高层住宅建筑结构设计实例分析
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工程设计GONGCHENGSHEJI岳鹏飞:高层住宅建筑结构设计实例分析
３７６ «工程与建设» ２０１９年第３３卷第３期收稿日期:２０１９Ｇ０２Ｇ２５;修改日期:２０１９Ｇ０４Ｇ０２作者简介:岳鹏飞(１９８５－),男,吉林省吉林市人,硕士,结构工程师．高层住宅建筑结构设计实例分析
岳鹏飞(山东港通工程管理咨询有限公司,山东烟台 ２６４０００)
摘 要:本文结合某高层住宅建筑结构,(该建筑是属于抗震不规则、框支－剪力墙结构)设计实例,对该建筑的抗震设计进行详细分析,并提出抗震不规则结构设计的相应措施,希望对以后类似工程有借鉴作用.关键词:高层建筑;不规则性;结构设计中图分类号:TU９７３＋．３ 文献标识码:A 文章编号:１６７３Ｇ５７８１(２０１９)０３Ｇ０３７６Ｇ０２
０ 引 言本例为某一高层商住楼工程项目,总建筑面积比较大,地面３５层,地下一层,其中地下一层为停车场、消防通道,地面以上６层为商业,第七层为设备转换层,第八层以上则为高档住宅,其结构体系为剪力墙结构.本次工程中的业主对上部住宅以及底部商业层的质量要求相对比较高,原先打算设计成框支－剪力墙结构,但经过结构专业的不断优化,再加上建筑和业主的协调配合,适当地对上部住宅户型进行调整,并优化整合下部商业功能,最后决定改为剪力墙直接落地的剪力墙结构体系.同时根据建筑功能的必要性,对局部位置的少数剪力墙结构进行局部转化.本次工程由原先的B级高度的框支－剪力墙结构转换为A级高度的剪力墙结构,从而更好地提高了工程的安全性、合理性及经济性.另外原上部结构的总长度为８８m,是超过规范允许不设伸缩缝的长度７８％.从建筑工程的合理性、可行性及经济性出发,上部结构可以采用伸缩缝,将地下室顶板以上分为两个完全独立的结构单元,这两个结构单位中的左塔长度为３２．６m,右塔长度为５６m.按照剪力墙结构的抗震缝的最小宽度设计要求,本工程中两结构单元间的缝净宽度设计为３００mm.１ 结构设计优化处理以下将针对该建筑中两塔楼的主要抗震不规则情况提出相对应的结构处理方案.１．１ 扭转不规则该建筑中的部分楼层最大弹性水平位移(或者层间的位移)和该楼层两端的弹性水平位移(或者层间的位移)的比值为１．２~１．４,因此在本工程结构后续设计中,尽量做到优化刚度分布,最大程度加强边梁和边墙(柱)对扭转刚度的贡献,从而让扭转不规则得到改善;在对构件进行分析、设计时,设计师需要考虑到双向地震作用下的扭转影响.１．２ 高度、宽度比较大在A级高度剪力墙结构中,其结构高宽比建议性限值为“６”,而本项目中的左塔高宽比为７．８８,右塔高宽比则为６．８.因此可以看出本工程的高度比较大,已经超过１００m,所以设计师可以采用弹性时程分析法,来进行多遇地震下的补充计算.在进行风载、多遇地震下结构整体抗倾覆验算中,也包括是否需要地基基础的拉压提供抗倾覆弯矩的验算;另外还需要进行风载下舒适度的验算;大震下位移的验算可以采用静力弹塑性进行分析,以便让其能够满足规范要求,从而保证大震下的安全;同时,大震下的主要墙、柱的拉压力状况均需考虑进去,以便最大程度降低其破坏程度,并且可以通过加强配筋的方式,来让其延性得到提高.１．３ 平面的不规则因建筑要求,地面１~６层需要设置比较多的楼梯,这样会形成比较大的楼板开洞.针对这一要求,并结合建筑条件,在楼梯间尽可能形成剪力墙围合的筒,以便可以弥补因楼板开洞而削弱的剪力墙刚度;同时对１~６层楼板的整体刚度进行加强(不包括转换层),１~６层都是采用１５０厚的板并设置双层双向钢筋,配筋率可以适当地进行加强.１．４ 抗震薄弱因为楼电梯间开洞的缘故,８层以上住宅的楼板比较薄弱.因此连接板的刚度需要加强,可以采用１５０厚的板,同时设置双层双向钢筋以及提高配筋率.针对第２６层这一薄弱层,因为需要对建筑进行局部收进,虽然该收进的幅度比较小,并没有形成所谓的竖向不规则,不过按照时程分析结构,在该楼层附加还是存在一定的位移突变.针对此情况,同时采用的方案为控制好收进上下层的刚度比,防止出现高位的薄弱;并且针对第２６层楼板出现的一定位移突变,可以通过适当加强其上下剪力墙来解决.—６７３—工程设计GONGCHENGSHEJI岳鹏飞:高层住宅建筑结构设计实例分析
