地方設(shè)計院設(shè)計高層建筑結(jié)構(gòu)體會

熊勇權(quán) 史少華

(四川文理學(xué)院環(huán)境與建筑工程學(xué)院，四川 達州 635000)

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地方設(shè)計院設(shè)計高層建筑結(jié)構(gòu)體會

熊勇權(quán) 史少華

(四川文理學(xué)院環(huán)境與建筑工程學(xué)院，四川 達州 635000)

對地方甲級設(shè)計院在高層建筑設(shè)計中所產(chǎn)生問題的原因進行了分析和研究,結(jié)合某高層結(jié)構(gòu)設(shè)計實例總結(jié)了地方設(shè)計院的設(shè)計心得，并從勘察準(zhǔn)備階段、建筑設(shè)計過程、施工階段等幾方面提出了具體的設(shè)計辦法。

高層建筑結(jié)構(gòu)，設(shè)計，水平荷載

隨著房地產(chǎn)快速的建設(shè)發(fā)展和人們的生活水平不斷提高，對建筑的要求不再滿足于簡單居住功能，而對建筑的舒適性，藝術(shù)性和安全性提出了新的要求。為了滿足人們對住宅的新需求，建筑的高度不斷增高、建筑造型不斷變化，并且結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度加大，這對我們的建筑設(shè)計院提出了更高的要求。然而我們地方甲級設(shè)計院由于技術(shù)、資金、人員等各方面與省級大院相比還有很多不足，雖然能完成一些高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計，并取得了一定的設(shè)計成果和經(jīng)驗，但對于不斷提高的建筑要求往往有些力不從心，最突出的就是結(jié)構(gòu)設(shè)計人員對相應(yīng)軟件設(shè)計還是比較熟練，可是對高層的受力性能尤其是結(jié)構(gòu)概念設(shè)計往往被忽視，從而造成結(jié)構(gòu)布置不合理，在使用經(jīng)濟上，功能上帶來一定的設(shè)計問題，這與我們現(xiàn)在對于建筑達到經(jīng)濟，安全，美觀的要求還有不小的差距。因此地方設(shè)計院要適應(yīng)新形勢下的變化，從以前只注重構(gòu)件規(guī)范設(shè)計向建筑概念設(shè)計與構(gòu)件設(shè)計相并重轉(zhuǎn)變。現(xiàn)以我院設(shè)計七十幾米的框架核心筒體鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進行概念設(shè)計與構(gòu)件規(guī)范設(shè)計相結(jié)合作一些探討。

1 高層結(jié)構(gòu)設(shè)計特點

對于本次工程設(shè)計我院進行了高層建筑設(shè)計總體分析，從以下幾個方面考慮：

1)地質(zhì)勘查是高層建筑設(shè)計是否成功的前提，根據(jù)地勘報告來確定設(shè)計方案，建筑方案設(shè)計是整個工程核心關(guān)鍵一步，接著通過建筑結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計把建筑思想轉(zhuǎn)化成建筑實體，同時也是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)劣的十分重要具體體現(xiàn)。

2)高層建筑由于其復(fù)雜性往往考慮很多的方面，首先高層建筑結(jié)構(gòu)方案合理，要滿足結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)體系的安全要求，并且要滿足經(jīng)濟合理的要求。其次建筑還要同設(shè)備專業(yè)(水，暖，電等)相協(xié)調(diào)，選擇合理經(jīng)濟的結(jié)構(gòu)，確定建筑結(jié)構(gòu)的方案。最后要考慮建筑結(jié)構(gòu)在施工中的合理性。

3)對高層建筑來說，荷載不僅包括豎向力而且包括水平力(風(fēng)荷載和地震荷載)，由于高層建筑為柔性體系因此水平力為影響結(jié)構(gòu)內(nèi)力的主要因素，因此對結(jié)構(gòu)進行受力分析時除計算結(jié)構(gòu)的軸力、剪力、扭矩，彎矩外，尚需滿足高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中的結(jié)構(gòu)層間側(cè)移不超過允許值要求。值得注意的是，隨著建筑物高度的增加，高層建筑的位移增加引起側(cè)移變大,在荷載作用下產(chǎn)生二次變形不但影響人的舒適度，同時使得建筑物的使用受到影響，并且容易損壞結(jié)構(gòu)構(gòu)件以及非結(jié)構(gòu)構(gòu)件。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計

