超高層建筑伸臂加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)問(wèn)題研究

王 偉

(山西四建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030024)

在我國(guó)城市土地資源緊缺問(wèn)題日益嚴(yán)峻的背景下，城市中的建筑正越來(lái)越趨向于超高層建筑。超高層建筑將絕大部分建筑空間擴(kuò)展到了上層，能夠大大節(jié)省土地資源，但與此同時(shí)，也帶來(lái)了一些設(shè)計(jì)方面的問(wèn)題。其中，超高層建筑伸臂加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)問(wèn)題是一項(xiàng)重難點(diǎn)，所以有必要針對(duì)該問(wèn)題展開(kāi)深入研究，以促進(jìn)超高層建筑的發(fā)展。

1 超高層建筑伸臂加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)設(shè)置位置的選擇原則

在選擇超高層建筑伸臂加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)的設(shè)置位置之時(shí)，應(yīng)遵循以下幾項(xiàng)原則。

第一，應(yīng)當(dāng)要滿足建筑的使用功能需求，盡量利用避難層來(lái)作為伸臂加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)的設(shè)置位置；第二，應(yīng)當(dāng)要根據(jù)相關(guān)結(jié)構(gòu)控制目標(biāo)進(jìn)行有效的分析，如基本周期和頂點(diǎn)位移控制目標(biāo)、底部筒體傾覆力矩控制目標(biāo)、底部墻肢拉力控制目標(biāo)等，根據(jù)分析結(jié)果合理選擇伸臂加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)的設(shè)置位置；第三，應(yīng)當(dāng)要確保伸臂桁架構(gòu)件尺寸合理、可承受適當(dāng)作用力、方便施工作業(yè)。

2 超高層建筑設(shè)置一道伸臂加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)的最佳位置

某超高層建筑項(xiàng)目為框架-核心筒結(jié)構(gòu)建筑，總建筑高度為350m，包括地下4層+地上79層，可承受基本風(fēng)壓為0.75kN/m，設(shè)計(jì)抗震設(shè)防烈度為7°。

2.1 控制基本周期和頂點(diǎn)位移時(shí)

2.1.1 基本周期對(duì)比分析

在風(fēng)荷載作用下，在該項(xiàng)目的不同避難層設(shè)置伸臂加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)時(shí)的基本周期對(duì)比詳見(jiàn)表1。

表1 在該項(xiàng)目的不同避難層設(shè)置伸臂加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)時(shí)的基本周期對(duì)比表

分析結(jié)果顯示，當(dāng)伸臂加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)設(shè)置在該項(xiàng)目的中間或者略偏上位置的避難層中時(shí)，它的基本周期較短；當(dāng)伸臂加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)設(shè)置在該項(xiàng)目的頂部或者偏下位置的避難層中時(shí)，它的基本周期較長(zhǎng)。

在該項(xiàng)目設(shè)置一道伸臂加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)的情況下，選擇設(shè)置位置為41層(0.54H)時(shí)的基本周期最短，僅為7.64s。

2.1.2 頂點(diǎn)位移對(duì)比分析

在風(fēng)荷載作用下，在該項(xiàng)目的不同避難層設(shè)置伸臂加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)時(shí)的頂點(diǎn)位移對(duì)比詳見(jiàn)表2。

表2 在該項(xiàng)目的不同避難層設(shè)置伸臂加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)時(shí)的頂點(diǎn)位移對(duì)比表

分析結(jié)果顯示，當(dāng)伸臂加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)設(shè)置在該項(xiàng)目的中間或者略偏上位置的避難層中時(shí)，它的頂點(diǎn)位移較?。划?dāng)伸臂加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)設(shè)置在該項(xiàng)目的頂部或者偏下位置的避難層中時(shí)，它的頂點(diǎn)位移較大。在該項(xiàng)目設(shè)置一道伸臂加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)的情況下，選擇設(shè)置位置為41層(0.54H)時(shí)的頂點(diǎn)位移最小，x向僅為572mm,y向僅為652mm。

2.2 控制層間位移角時(shí)

在風(fēng)荷載作用下，在該項(xiàng)目的不同避難層設(shè)置伸臂加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)時(shí)的層間位移角對(duì)比詳見(jiàn)表3。

