回字形建筑的结构设计与分析

回字形建筑的结构设计与分析摘要：回字形这种独特的建筑结构形式在设计时应综合分析比较，不仅要考虑其平面立面、体型的规则性、是否设置结构缝等，还要考虑其结构类型的选取。合理的结构方案对满足建筑功能、减少结构设计工作量、节省造价起到关键作用，本文对设计过程中结构方案形式及设计方法思路进行对比、分析、总结，为类似工程提供设计经验。

关键词：回字形建筑；结构方案；规则性；结构缝

一、工程概况

本项目位于北京大兴区，共分为A，B两栋建筑，本案例为A栋建筑，面积约3万m2，地上部分为4～5层办公、会议及培训中心，地下1层为多功能会议大厅及设备间、人防等。总长度约76m，总宽度71m，层高除首层4.5m，顶层4.8m外，其余均为4.1m，地下室层高9.7m。总高度21.6m（不含突出屋顶的小房间）轴网尺寸约为7.8mX8.4m，局部大跨度为24mX54m。建筑场地的抗震设防烈度为8度，0.2g，第二组。

二、结构方案分析

1、不设结构缝

根据《建筑抗震设计规范（2016年版）GB50010》（以下简称《抗规》）3.4.5条及条文说明：体型复杂的建筑并不一概提倡设置防震缝，可设置、可不设置时，不设缝。本项目平面长、宽总尺寸可不设置温度伸缩变形缝，施工阶段的温度应力可通过设置后浇带解决，且不用设置防止不均匀沉降的沉降缝。

基于以上设缝原则，初步判定不设置结构缝。其平面体型参见图1：

由图中可以看出：根据《抗规》第3.4节要求，此结构初步判断平面尺寸凹凸规则，中间楼板开大洞，属于楼板局部不连续，计入平面不规则1项。平面第五层用于南部多功能大厅屋面只做到第四层（竖向收进），而导致此层平面凹凸不规则，计入平面不规则2项。

从结构立面上看，竖向抗侧力构件连续，但第五层和第六层（小房间层）均存在局部体型收进，根据规范要求，第六层不计入体型收进范围。属于竖向不规则1项。

综上所述，本项目根据建筑尺寸的规则性初步判断为2项平面不规则以及1项竖向不规则，且在计算模型时还应保证扭转位移比不大于1.2，楼层抗侧力构件的受剪承载力不小于相临楼层的80%。

根据《抗规》3.4.1条及3.4.3条文要求，目前已有表3.4.3-1，2中的三项不规则，属于特别不规则结构，应进行专门研究和论证，故本方案不采纳。

2、设结构缝

结合以上分析结果，现采用设置防震缝将结构分割成两部分即：北侧的单体A及南侧的单体B，地下室仍为整体不分开（详图2）。

单体A，平面体型凹凸不规则，属于1项不规则。但竖向仅顶层出屋面小房间局部收进，不计入竖向不规则项。

单体B，平面凹凸规则，但楼板局部开大洞，属于楼板局部不连续，计入1项不规则，竖向第5层均存在竖向体型收进，第6层竖向收进由于是顶层小房间不计入不规则项。

综上可以得出：经初步分析，单体A为1项不规则，属于不规则结构，后期计算时位移比可大于1.2但不应大于1.5；单体B为2项不规则，属于不规则结构，后期计算时扭转位移比不应大于1.2。

参照《高层混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）》中的规定，地上部分通过结构缝分开而底部整体连接的部分（大底盘）为地下室，不属于多塔结构，不需进行包络设计。

三、结构体系的选取

1、钢筋混凝土框架结构

根据《抗规》规定，8度0.2g地区混凝土框架结构最大适用高度为40m，本建筑高度21.6m<24m，满足要求按多层设计，楼层内最大弹性层间位移不小于1/550。

单体A按框架结构建模型，经初步计算，柱最大截面950～1000mm，最大位移比大于1.2（如前所述共计2项不规则），其余整体指标如层间位移角、周期、振型等均满足规范要求。详见表1。

单体B按框架结构建模型，由于其楼板大开洞，连续跨数量少，局部存在大跨度屋面，经初步计算，柱最大截面1000～1200mm，最大位移比大于1.2（如前所述共计三项不规则，属于特别不规则结构），且其第一振型出现扭转（规范明确要求不准许），随经多次调整模型中的构件尺寸及布置，但总体指标无法达到规范要求。其计算结果见表1。

