多塔復(fù)雜體型建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化考慮

楊雨龍

摘要： 對(duì)多塔復(fù)雜體型建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)，對(duì)上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的選型與計(jì)算、變形縫的設(shè)計(jì)和抗震構(gòu)造設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了分析，從而有效優(yōu)化多塔復(fù)雜體型建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確保建筑的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。

關(guān)鍵詞：多塔復(fù)雜體型建筑結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì);選型

一、多塔復(fù)雜體型高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

（一）水平荷載

在進(jìn)行多塔復(fù)雜體型高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，水平荷載會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的力矩，造成多塔復(fù)雜體型高層建筑在施工過(guò)程中產(chǎn)生傾覆性的負(fù)面影響，而且在此過(guò)程中產(chǎn)生的軸力與高層建筑的整體高度的兩次方成正比例，高層建筑的高度與豎向構(gòu)件中的彎矩和軸力的一次方成正比例。此外，與高層建筑中固定的豎向荷載不同，水平荷載中的作用力會(huì)隨著高層建筑動(dòng)力特性的不同而產(chǎn)生相應(yīng)程度的變化。因此，從這個(gè)層面上來(lái)說(shuō)，水平荷載已經(jīng)成為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的決定性因素。

（二）軸向變形

在多塔復(fù)雜體型高層建筑項(xiàng)目中，樓房中柱會(huì)產(chǎn)生比較大的軸向變形現(xiàn)象，這是因?yàn)楫?dāng)高層建筑達(dá)到一定高度后，樓房自重會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的軸向壓應(yīng)力造成的。中柱變形會(huì)導(dǎo)致高層建筑連續(xù)梁中支座處的負(fù)彎矩值逐漸減小，而跨中正彎矩值和端支座負(fù)彎矩值則會(huì)相應(yīng)變大。

（三）側(cè)移成為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的控制指標(biāo)

在現(xiàn)代多塔復(fù)雜體型高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中，高層建筑整體高度的不斷增加，會(huì)導(dǎo)致水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形會(huì)迅速增大，若不及時(shí)對(duì)此作出針對(duì)性的調(diào)整，則會(huì)對(duì)高層建筑的整體質(zhì)量安全產(chǎn)生嚴(yán)重的負(fù)面影響，因此，相關(guān)工作人員在進(jìn)行高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要保證水平荷載作用下的高層建筑的結(jié)構(gòu)在可控、可調(diào)的范圍內(nèi)。

（四）結(jié)構(gòu)延性成為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)

中低層建筑的結(jié)構(gòu)相對(duì)較硬，在地震作用下的變形較小，而多塔復(fù)雜體型高層建筑則完全相反，在遭遇地震后樓層結(jié)構(gòu)的變形較大，所以要及時(shí)的采取相應(yīng)的措施，以保證建筑結(jié)構(gòu)在遭到一定程度的破壞時(shí)，整體結(jié)構(gòu)不會(huì)產(chǎn)生太大的變形，避免因?yàn)闃求w的嚴(yán)重變形造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，從而確保多塔復(fù)雜體型高層建筑結(jié)構(gòu)具備充足的延性。

二、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（一）結(jié)構(gòu)選型

某建筑群包含6座住宅和3層裙房，不僅底盤(pán)較大，而且多塔連體，體型十分復(fù)雜。工程設(shè)計(jì)階段采用框剪體系，除管道井、電梯井與樓梯間采用抗扭剪力墻外，其它都為常規(guī)剪力墻，即均不落地，同時(shí)在裙房的頂層采用轉(zhuǎn)換梁，以此滿足大空間及大柱網(wǎng)方面的要求。下層采用C40混凝土，上層采用C30混凝土，剪力墻的厚度在200-250mm范圍內(nèi)，局部設(shè)置的抗扭剪力墻，其截面應(yīng)增加到400mm。屋面板及樓面實(shí)際厚度都應(yīng)根據(jù)板跨進(jìn)行確定，由于本工程的屋面板與樓面都有很大的跨度，容易出現(xiàn)角部開(kāi)裂等問(wèn)題，所以不僅要進(jìn)行配筋計(jì)算，而且還要在角部設(shè)置構(gòu)造筋，對(duì)于轉(zhuǎn)換層和與之相鄰的樓板，其剛度應(yīng)根據(jù)現(xiàn)行設(shè)計(jì)與施工規(guī)范進(jìn)行加強(qiáng)處理，樓板總厚確定為200mm，框架的支柱與支梁都根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，通常情況下，框架抗震等級(jí)取3級(jí)，普通剪力墻也為3級(jí)，而抗扭剪力墻則為2級(jí)。

