鋼骨混凝土在某高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

摘要：在某高層框支剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用了鋼骨混凝土組合結(jié)構(gòu)，探討了其設(shè)計(jì)、計(jì)算方法、構(gòu)造措施及經(jīng)濟(jì)性。結(jié)果表明鋼骨混凝土組合結(jié)構(gòu)能同時(shí)滿足設(shè)計(jì)和經(jīng)濟(jì)效益要求，是一種值得推廣的良好的結(jié)構(gòu)體系。

關(guān)鍵詞：大底盤雙塔樓結(jié)構(gòu)，鋼骨混凝土柱，截面形式，鋼骨含鋼率

1.引言

大底盤雙塔樓高層建筑是由底部幾層做為大底盤，上部采用兩個(gè)塔樓作為主體結(jié)構(gòu)而組成，是近幾十年來發(fā)展起來的一種新型、復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體系，其受力性能、破壞形式和計(jì)算方法均較一般高層建筑復(fù)雜得多，故屬于超出國家現(xiàn)行規(guī)范、規(guī)程所規(guī)定的適用高度和適用結(jié)構(gòu)類型、體型特別不規(guī)則以及有關(guān)規(guī)范、規(guī)程規(guī)定應(yīng)進(jìn)行抗震專項(xiàng)審查的“超限高層建筑工程”。大底盤雙塔樓結(jié)構(gòu)是當(dāng)前高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所面臨的一個(gè)新課題。

2.工程概況

中廣大廈是集辦公、住宅、商場、餐飲和娛樂為一體的大型高層綜合性建筑，包括A、B、C三棟高層塔樓、裙房5層和2層地下室。地下2層為設(shè)備用房和汽車庫，其人防等級為6級。地上1～5層裙房為商場。A、B棟塔樓為6～26層蝶形平面的高層住宅，房屋高度89.1m，包括局部突出在內(nèi)，建筑總高度為106.1m。C棟塔樓為6～28層大空間辦公室，房屋高度99.6m，包括局部突出在內(nèi)，建筑總高度為118.8m。5層商場總面積為26745m2，總建筑面積100010m2。因房屋總長度遠(yuǎn)超過鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)伸縮縫最大間距55m的限值，為此設(shè)二道抗震縫將房屋分為三段，形成三個(gè)結(jié)構(gòu)單元。即A、B棟高層為大底盤雙塔樓；C棟為獨(dú)立帶裙房的框架剪力墻結(jié)構(gòu)高層建筑；其余為框架結(jié)構(gòu)。建筑抗震設(shè)防類別均為乙類，場地類別為Ⅱ類?；A(chǔ)采用鋼筋混凝土平板式筏形基礎(chǔ)，底板厚度分別為1600mm、1800mm，持力層為強(qiáng)風(fēng)化砂巖，地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值400Kpa，壓縮模量Es=12～17Mpa，結(jié)構(gòu)安全等級為一級，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50年。本文以A、B棟為研究對象。

2.1結(jié)構(gòu)布置特點(diǎn)

A、B棟高層為滿足上部住宅建筑的舒適性、規(guī)則性要求及下部5層商場大空間的使用要求，采用5層大底盤雙塔樓框支剪力墻結(jié)構(gòu)，在5、6兩層中間利用設(shè)備層做轉(zhuǎn)換層，采用梁式轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換層設(shè)置標(biāo)高為23m。高寬比為3.22，長寬比為4.13，轉(zhuǎn)換層上下剪切剛度比值γ=1.395。主要特點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：

⑴房屋高度超限。A、B棟高層房屋高度為89.1m，超過了規(guī)范中框支剪力墻結(jié)構(gòu)8度區(qū)適用高度80m的限值[1]；

⑵采用雙塔樓聯(lián)體結(jié)構(gòu)，質(zhì)量、剛度分布不均勻，豎向不規(guī)則；

⑶高位轉(zhuǎn)換。在5、6兩層之間利用設(shè)備層做轉(zhuǎn)換層，標(biāo)高23m，超過了規(guī)范中8度區(qū)轉(zhuǎn)換層宜控制在3層以下的限值[1]；

⑷由于住宅建筑平面的要求，局部存在二次轉(zhuǎn)換；

⑸由于商場使用功能的限制，A、B棟塔樓的落地剪力墻數(shù)量偏少，且大都布置在商場后部，主體結(jié)構(gòu)與大底盤中心的偏心矩與底盤尺寸之比大于0.2；