我院對此次工程設(shè)計首先進行了建筑結(jié)構(gòu)概念設(shè)計，要求在水平及豎直平面的尺寸來確定平面及豎向的各結(jié)構(gòu)構(gòu)件的大小位置，因此從以下幾個方面考慮：

1)該工程設(shè)計地區(qū)抗震烈度為6度，建筑高寬比為77/18.6=4.14小于高規(guī)允許高寬比h/b≤5，工程所處地區(qū)季節(jié)溫差大，尤其冬季室內(nèi)外溫差可達到30 ℃以上，內(nèi)外溫差會產(chǎn)生溫度荷載使構(gòu)件產(chǎn)生附加彎矩,高層建筑物考慮溫差影響，對于溫度產(chǎn)生的內(nèi)力目前采用構(gòu)造辦法來解決這種問題。在本工程設(shè)計中采用加保溫層以及隔熱處理減小溫度差使附加彎矩忽略不計。

2)對于高層建筑平面：結(jié)構(gòu)平面體系應(yīng)該力求對稱與規(guī)則，使結(jié)構(gòu)形心與荷載重心偏差要小，其扭轉(zhuǎn)可以忽略不計，對于凸凹過大結(jié)構(gòu)要少采用，結(jié)構(gòu)平面最好采用正方形或規(guī)則平面。因此本次工程平面設(shè)計以對稱長方形布局，同時要求構(gòu)造措施是強柱弱梁，強剪弱彎。由于建筑要求其第3層為薄弱層，根據(jù)規(guī)范對于薄弱層等要加強，因此在薄弱層設(shè)置了剛性層減少建筑物的側(cè)移量，同時我們對3層不設(shè)剛性層與設(shè)剛性層分別計算側(cè)移得出差距4.4 mm，故建議在30層以下的高層建筑考慮可以設(shè)半剛性或者非剛性層同時考慮構(gòu)件抗震的延性的性能以及各種應(yīng)力對構(gòu)件的影響。

3)對于高層建筑豎向：由于配筋率改變、截面尺寸、混凝土強度等級等變化，豎向構(gòu)件在進行軟件計算時要計算豎向構(gòu)件軸向變形，不考慮軸向變形時則中間彎矩變小，支座彎矩變大,引起結(jié)構(gòu)布局誤差,使其中間結(jié)構(gòu)配筋偏小,因而考慮計算豎向構(gòu)件軸向變形,使其軸向變形差減小到合理的限度以節(jié)約梁的鋼筋。

3 高層結(jié)構(gòu)體系中的受力分析

我院對該工程進行了具體設(shè)計，得出以下結(jié)論：

1)本工程基礎(chǔ)采用樁基，開始考慮為箱形基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)二選一，計算發(fā)現(xiàn)樁基礎(chǔ)更加合理，所以采用41 m整板式鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，單樁承載力最大為290 kN，最小為243 kN，以條分倒梁法和我設(shè)計院自己開發(fā)的計算程序?qū)Ρ龋鹤罱K確定為混凝土C30的雙層配筋±25@150，板厚2.3 m整板式鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

2)本工程結(jié)構(gòu)在水平力作用下，筒體承受水平力81%，為典型的彎剪型結(jié)構(gòu)。a.軸力：由上到下逐漸增大，底部彎矩最大，四個角柱軸力大，中柱軸力小。b.彎矩：框架柱反彎點位于中間和筒體反彎點在1/3處，底部彎矩最大。c.剪力：由于剪力滯后現(xiàn)象沿框筒高度是變化的，底部剪力滯后嚴(yán)重，越往上剪力滯后現(xiàn)象緩和。因此1柱～3柱為C40邊長1 m鋼筋混凝土，四層以上每三層縮10 cm。本工程為規(guī)則的結(jié)構(gòu)，設(shè)計了8 m的貫通筒體中部的0.2 m厚的剪力墻，框架柱采用相同尺寸，角柱配筋率高于中柱配筋率。

