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某超限高層商業(yè)樓的結構設計分析
隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，商業(yè)建筑迎來了蓬勃發(fā)展的時期，下面是小編搜集整理的一篇探究高層商業(yè)樓結構設計的論文范文，歡迎閱讀參考。
在建筑功能不斷集成的過程中，出現(xiàn)了一系列的結構問題：體量大、體型復雜、大跨、開洞等，因此現(xiàn)代商業(yè)建筑對結構設計的要求越來越高。本文將結合工程實例，總結超限高層商業(yè)建筑的結構設計方法，為此類項目的設計提供參考。
1工程概況
某工程由1棟6層商業(yè)樓，4棟超高層住宅樓，1棟59層超高層辦公樓組成。本文以6層商業(yè)樓為例，分析總結超限高層商業(yè)建筑的結構設計方法。結合6層商業(yè)樓的建筑功能和結構平面布置的特點，設兩道防震縫將其分為A、B、C三個區(qū)，分區(qū)后僅A區(qū)屬超限高層，故本文主要介紹商業(yè)樓A區(qū)，下文所提商業(yè)樓均指商業(yè)樓A區(qū)。
本工程所在地區(qū)基本設防烈度為6度，設計基本地震加速度為0.05g,設計地震分組為第一組，建筑場地類別為Ⅱ類，場地特征周期，多遇地震為0.35s,罕遇地震為0.40s.商業(yè)A區(qū)結構單元抗震設防類別為重點設防類，應按高于本地區(qū)抗震設防烈度提高一度的要求加強其抗震措施，故商業(yè)樓框架抗震等級應為2級。多遇地震計算時結構阻尼比取0.05,風振計算時結構阻尼比取0.02.
2基礎設計
商業(yè)樓基礎設計等級為甲級，采用樁加防水板基礎。根據(jù)前期試樁檢測報告結論，采用Φ700鉆孔灌注樁，抗壓兼抗拔樁。基礎埋深12.1m,遠大于建筑結構高度的1/18.經(jīng)復核，風荷載及水平地震作用下基底均不出現(xiàn)零應力區(qū)，可滿足高層建筑結構抗傾覆穩(wěn)定要求。
3地下車庫設計
地下車庫采用框架剪力墻結構，局部增加的剪力墻，主要有兩個作用：一是為了使得地下1層與地上1層的剪切剛度比大于2,滿足正負零作為地上單體嵌固端的要求，二是為了更好地保證室內(nèi)外高差處水平力的傳遞。商業(yè)樓室內(nèi)及室外相關范圍內(nèi)，正負零零層采用梁板式結構，板厚180~250,雙層雙向配筋，且配筋率不小于0.25%.
4上部結構設計
(1)超限情況的判定
根據(jù)“住房和城鄉(xiāng)建設部關于印發(fā)《超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點》的通知(建質(zhì)〔2010〕109號)”,對商業(yè)樓的超限情況判定如下：商業(yè)樓結構高度29.2m,采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結構，屬于A級高度高層建筑，高度不超限。商業(yè)樓3層以上豎向構件縮進大于25%,屬尺寸突變(立面收進);商業(yè)樓地上樓層存在多處樓板有效寬度小于50%,開洞面積大于30%的情況;④商業(yè)樓3層和4層之間質(zhì)心相差達18m,大于相應邊長的15%,同時，考慮偏心扭轉(zhuǎn)位移比大于1.2,小于1.4.
綜合以上分析，商業(yè)樓屬于超限高層建筑。
(2)上部結構計算分析
在小震作用下，全部結構處于彈性狀態(tài)，構件承載力和變形應該滿足規(guī)范的相關要求。根據(jù)《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》JGJ3-2010第5.1.12條的要求，本工程采用SATWE與PMSAP兩種不同分析軟件分別進行了整體內(nèi)力及位移計算，兩種軟件的計算結果基本一致，結構體系滿足承載力、穩(wěn)定性和正常使用的要求。樓層最大位層間移角小于1/550,滿足JGJ3-2010第3.7.3的要求;在剛性樓板假定下，慮偶然偏心影響的規(guī)定水平地震力作用下，豎向構件的最大水平位移和層間位移與該樓層平均值的比值均小于1.4.