⑹6～26層住宅部分在外圍剪力墻局部開設(shè)角窗。

2.2構(gòu)造措施

結(jié)構(gòu)的主要不利因素為：框支剪力墻結(jié)構(gòu)在轉(zhuǎn)換層以下，支撐框架與落地剪力墻并存，形成了“支撐框架—剪力墻”體系。因此，支撐框架成為整個(gè)結(jié)構(gòu)的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。這種結(jié)構(gòu)體系存在高位轉(zhuǎn)換時(shí)，由于在轉(zhuǎn)換層附近的剛度、內(nèi)力和傳力途徑發(fā)生突變，易形成薄弱層，對抗震不利。同時(shí)，支撐框架柱要直接承擔(dān)：a、上部結(jié)構(gòu)傳來的重力荷載；b、上部剪力墻由于傾覆力矩產(chǎn)生的軸力；c、樓板未間接傳給落地剪力墻的部分荷載轉(zhuǎn)化為地震水平剪力這三部分荷載。這樣使得轉(zhuǎn)換層以下支撐框架柱的內(nèi)力遠(yuǎn)大于計(jì)算分析結(jié)果。對此主要采取以下措施：

⑴在塔樓范圍內(nèi)五層以下框支部分采用鋼骨混凝土柱，鋼筋混凝土梁混合結(jié)構(gòu)，作為解決高位轉(zhuǎn)換和高度超限的一項(xiàng)重要措施；

⑵A、B棟塔樓的裙房屋面板，在塔樓高振型的影響下，承受較大反復(fù)作用下的縱向拉壓力及橫向剪力，受力十分復(fù)雜。同時(shí)，由于建筑使用功能的要求，在裙樓中部開設(shè)大洞以便設(shè)置電梯，對樓板削弱較大。針對這一不利因素，在設(shè)計(jì)中采用了加強(qiáng)開大洞處樓板四周梁的斷面及配筋，加大樓板厚度，增設(shè)斜筋的措施；

⑶由于上部住宅為蝶形平面，在轉(zhuǎn)換層個(gè)別部位出現(xiàn)了二次轉(zhuǎn)換梁。根據(jù)規(guī)定：轉(zhuǎn)換層上部的豎向抗側(cè)力構(gòu)件宜直接落在轉(zhuǎn)換層的主結(jié)構(gòu)上[1]。當(dāng)結(jié)構(gòu)豎向布置復(fù)雜，框支主梁承托剪力墻并承托轉(zhuǎn)換次梁及其上剪力墻時(shí)，應(yīng)進(jìn)行應(yīng)力分析，按應(yīng)力校核配筋，并加強(qiáng)配筋構(gòu)造措施。B級高度框支剪力墻高層建筑的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層，不宜采用框支主、次梁方案。針對這一不利因素，我們采取了加強(qiáng)框支主梁的配筋構(gòu)造措施，并在框支主梁的下部配筋區(qū)設(shè)置鋼梁的措施；

⑷在住宅部分開設(shè)角窗，削弱了剪力墻結(jié)構(gòu)體系的整體性，對其抗震性能帶來了不利影響，改變了剪力墻與框支梁之間的傳力方式。針對這一不利因素，應(yīng)該從受力計(jì)算和構(gòu)造措施兩方面予以加強(qiáng)處理。

3.計(jì)算結(jié)果分析

3.1總體計(jì)算結(jié)果

地震影響系數(shù)采用的數(shù)值：多遇地震0.16，罕遇地震0.9，阻尼比取0.05限值[2]。設(shè)計(jì)參數(shù)：地震烈度8度，場地土類別Ⅱ類，抗震等級框架、剪力墻均為一級；樓層自由度數(shù)：每個(gè)塔樓每層3個(gè)自由度；地震作用按側(cè)剛分析模型考慮扭轉(zhuǎn)耦連，用18個(gè)振型計(jì)算，固定端取在±0.000處。

采用中國建筑科學(xué)研究院的PKPM系列中的SATWE和TAT兩種不同程序分別進(jìn)行對比計(jì)算，其總體計(jì)算結(jié)果接近。下面列出SATWE和TAT的計(jì)算結(jié)果。

3.2SATWE計(jì)算結(jié)果分析

下面以SATWE程序?yàn)橹鬟M(jìn)行分析：

⑴自振周期在合理范圍之內(nèi)，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期與平動(dòng)為主的第一自振周期之比為0.9，滿足規(guī)范要求；

⑵底層剪重比>3.2%，最大層間位移和頂點(diǎn)位移<1/1000，均滿足規(guī)范要求；

⑶時(shí)程分析的最大位移均不超過反應(yīng)譜法計(jì)算的位移值，Y向樓層剪力，X、Y向樓層彎矩均不超過反應(yīng)譜法計(jì)算的樓層剪力及樓層彎矩，僅X向樓層剪力TAF-2波大于反應(yīng)譜法，但三個(gè)波的平均值仍小于反映譜法樓層剪力。動(dòng)力時(shí)程分析復(fù)核結(jié)果表明，不需要調(diào)整個(gè)樓層構(gòu)件的內(nèi)力和斷面配筋。

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