3)結(jié)構(gòu)設(shè)計要對數(shù)據(jù)的輸入和數(shù)據(jù)的結(jié)果有一定的判斷，高規(guī)為保證框架柱有足夠的抗剪安全儲備，每層柱總剪力≥max(0.2倍基底總剪力，1.5未經(jīng)調(diào)整的各層框架承擔(dān)的地震總剪切力最大值)，調(diào)整應(yīng)在滿足樓層最小地震剪力系數(shù)的前提下進行，也就是說樓層的最小判別在先。高層建筑由于層數(shù)較多而形成質(zhì)點自由度增加，但在地震荷載作用下其振型只取3個以下即可。水平力作用下通過樓板系統(tǒng)來傳遞風(fēng)荷載、地震力到梁到柱，樓板布置對柱和墻會產(chǎn)生直接影響，高層建筑標(biāo)準(zhǔn)層層高為3.6 m，考慮建筑要求梁截面尺寸設(shè)計450×550及400×550同時梁加掖增強，樓板為0.1 m厚的密肋梁現(xiàn)澆樓蓋。

4 高層構(gòu)造及連接要求

1)高層建筑設(shè)計人防考慮平戰(zhàn)結(jié)合通常配有兩層或者兩層以上的地下室或者人防。地下結(jié)構(gòu)嵌固端設(shè)置在何處十分關(guān)鍵，考慮嵌固端設(shè)置各種情況，把嵌固端設(shè)置在地下室的頂板。結(jié)合嵌固端下層地下結(jié)構(gòu)和上層框架結(jié)構(gòu)的剛度比，并且根據(jù)高規(guī)上面兩層，地下一層抗震的等級為7，高層建筑綜合分析抗震縫隙設(shè)置和高層建筑結(jié)構(gòu)嵌固端位置的協(xié)調(diào)。要求柱與梁在嵌固端加構(gòu)造筋，經(jīng)計算后地下結(jié)構(gòu)層高3.6 m達到人防規(guī)范要求。

2)主樓與裙房的連接問題，為了減少地基差異沉降，可適當(dāng)對基礎(chǔ)放寬，考慮變剛度調(diào)平設(shè)計主樓與裙房采用不同的基礎(chǔ)則符合經(jīng)濟要求，經(jīng)與建筑設(shè)計人員協(xié)商，裙房采用天然地基上的筏形基礎(chǔ)，盡管基礎(chǔ)剛度不均勻，但有利于結(jié)構(gòu)內(nèi)力的均衡，每層主樓與裙房的梁柱分開，但要求進行過渡加強加厚結(jié)合處的防水措施，這樣使主樓與裙房可分開減少構(gòu)件數(shù)量及節(jié)約造價。

5 結(jié)語

地方設(shè)計人員在設(shè)計經(jīng)驗與水平還要進一步加強，因此應(yīng)該經(jīng)常相互探討、交流，使建筑設(shè)計質(zhì)量得到進一步的提高與發(fā)展。

[1]鐘勇華.淺談高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計.中國高新技術(shù)企業(yè)，2009(24)：106-108.

[2]周定前.抗震概念設(shè)計在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用.中華民居,2013(5):56-58.

[3]徐 萍.抗震概念設(shè)計在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用.工程技術(shù)，2011(5):112-114.

The high-rise building structure design of local design institute

Xiong Yongquan Shi Shaohua

(EnvironmentandArchitectureSchool,SichuanUniversityofArtsandScience,Dazhou635000,China)

This paper analyzed and researched the causes of local grade A design institute in high-rise buildings design, combining with the design example of a high-rise structure, summarized the design experience of local design institute, and from the survey preparation stage, architectural design process, construction stage and other aspects put forward specific design methods.

high-rise building structure, design, horizontal load

1009-6825(2015)18-0043-02

2015-04-15

熊勇權(quán)(1979- )，男，講師； 史少華(1976- )，男，碩士，工程師

TU973

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