談高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題

王 曉 鋒

(山西省第二建筑設(shè)計(jì)院，山西 長(zhǎng)治 046000)

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談高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題

王 曉 鋒

(山西省第二建筑設(shè)計(jì)院，山西 長(zhǎng)治 046000)

以山西省長(zhǎng)治市某酒店為實(shí)例，研究了高層建筑的主要結(jié)構(gòu)形式及選型技術(shù)，介紹了結(jié)構(gòu)構(gòu)件布置方式及參數(shù)控制，探討了現(xiàn)行高層建筑結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的一些問(wèn)題，為高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了一定的參考。

高層建筑，結(jié)構(gòu)選型，計(jì)算參數(shù)，構(gòu)造措施

隨著城市人口集中化，建設(shè)用地日趨緊張。高層建筑已成為現(xiàn)在及未來(lái)一段時(shí)間我國(guó)建筑方面的主導(dǎo)。隨著高層建筑形式多樣化、建筑功能復(fù)雜化發(fā)展，高層建筑結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)出現(xiàn)了許多新的問(wèn)題需要加以考慮和解決。本文結(jié)合實(shí)際工程，對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)形式的選擇、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的布置，結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)的控制，結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施的設(shè)置等幾方面內(nèi)容進(jìn)行了深入的分析和探討，以期能為高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供一定的參考。

1 工程概況

某酒店位于山西省長(zhǎng)治市中心，是集住宿、餐飲、購(gòu)物、辦公及會(huì)議于一體的商業(yè)綜合樓，主樓地上22層，地下2層，建筑高度76.5 m，采用剪力墻結(jié)構(gòu)，裙樓、輔助用房地上4層，地下1層，建筑高度17.1 m，采用框架結(jié)構(gòu)。主樓基礎(chǔ)采用筏板基礎(chǔ)，裙樓基礎(chǔ)采用條形基礎(chǔ)。

2 結(jié)構(gòu)形式的選擇

高層建筑的結(jié)構(gòu)形式主要有：框架—剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架—核心筒結(jié)構(gòu)?？蚣堋袅Y(jié)構(gòu)具有框架結(jié)構(gòu)平面布置靈活的優(yōu)點(diǎn)，又具有剪力墻結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度較大的優(yōu)點(diǎn)，但從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)性角度考慮，該結(jié)構(gòu)形式一般適用于10層～20層的建筑；剪力墻結(jié)構(gòu)整體性強(qiáng)，抗側(cè)剛度大，側(cè)向變形小，適用于較高的建筑，但因其墻體較密，較難滿足大空間建筑功能的要求，因此適用于住宅、辦公類建筑?？蚣堋诵耐簿哂锌蚣芙Y(jié)構(gòu)和筒體結(jié)構(gòu)兩者的優(yōu)點(diǎn)，既具有建筑平面布置靈活便于設(shè)置大房間，又具有較大的側(cè)向剛度和水平承載力，其受力和變形特點(diǎn)與框架剪力墻結(jié)構(gòu)類似，但其結(jié)構(gòu)造價(jià)較高，適用于超高層建筑。

綜上所述，主樓為酒店公寓，建筑平面布置簡(jiǎn)單、規(guī)則，采用剪力墻結(jié)構(gòu)，酒店裙房及輔助性用房中布置有商場(chǎng)、餐廳、會(huì)議廳，對(duì)建筑空間要求較高，則采用框架結(jié)構(gòu)。主樓與裙房結(jié)構(gòu)剛度相差較大，為改善結(jié)構(gòu)的抗震性能，減少房屋的扭轉(zhuǎn)，采用防震縫將主樓與裙房地上部分?jǐn)嚅_。此外，因主樓與裙房層數(shù)相差較大，荷載差異較大，為防止主樓與裙房沉降不均勻，因此主樓與裙房采用不同的基礎(chǔ)形式，主樓采用筏板基礎(chǔ)、裙房采用條形基礎(chǔ)，且主樓與裙樓施工期間設(shè)沉降后澆帶，要求沉降后澆帶兩側(cè)構(gòu)件在施工中妥善支撐，以確保構(gòu)件和結(jié)構(gòu)整體在施工階段的承載力和穩(wěn)定性，最終待主樓沉降穩(wěn)定后再行澆筑。