表3 在該項(xiàng)目的不同避難層設(shè)置伸臂加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)時(shí)的層間位移角對(duì)比表

分析結(jié)果顯示：當(dāng)伸臂加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)設(shè)置在該項(xiàng)目的中間位置的避難層中時(shí)，它的層間位移角較??；當(dāng)伸臂加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)設(shè)置在該項(xiàng)目的頂部或者偏下位置的避難層中時(shí)，它的層間位移角較大。在該項(xiàng)目設(shè)置一道伸臂加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)的情況下，選擇設(shè)置位置為41層(0.54H)時(shí)的層間位移角最小，x向僅為1/514,y向僅為1/502。

2.3 控制底部筒體傾覆力矩時(shí)

在風(fēng)荷載作用下，在該項(xiàng)目的不同避難層設(shè)置伸臂加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)時(shí)的底部筒體傾覆力矩及其減小量對(duì)比詳見(jiàn)表4。

表4 在該項(xiàng)目的不同避難層設(shè)置伸臂加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)時(shí)的底部筒體傾覆力矩及其減小量對(duì)比表

分析結(jié)果顯示：當(dāng)伸臂加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)設(shè)置在該項(xiàng)目的中下位置的避難層中時(shí)，它在減小筒體傾覆力矩方面的效果更好。

2.4 控制底部墻肢拉力時(shí)

在風(fēng)荷載作用下，在該項(xiàng)目的不同避難層設(shè)置伸臂加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)時(shí)的墻肢W1和W2底部拉力及其減小量對(duì)比詳見(jiàn)表5。

表5 在該項(xiàng)目的不同避難層設(shè)置伸臂加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)時(shí)的墻肢W1和W2底部拉力及其減小量對(duì)比表

分析結(jié)果顯示：當(dāng)伸臂加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)設(shè)置在該項(xiàng)目的中下位置的避難層中時(shí)，它在減小底部筒體墻肢拉力方面的效果更好。

3 超高層建筑設(shè)置兩道或以上伸臂加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)的最佳位置

當(dāng)超高層建筑設(shè)置一道伸臂加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)無(wú)法有效滿足實(shí)際需求時(shí)，可設(shè)置兩道或以上伸臂加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)。對(duì)該項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，若為兩道伸臂加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)，則第一道的設(shè)置位置可選擇在41層(0.54H)，第二道經(jīng)計(jì)算分析后可選擇在53層(0.66H)。若為兩道以上伸臂加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)，以三道為例，則經(jīng)計(jì)算分析后可選擇兩種方案：①方案(最優(yōu)的層間位移角控制方案)為29層(0.37H)+41層(0.54H)+65層(0.88H)；②方案(最優(yōu)的底部筒體傾覆力矩控制方案)為17層(0.24H)+41層(0.54H)+65層(0.88H)。

4 超高層建筑頂部設(shè)置伸臂加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)的可行性分析

目前業(yè)內(nèi)普遍不建議在超高層建筑頂部設(shè)置伸臂加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)，對(duì)該項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，在頂部設(shè)置伸臂加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)達(dá)不到最優(yōu)效果。相關(guān)建筑設(shè)計(jì)規(guī)范中也表明，建筑頂部不是第二、三道伸臂加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)的最好位置選擇。因此，在選擇伸臂加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)的設(shè)置位置時(shí)，盡量不要選擇在建筑頂部。

5 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，觀我國(guó)現(xiàn)階段的建筑業(yè)發(fā)展情況來(lái)看，無(wú)論是建筑高度還是建筑規(guī)模都在與日俱增，而隨著一棟棟“摩天大樓”的拔地而起，對(duì)其設(shè)計(jì)也提出了更高的要求。在超高層建筑設(shè)計(jì)中，伸臂加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)重難點(diǎn)問(wèn)題，特別是超高層建筑伸臂加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)設(shè)置位置的選擇十分關(guān)鍵，必須要保證伸臂加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足建筑的使用功能需求且符合相關(guān)結(jié)構(gòu)控制目標(biāo)，同時(shí)還要確保伸臂桁架構(gòu)件尺寸合理，可承受適當(dāng)作用力，方便施工作業(yè)。