1#樓和2#樓、5#樓和6#樓采用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接;而3#樓和4#樓之間采用鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接。主體和鋼結(jié)構(gòu)之間的連接，主要使用鉸接支座，并安裝限位器，用于變形控制。需要注意，因連體部分不僅要按照要求進(jìn)行防腐處理，而且還要進(jìn)行防火涂裝，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)還需采用構(gòu)造措施，確保耐火極限能夠滿足要求。

（二）計(jì)算與分析

對(duì)于大底盤(pán)多塔復(fù)雜體型高層建筑結(jié)構(gòu)，如果把裙房部分按塔樓的形式切開(kāi)計(jì)算，則下部裙房及基礎(chǔ)的計(jì)算誤差較大，且各個(gè)塔樓之間的相互影響無(wú)法考慮。因此應(yīng)先進(jìn)行整體計(jì)算，按高規(guī)取足夠的振型數(shù)，并考慮塔樓與塔樓之間的相互影響。但是整體計(jì)算無(wú)法體現(xiàn)出單個(gè)塔樓本身的扭轉(zhuǎn)特性，整體計(jì)算中顯示的周期位移數(shù)據(jù)中不能顯示出這些信息，例如單個(gè)塔樓的平動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)周期比，剛度比等等。

因此，決定采用SATWE進(jìn)行計(jì)算，校核采用ANSYS，根據(jù)計(jì)算與校核結(jié)果實(shí)施優(yōu)化分析。 計(jì)算時(shí)需采用的參數(shù)包括：風(fēng)壓為0.55kN/m2;雪壓為0.25kN/m2;安全等級(jí)確定為2級(jí);八度抗震設(shè)防;二類(lèi)場(chǎng)地;通過(guò)施工方法的模擬對(duì)豎向荷載進(jìn)行計(jì)算;振型為16個(gè)，計(jì)扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)振動(dòng)。經(jīng)計(jì)算，結(jié)構(gòu)受地震與風(fēng)荷載作用時(shí)，層間與頂點(diǎn)的最大位移都能達(dá)到現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范的要求，說(shuō)明以上設(shè)計(jì)是合理可行的。

（三）變形縫的設(shè)置

各塔樓高度不同，體型相差較大，塔樓間還設(shè)空中連廊，又有裙房相連，同時(shí)具備了多塔樓、連體結(jié)構(gòu)的性質(zhì)，屬超限的多重復(fù)雜高層建筑，有多處薄弱部位，對(duì)抗震極為不利。根據(jù)抗震設(shè)計(jì)的要求，可以在適當(dāng)位置設(shè)置防震縫，形成較規(guī)則的結(jié)構(gòu)單元。

當(dāng)各塔樓的體型、剛度差異較大時(shí)，在地震作用下，連體結(jié)構(gòu)、多塔結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的相互耦聯(lián)的振動(dòng)，扭轉(zhuǎn)影響嚴(yán)重，對(duì)抗震非常不利，連接處更是抗震的薄弱部位。考慮到有連接的塔樓之間距離不大，采用懸挑的連廊形式也可以，故在連廊的中間設(shè)置防震縫，把連體結(jié)構(gòu)分解為各自獨(dú)立的塔樓，使之成為扭轉(zhuǎn)效應(yīng)較小的規(guī)則、對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)。同樣地，在各塔樓之間設(shè)置多道防震縫，多塔樓分成各個(gè)規(guī)則的單塔，有利于減輕薄弱部位的震害，使上部結(jié)構(gòu)抗震能力更強(qiáng)。

（四）加強(qiáng)建筑抗震構(gòu)造設(shè)計(jì)

多塔復(fù)雜體型建筑結(jié)構(gòu)的裙房頂層樓蓋起著協(xié)同各塔樓共同工作的作用。由于塔樓與塔樓之間的相互作用，將在裙房屋面層樓板中產(chǎn)生較大的水平拉壓力和彎矩，因此應(yīng)加強(qiáng)裙房屋面層梁板的剛度和承載力，并加強(qiáng)其與各塔樓之間的連接構(gòu)造。在工程設(shè)計(jì)中，將裙房屋面層樓板加厚為180mm，雙層雙向配筋+12@150;主梁與次梁上下通長(zhǎng)鋼筋不小于梁上下最大配筋量的50%。裙房屋面上、下層的樓板加厚為150mm，保證了結(jié)構(gòu)底盤(pán)與塔樓的整體作用。

三、 結(jié)束語(yǔ)

多塔復(fù)雜體型高層建筑的設(shè)計(jì)難度要高于其他建筑，因?yàn)榻ㄖ囊?guī)模大，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)困難，對(duì)于抗震和變形縫、以及底盤(pán)的設(shè)計(jì)都提出了更高的要求，一旦出現(xiàn)不合理或是不均勻則會(huì)給整個(gè)建筑帶來(lái)麻煩，埋下隱患，因此在進(jìn)行多塔高層建筑設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要多方面考慮，做到設(shè)計(jì)的最佳優(yōu)化。

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