3 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的布置

剪力墻結(jié)構(gòu)是利用鋼筋混凝土墻承受豎向荷載和抵抗水平力的一種結(jié)構(gòu)體系。通常情況下剪力墻的平面布置應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1)應(yīng)沿建筑物的主要軸線雙向布置剪力墻。

2)剪力墻平面位置布置應(yīng)盡量做到均勻、對(duì)稱以及連續(xù)。

3)應(yīng)結(jié)合建筑平面及建筑功能盡可能的使兩個(gè)主軸方向的抗側(cè)剛度接近。

剪力墻的豎向布置應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1)貫通建筑物全高，如建筑功能要求減少部分墻肢時(shí)，應(yīng)逐層減少，或通過(guò)調(diào)節(jié)墻體厚度、墻體混凝土強(qiáng)度等級(jí)來(lái)避免各層剛度突變。

2)剪力墻結(jié)構(gòu)中的門窗洞口應(yīng)盡量上下各層對(duì)齊，形成明確的墻肢和連梁，且應(yīng)避免洞口與墻邊，洞口與洞口之間形成小墻肢。此外，剪力墻布置中還應(yīng)避免布置長(zhǎng)度超過(guò)8 m的超長(zhǎng)墻肢，可通過(guò)設(shè)置結(jié)構(gòu)洞口調(diào)節(jié)墻肢的長(zhǎng)度。

在本工程中，主樓的平面為矩形，長(zhǎng)邊方向有著較大的剛度，在布置剪力墻時(shí)為使兩個(gè)主軸方向的抗側(cè)剛度相接近，可通過(guò)調(diào)節(jié)橫向剪力墻之間的間距、縱向剪力墻的長(zhǎng)度等方法實(shí)現(xiàn)。

4 主要計(jì)算參數(shù)控制

在高層建筑結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要控制的主要參數(shù)有軸壓比、周期比、位移比、剛度比、剛重比、剪重比、層間位移角。

1)軸壓比指墻肢承受的軸壓力設(shè)計(jì)值與墻肢的全截面面積和混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘積之比值?？刂破湟饬x為保證結(jié)構(gòu)的延性。

2)周期比指結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)第一周期與平動(dòng)第一周期的比值。周期比能反映結(jié)構(gòu)的平面布置是否合理，控制其可保證結(jié)構(gòu)必要的抗扭剛度，從而減小扭轉(zhuǎn)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響。

3)位移比指樓層豎向構(gòu)件的最大層間位移與平均層間位移的比值。位移比可反映結(jié)構(gòu)平面布置的不規(guī)則性，控制其可避免因結(jié)構(gòu)平面布置不規(guī)則導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。

4)剛度比指結(jié)構(gòu)不同樓層側(cè)向剛度的比值。剛度比是判斷結(jié)構(gòu)豎向不規(guī)則的重要指標(biāo)。

5)剛重比指結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度與重力荷載設(shè)計(jì)值之比。剛重比是控制結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。

6)剪重比指對(duì)應(yīng)水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的樓層剪力與重力荷載代表值的比值。控制其意義主要為限制各樓層的最小水平地震剪力，確保長(zhǎng)周期結(jié)構(gòu)的安全。

7)層間位移角指樓層豎向構(gòu)件的層間最大位移與層高之比。主要為限制結(jié)構(gòu)在正常使用條件下的水平位移，確保高層結(jié)構(gòu)應(yīng)具備的剛度，避免產(chǎn)生過(guò)大的位移而影響結(jié)構(gòu)的承載力、穩(wěn)定性和使用要求。