根據(jù)建筑抗震設計規(guī)范GB50011-2010第5.1.2條，對不規(guī)則建筑應采用時程分析進行多遇地震下的補充計算。本工程所選的三條波為TH2TG035、TH4TG035、RH4TG035,每條時程曲線計算得到的結構底部剪力均大于CQC法的65%,三組時程曲線計算得到的底部剪力平均值大于CQC法計算得到的底部剪力的80%,故所選三條波滿足規(guī)范要求。時程分析的結果表明，結構體系無明顯薄弱層，時程分析法包絡值較CQC法計算結果小，故結構的小震彈性設計由CQC法計算結果控制。
根據(jù)高層建筑混凝土結構技術規(guī)程JGJ3-2010第5.1.13條的要求，對商業(yè)樓采用彈塑性靜力分析方法進行了補充計算。兩個方向罕遇地震下性能點最大層間位移角均小于1/50,小于規(guī)范彈塑性位移角限值，因此宏觀上商業(yè)樓所用結構體系能保證大震不倒的設計要求。
在通過二階段設計實現(xiàn)三個水準的基本設防目標以外，針對本工程的具體情況，提出了以下抗震性能化目標：設防地震作用下，中庭連廊等薄弱處樓板內(nèi)雙層雙向鋼筋不屈服;設防地震作用下，懸挑梁根部框架柱及大跨梁兩端相連框架柱斜截面抗剪按彈性設計，正截面抗彎按不屈服設計;PMSAP樓板應力分析結果表明，中庭連廊根部、平面凹口陰角位置一般為應力集地區(qū)域，在多遇地震作用下，樓板主拉應力不大于混凝土抗拉強度標準值，樓板不會開裂，在設防地震作用下，應力集中位置樓板主拉應力略大于混凝土抗拉強度標準值，但適當加大樓板配筋，即可滿足樓板內(nèi)鋼筋不屈服。
在設防地震作用下，利用SATWE進行彈性設計和不屈服設計，分別校核懸挑梁根部框架柱及大跨梁兩端相連框架柱的箍筋和縱筋，并與多遇地震計算結果一起進行包絡設計。計算結果表明，配筋值均在合理范圍，配筋切實可行。通過以上性能化設計措施，在對結構的經(jīng)濟性影響較小的情況下，提高了結構的抗震性能，增加了建筑的安全性。
(3)上部結構設計
針對偏心布置和扭轉(zhuǎn)不規(guī)則，設計時，盡量使結構抗側(cè)力構件在平面布置中對稱均勻布置，避免剛度中心與質(zhì)量中心之間存在過大的偏離;加強外圍構件的剛度，增強結構的抗扭性能。計算時，考慮偶然偏心的影響，設計時適當加強受扭轉(zhuǎn)影響較大部位構件的強度、延性及配筋構造。通過調(diào)整結構布置，將考慮偶然偏心下的最大位移比嚴格控制在1.4以下，第一扭轉(zhuǎn)周期和第一平動周期比嚴格控制在0.9以下。
針對立面收進帶來的扭轉(zhuǎn)不利影響而采取的抗震措施詳?shù)?1)條。構造上，對收進樓層(4層)加厚至140mm且雙層雙向加強配筋，配筋率不小于0.25%,但為減小大跨部分樓板自重，室內(nèi)大跨度區(qū)域樓板厚120mm,屋面大跨度區(qū)域樓板厚130mm,收進部位上下層樓板(3層和5層)厚度不小于120mm,并雙層雙向加強配筋。根據(jù)《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程JGJ3-2010》的相關規(guī)定，體型收進部位上、下各兩層塔樓周邊豎向結構構件的抗震等級提高一級，框架柱在此范圍內(nèi)箍筋全高加密，提高縱筋配筋率;收進部位以下兩層結構周邊豎向構件配筋加強。
針對因開洞形成樓板不連續(xù)情況，整體計算時按實際開洞情況建模，并將以上樓層定義為彈性膜，以考慮樓板不連續(xù)對結構的影響;同時，構造加厚連廊等薄弱區(qū)域樓板至130mm厚，并雙層雙向配筋，配筋率不小于0.25%.
5結語
本文對某超限高層商業(yè)樓的結構設計進行了簡要介紹，主要的設計要點可總結如下：(1)結合建筑功能和結構布置合理設縫，規(guī)避平面布置的不規(guī)則;(2)優(yōu)化布置結構抗側(cè)力構件，適當加強外圈構件的剛度，提高結構的抗扭性能;(3)采用兩種軟件進行多遇地震彈性分些，結構應滿足相應的強度和剛度要求;(4)對結構進行多遇地震下的彈性時程分析，驗證結構體系的合理性，并與振型分解反應譜法進行包絡設計;(5)補充罕遇下的靜力彈塑性分析，控制性能點層間位移角不大于規(guī)范要求;(6)根據(jù)工程的具體情況，提出合理的抗震性能化設計目標;(7)利用概念設計原理，結合規(guī)范要求，對薄弱部位進行構造加強。
參考文獻：
[1]呂西林.超限高層建筑工程抗震設計指南[M].上海：同濟大學出版社，2005.
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