某复杂高层商住楼结构设计

1、2008年第4期总第118期福建建筑No42008Vol118某复杂高层商住楼结构设计王崇艳1,2白国良1(1.西安建筑科技大学710055;2.洛阳有色金属加工设计研究院471039)摘要:对某复杂高层商住楼进行了详细介绍,包括设计思想、设计要点与结构分析。重点讨论复杂高层计算模型的处理;解决了结构转换、短肢剪力墙布置等结构问题;对比分析SATWE和TAT两种程序计算结果。对类似工程具有一定的参考价值。关键词:复杂高层高位转换短肢剪力墙中图分类号:TU241.8文献标识码:A文章编号:1004-6135(2008)04-0007-03StructuralDesignofaComplexHig

2、h-riseBuildingWANGChong-yan1,2BAIGuo-liang1(1.XianUniversityofArchitectureandTechnology710055;2.ChinaNonferrousMetalProcessingogyCo.,Ltd.,471039)Abstract:Thestructuraldesignforthehigh-risebuildingincludthemainideaandkeystructuralanalysis.Empha2sesdiscussthedisposeofthemdodelofthecomplexstructuraltyp

3、e.Resthementofshortpiershearwall.AnalyzethecalculatedresultsofSATWEandTAT。Itwillbefthesimilarstructures.Keywords:complexstructuraltypehigh-leveltransferp,竖直线上,店、餐馆、,需要大小不同的开间,采用不同的结构形式。从建筑功能上,上部需要小开间的轴线布置,需要较多的墙体以满足旅馆和住宅的要求;下部公用部分,则希望有尽可能大的自由灵活空间,柱网要大,墙要尽量少。上述要求与结构的合理、自然布置趋势正好相反,为了满足建筑功能的要求,结构必须反常规设

4、计,设置转换层进行结构转换。通过结构转换层,用框架柱代替剪力墙以满足建筑功能的要求。短肢剪力墙住宅的最大特点是结合住宅建筑平面小开间、小进深以及层高较低等特点,利用窗间墙和部分纵横墙布置钢筋混凝土短墙肢,其间通过连梁和现浇钢筋混凝土楼屋面刚性板相连,形成短墙肢梁承重体系。某高层商住楼即是为满足建筑功能要求,采用上部为短肢剪力墙、剪力墙,下部为框支剪力墙的结构作者简介:王崇艳,女,1971年生,硕士研究生,高级工程师,国家一级注册结构工程师,从事结构工程科研与设计工作。收稿日期:2008-02-13体系。1工程概况该工程处于商业繁华地带,为一商住综合性的高层建筑。其地下1层为设备用房,埋深4.9

5、m;地上4层裙房为商业用房;以上均为住宅,层高3.0m。地上28层,总高87.8m。建筑平面布置如图2所示。抗震设防烈度为7度,设计地震分组为第一组。拟建场地为类场地土。基础采用钻孔灌注桩。受建筑功能的限制,为满足其使用和立面要求,主体结构下部为框架剪力墙结构,在5层通过结构转换层与上部剪力墙结构相接。转换层兼作设备用房,层高2.2m。根据本工程特点结构设计需处理好以下2个问题:首先是转换结构的选择,其次是短肢剪力墙的合理布置。2概念设计与结构布置本工程属于复杂高层建筑结构中带转换层的结构类型,且转换层在3层以上,属于高位转换。底部加强部位剪力墙及框支柱抗震等级为一级,底部加强部位以上剪力墙抗

6、震等级为三级,短肢剪力墙抗震等级为二级。2.1转换结构选型与布置由于结构竖向传力构件的不连续,造成结构上部© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 2008年第4期总第118期王崇艳等某复杂高层商住楼结构设计8大上部剪力墙的间距,减小墙肢长度和数量,改变墙厚等,调整转换层上下刚度,使其变化均匀,过渡平稳,等效侧向刚度尽量接近。为减少上部结构刚度,采用短肢剪力墙与筒体、一般剪力墙共同抵抗水平力的剪力墙结构。转换层以上剪力墙部分墙肢截面高厚比为58,属于短肢剪力

7、墙。框支柱是转换梁的支撑构件,其上作用的荷载比较大,而且,往往转换梁的刚度比框支柱大得多,为保证结构破坏不出现柱铰机构的不利破坏形态,必须保证框支柱具有足够的延性和变形能力,以耗散地震能量,减轻震害,因此,设计时控制框支柱的轴压比小于0.6,体积配箍特征值应比规范规定框架柱数值增加0.02,且配箍率不应小于1.5%,柱箍筋全高加密,柱纵向钢筋全部采用机械连接。转换层结构的结构形式,除要注意满足刚度、强度、延性的要求外,。转换层楼面受力较大,.楼盖还要承20cm,利于。2.2钢筋混凝土剪力墙住宅结构设计墙肢结构设计按照抗震设计要求,结合建筑平面布置在窗间墙及房间四角等布置成L形、T形或十字形短肢