在本工程中因設(shè)置了轉(zhuǎn)角窗，角部剛度削弱，整體結(jié)構(gòu)性能差，扭轉(zhuǎn)剛度小，因此周期比、位移比、層間位移角參數(shù)不符合規(guī)范要求。從以下幾方面進(jìn)行調(diào)節(jié)：加大橫向外墻的剛度，可通過(guò)加厚外橫墻的厚度，調(diào)節(jié)外墻連梁高度來(lái)實(shí)現(xiàn)；通過(guò)調(diào)整剪力墻的平面布置位置，減小結(jié)構(gòu)剛心與質(zhì)心的偏心距，并加強(qiáng)樓板的剛度，從而提高結(jié)構(gòu)的抗扭剛度；通過(guò)一系列的調(diào)整，最終各參數(shù)均滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施及設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題

在本工程中，為滿足建筑功能的需要，需設(shè)置轉(zhuǎn)角窗及轉(zhuǎn)角陽(yáng)臺(tái)，但因其造成了剪力墻結(jié)構(gòu)的不連續(xù)性及封閉性，對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震不利，為此，應(yīng)采取切實(shí)有效的結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施來(lái)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性，如加大轉(zhuǎn)角窗所在房間的樓板厚度及樓板配筋率，并在樓板中設(shè)置暗梁，提高樓板的連接作用，加強(qiáng)轉(zhuǎn)角窗兩側(cè)墻體的穩(wěn)定性；加大轉(zhuǎn)角窗樓層處的邊梁，加強(qiáng)轉(zhuǎn)角墻之間的連接性；房屋全高轉(zhuǎn)角窗處剪力墻沿全高設(shè)置約束邊緣構(gòu)件。

在本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，剪力墻連梁的超筋現(xiàn)象較明顯，筆者通過(guò)以下幾點(diǎn)的調(diào)整解決剪力墻連梁超筋問(wèn)題：

1)通過(guò)減小連梁剛度，可通過(guò)減小連梁截面高度，調(diào)整連梁剛度折減系數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2)當(dāng)連梁不作為次梁的支承梁時(shí)，可對(duì)連梁進(jìn)行鉸接處理。但與之相連的剪力墻按獨(dú)立墻肢進(jìn)行復(fù)核計(jì)算，剪力墻配筋按包絡(luò)設(shè)計(jì)。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著高層建筑進(jìn)一步發(fā)展，結(jié)構(gòu)體系各式各樣，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度越來(lái)越大，因此應(yīng)從結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)著手，選擇合理的結(jié)構(gòu)體系，并通過(guò)合理控制各計(jì)算參數(shù)、合理利用結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施，從而使高層的結(jié)構(gòu)布置更加合理，達(dá)到更好的效果。

[1]王 燕，王 維.淺談高層建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì).山西建筑，2008,34(5)：128-129.

[2]范俊梅.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問(wèn)題分析.山西建筑,2009,35(15)：54-56.

[3]云牧星,鐘曉明.高層建筑需要控制的參數(shù)及調(diào)整方法.中國(guó)建材科技,2013(2)：56-57.

[4]張景坤,馬立杰.開設(shè)轉(zhuǎn)角窗的高層剪力墻結(jié)構(gòu)分析.山西建筑,2010,36(29)：42-43.

Discussion on design matters of high-rise building structure

Wang Xiaofeng

(Shanxi2ndBuildingDesignInstitute,Changzhi046000,China)

Taking the hotel in Changzhi city of Shanxi province as an example, the paper studies major structural forms and selection techniques of high-rise building, introduces structural components distribution methods and parameters control, and explores current matters needing attention in high-rise building structure analysis and design, which has provided some guidance for high-rise building structure design.

high-rise building, structural selection, computation parameter, structural measures

1009-6825(2015)21-0023-02

2015-05-12

王曉鋒(1980- )，男，工程師

TU973

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