«工程与建设» ２０１９年第３３卷第３期３７７ ２ 分析整体结构２．１ 假定及模型的计算在本次结构中,可以采用到SATWE计算软件.根据设置好的结构缝,按照左塔、右塔结构的实际尺寸分别建立模型,并且建立到基础顶面.另外m为了验证“嵌固”层上下层侧向刚度,地下室部分取塔楼以外的１~２跨并入主体模型来进行整体分析,按照强制刚性楼板,把楼层位移角以及位移比计算出来,其他的则按弹性膜来计算.２．２ 地震作用下的剪力以及剪重比左右两塔在地震作用下的剪力及剪重比计算结果见表１、２.表１ 左塔底部剪重比(按模型第四层柱、墙底)荷载类型、方向指标项SATWEX向地震剪重比１．８８％Y向地震剪重比２．０８％表２ 右塔底部剪重比(按模型第四层柱、墙底)荷载类型、方向指标项SATWEX向地震剪重比１．４６％Y向地震剪重比１．６１％ 从表１、２中的计算结果可以看出,左塔底部剪重比均大于等于１．６％,是符合规范要求的;而右塔底部３层剪重只是稍微小于规范要求.在对该结构单元位移、整体稳定等其他指进行评定中,认定右塔的整体刚度比较合理.因此,只需要按照规范要求,对剪重比不达标的局部楼层进行相应的调整和处理.２．３ 运用动力时程分析法来对整体结构进行分析根据建研院提供的地震波并结合结构单元的动力特性,按照规范要求选择３条波,来进行多遇地震下的动力时程分析.采用３５cm/s２的主分量峰值加速度,０．５１s的设计特征周期以及０．０５的结构阻尼比.地震波需用天然波,左塔为US０６１、US２２３,右塔为US３７０、US０６１.左塔与右塔的人工波都为L７５０.底层剪力通过各时程波进行分析计算,将得出的结果和振型分解法计算结构进行比较,两者时程基本一致,每条时程曲线计算出的底部剪力、平均值不能低于振型分解反应谱法计算的６５％、８０％,这样才能满足规范要求.弹性时程分析的各楼层剪力评价值基本都低于振型分解反应谱法的结果.在顶部８个楼层的X向的地震剪力,其时程分析结果都大于CQC法.在进行后续设计时,按照时程分析的结果适当把该楼层的地震剪力进行放大,从而实现对构件强度及变形的控制.弹性时程分析平均值基本接近于振型分解反应谱法的结果,可以按照振型分解反应谱法的计算结果来进行施工图纸的设计.在计算位移角结果时,以看出弹性时程分析结果在第八层(裙房屋面处)以及第二十九层(局部收进层)处的体现比较明显,结构的刚度及位移都存在一定的变化,但指标基本上都符合相关的规范要求.所以设计师在设计施工图纸时,需要按照刚度突变对这两处进行适当的加强.３ 结束语随着高层住宅建设的快速发展,建设抗震规则合理的结构显得尤为重要.文章通过结合某一高层商住楼工程项目,为有效确保本项目的抗震规则合理性,在结构设计过程中采取了一系列的优化处理:将框支－剪力墙结构改用剪力墙直接落地的剪力墙结构体系;加强边梁和边墙(柱)对扭转刚度的贡献,从而改善扭转不规则;对１~６层楼梯间尽可能形成剪力墙围合的筒,以弥补因楼板开洞而削弱剪力墙刚度.经过一系列处理后的结构计算结果表明,结构剪力、剪重比以及位移比等参数符合规范要求.〔参考文献〕[１] 张志强．钢筋混凝土高层结构设计常见问题分析[J]．城市建筑,２０１３(８):５６．[２] 樊晓飞．钢筋混凝土高层结构设计过程中出现的问题探讨[J]．门窗,２０１３(２):３２０－３２１．[３] 李邱冀,赵丽,李晓娜．高层结构设计需控制的重要指标及处理方法[J]．科技传播,２０１１(５):１８３,１８１．[４] 周建龙,包联进,钱鹏．超高层结构设计的经济性及相关问题的研究[C]．第２３届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅰ册),２０１４－１０－１０:１００－１０８．—７７３—
