)行布置，這樣整個(gè)建筑物的抗震性能就可以得到有效提升。其次是將中間交通核心形成的剪力墻內(nèi)筒的抗側(cè)力作用給充分利用起來(lái)，促使外圍剪力墻的數(shù)量和尺寸盡量減小。然后將結(jié)構(gòu)的規(guī)則性和整體性原則給應(yīng)用過(guò)來(lái)，從多個(gè)方面來(lái)綜合分析和判斷整體計(jì)算分析的結(jié)果，如周期比、位移比、剛度比等，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了多輪優(yōu)化之后，將塔樓的結(jié)構(gòu)方案給確定下來(lái)。其中，塔樓的剪力墻厚度呈均勻變化的態(tài)勢(shì)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)從C50和C40逐漸過(guò)渡為C30，并且剪力墻厚度的變化和混凝土強(qiáng)度等級(jí)的變化均錯(cuò)開(kāi)數(shù)層。

4 結(jié)構(gòu)整體計(jì)算分析

一是振型分解反應(yīng)譜法:在結(jié)構(gòu)整體計(jì)算分析的過(guò)程中，我們將兩種不同的計(jì)算軟件給應(yīng)用了過(guò)來(lái)，在整體計(jì)算的時(shí)候，首先采用的是SATWE，之后驗(yàn)證時(shí)候，采用的則是Etabs中文版。在地震作用計(jì)算是，首先將扭轉(zhuǎn)歐聯(lián)振動(dòng)影響的振型分解反應(yīng)譜法給納入考慮范圍，對(duì)塔樓進(jìn)行了深入的計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明，采用這兩種軟件計(jì)算，沒(méi)有較大的差異存在，計(jì)算結(jié)果與規(guī)范的相關(guān)要求能夠符合。

二是彈性時(shí)程分析補(bǔ)充計(jì)算:上文我們已經(jīng)提到，本工程結(jié)構(gòu)高度在100米以上，抗震設(shè)防烈度為7度，那么多遇地震下的彈性時(shí)程補(bǔ)充分析計(jì)算就是必不可少的。我們將1條人工波RHITG035以及兩條實(shí)際地震記錄TAF-2TH2TG035給選擇過(guò)來(lái)，在彈性動(dòng)力時(shí)程分析時(shí)，選擇的是SATWE，將地震加速度的最大值給輸入進(jìn)來(lái)，也就是35厘米/s2。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上文的敘述分析我們可以得知，建筑行業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱行業(yè)，如今土地資源日趨緊張，建筑開(kāi)始朝著高層方向發(fā)展;高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量，會(huì)直接影響到人們的正常生活，還會(huì)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的和諧發(fā)展造成影響。針對(duì)這種情況，就需要將概念設(shè)計(jì)應(yīng)用到高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，結(jié)合工程的具體情況，嚴(yán)格依據(jù)相關(guān)的規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)，充分考慮諸多方面的因素，積極應(yīng)用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，進(jìn)行分析和計(jì)算，以便制定最為科學(xué)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，得出最為安全適用的結(jié)構(gòu)，它的經(jīng)濟(jì)合理性也可以得到顯著提升。

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