8、剪力墙和一般剪力墙。短肢剪力墙结构抗侧移刚度主要取决于各墙肢刚度以及墙肢总量,墙肢太短或墙壁率太小,则结构荷载不能直接传给下部对应构件,而是通过转换结构的内力重分配,再向下传递。因此,转换构件相当重要而且受力比较复杂,必须保证转换结构可靠有效的工作。带转换层的高层建筑结构有其自身的结构弱点和缺陷,因此建筑抗震设计规范和高层建筑混凝土结构技术规程对其作出了严格的规定。常见的结构转换形式有梁式转换、厚板转换、箱形转换、桁架转换,斜柱转换等等,相对而言,梁式转换受力明确,传力简洁,计算模型简单,计算软件比较成熟,而且施工方便。本工程设计选用梁式转换。由于转换层上下结构形式不同,常常使得结构刚度在转换

9、层上下形成突变,对整体结构抗震极为不利,应极力避免出现这种情况,注意转换层上下主体结构的层间侧向刚度均匀3刚度小,水平地震作用下位移偏大,影响承载力、稳定性和正常使用。反之,结构刚度偏大,地震作用大,构件配筋增大甚至超筋,形成浪费。抗震设计时,筒体和一般剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不小于结构总底部地震倾覆力矩的50%。短肢剪力墙抗震等级比一般剪力墙抗震等级提高一级采用。其轴压比不大于0.51。3计算与数据分析整体结构计算采用中国建筑科学研究院研制开发的PKPM系列结构计算软件SATWE和TAT两种程序进行计算对比。二者均适用于计算平面和立面体型复杂的结构形式,真实地反映结构的受力性能。

10、在高层结构分析中,对剪力墙和楼板的模型化假定是关键,它直接决定了对高层结构分析模型的科学性,同时也决定了软件分析结果的精度和可信度。SAT2WE是空间组合结构有限元分析软件,采用空间杆单。为此,一方面应保证落地剪力墙肢的数量,适当增加底部墙肢厚度,框架柱断面适当增强,以加强底部刚度;另一方面应尽量拉© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 2008年第4期总第118期王崇艳等某复杂高层商住楼结构设计9元模拟梁、柱及支撑等杆件,用在壳元基础上凝聚而成的墙元模拟

11、剪力墙。TAT是三维空间分析程序,采用空间杆系计算梁柱等杆件,采用薄壁柱原理计算剪力墙。本工程虽为单塔体系,却属于复杂高层建筑,依据建筑抗震设计规范第5.2.2条规定:振型个数一般可以取振型参与质量达到总质量的90%所需的振型数2层,说明结构竖向布置匀称,刚度变化适度;最大层间位移2.16mm,与层高之比为1/1391,满足规范要求,位移控制较好;结构重要构件截面参数取值合理,转换大梁剪压比控制在0.17以下,框支柱轴压比控制在0.6以下;高位转换楼层侧向刚度满足不小于相邻上部楼层侧向刚度60%的要求。4结语4.1对于复杂结构体系,必须认真做好概念设计工。由于是高位转换,转换层质量较大,结构的

12、地震作用在转换层处有明显加大,尤以转换层位置在振型曲线振幅最大处或附近时更为显著,高振型的影响可能明显增大,计算地震力时振型数应适当增加,不宜少于15个,故本工程取18个振型,x方向有效质量系数91.35%,y方向有效质量系数90.34%。计算时需考虑耦连地震作用,由于建筑主体形状不规则,属于有斜交抗侧力构件结构,交角大于15度,应考虑相应角度的斜向地震作用。通过主要计算结果分析得出:SATWE和TAT两种软件计算结果比较接近,可以相互参考;两者计算的剪力重力比都在2%3%之间,说明地震作用计算适当;用,自振周期之比小于0.85,质1.1左右,(上接第6页)作,分析结构特点和难点,尽可能做到受

13、力明确,传力直接。找出简洁可靠的结构处理方式,做出总体结构布置。4.2总体结构计算的结果应当是对总体概念设计的量化和证实,因此,结构计算的模型应能较好的反映结构的实际工作状态。4.3对重要部位和关键构件,应进行必要的局部分析,采取相应的处理措施,。1-.:2002.2001,建筑抗震设计规范S.北:中国建筑工业出版社2001.3徐培福,傅学怡,王翠坤等.复杂高层建筑结构设计M.北京:中国建筑工业出版社2005.作道路,并因之产生相应建筑风格的建筑观。现代几何学在建筑专业中起着举足轻重的作用,让我们能够创造出独特的建筑外观,它是我们所期待的丰富性和多样性的视觉外化。作为一种观念,与几何构图手法相

14、辅相成并处于先决地位的几何建筑观之形成,即通过建筑构图手法去体现建筑的几何特征,必将由技术领域跨入建筑艺术范畴,并通过人类不懈的努力,来建造世间诗意的领地。参考文献1刘育东.建筑的涵意M.天津:天津大学出五结语:吴良铺先生在广义建筑学一书中,曾引用法国作家福楼拜尔的预言:“越往前进,艺术越要科学化,同时科学也要艺术化,两者从基底分手,回头又在塔尖结合”。吴先生指出:“事实上这种趋势是客观存在的,中外不少学者利用建筑学与自然科学、社会科学的交叉和现代科学的方法论,正循此方向努力。”而科学和艺术的结合的桥梁正是几何学。随着现代建筑学的发展,在建筑设计中,建筑造型必然表现为各种不同的几何形式,建筑的构成也离不开几何形体。因此,不妨说几何性是建筑的一种天然属性,任何一个建筑师也不能使他的作品脱离这种属性。建筑不可避免地与研究平面图形的平面几何学和讲究空间形体的立体几何发生密切的联系。建筑的这种明确的、直观的、强烈的几何特性