2、钢筋混凝土框架-剪力墙结构

根据《抗规》规定，8度0.2g地区混凝土框架结构最大适用高度为100m，本建筑高度21.6m，满足要求按多层设计；楼层内最大弹性层间位移不小于1/800。

单体A按框架-剪力墙结构建模型，经初步计算，柱最大截面700～800mm，墙体厚度450mm，最大位移比小于1.2（如前所述共计1项不规则），其余整体指标如层间位移角、周期、振型等均满足规范要求。详见表1。

单体B按框架-剪力墙结构建模型，经初步计算，柱最大截面700～1200mm，最大位移比不超1.2（如前所述共计2项不规则），其余整体指标如层间位移角、周期、振型等均满足规范要求。详见表1。

综上可知：采用框架-剪力墙结构无论从整体抗震总体指标方面还是在构件截面尺寸方面均满足设计和使用要求。

四、大跨度屋面方案分析

单体B南侧第四层（局部屋顶）存在局部大跨度结构，平面尺寸54mx24m，考虑到网架自重轻，安装简单，施工周期短，结合项目情况，将其与传统混凝土井字梁结构方案进行对比分析。

1、采用钢网架

根据《空间网格结构技术规程JGJ7-2010》要求，网架采用双向正交正放四角锥型，网格尺寸3mx3m，网架厚度2m，平面形状为矩形，采用多点支撑。其短向跨度中间12m位置由网架结构局部抬高起屋脊，屋面采用压型钢板屋面保温板，网架球型节点与屋面板之间采用薄壁C型钢檩条连接。此网架支座与底部混凝土结构连接时，采用X向约束，Y向南侧约束，Y向北侧自由的方案，有利于释放内部自应力，降低混凝土结构的水平受力减少配筋。其计算截面及用钢量详见表2.

网架结构除其自身优势外，因其整体自重较低，能有效减少整个结构的地震作用，减少其下部混凝土结构的截面尺寸和配筋。

2、采用钢筋混凝土井字梁

井字梁高按跨度（1/15～1/20）L，取为1.4m，梁间距为3.9mX3.6m，楼板厚度采用120m，挠度按1/300控制，施工时考虑1/500的预起拱，其计算结果及用钢量详见表2。

综上，除考虑施工周期，经济性外，还应结合建筑使用功能要求，虽然网架结构能有效减少自重，降低整个结构的地震作用，但因网架所占用空间较大，且其屋面板封闭、防水、隔声等效果较差，确定次方案时需经过建筑专业及使用单位的认可。

结语

本文针对回字形建筑结构的设计过程结合实际工程进行了详细阐述和归纳总结。由于具体项目的的复杂性和特殊性，遇到实际问题应具体问题具体分析，结合建筑使用功能和经济性，规避复杂结构形式，做出合理可行的结构设计方案。

参考文献：

[1]《建筑抗震设计规范》GB50011-2010，北京：中国建筑工业出版社，2010．

[2]《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010，北京：中国建筑工业出版社，2010．

[3]《建筑结构荷载规范》

GB50009-2012，北京：中国建筑工业出版社，2012．

[4]《空间网格结构技术规程》JGJ7-2010，北京：中国建筑工业出版社，2010

[5]《混凝土结构设计规范（2015年版）》GB50010-2010，北京：中国建筑工业出版社，2010

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对于构造钢筋混凝土墙体，采取设计铰接可以有很多方式，钢筋连接需要注意，将承重墙体的钢筋与构造墙体分离式连接，增加延性好的金属连接件；模型计算时应将模型进行对比，利用构件定义功能削弱构造墙体部位的刚度，并根据《高层建筑混凝土结构技术规程》合理取值周期折减系数，将布置了构造墙体的模型与仅有梁的结构计算模型调整相近；周期折减系数可根据《高层建筑混凝土结构技术规程》4．3．16条计算各振型地震影响系数所采用的结构自振周期应考虑非承重墙体的刚度影响予以折减；4．3．17条当非承重墙体为砌体墙时，高层建筑结构的计算自振周期折减系数可按下列规定取值：1、框架结构可取0.6～0.7；2、框架-剪力墙结构可取0.7～0.8；3、框架-核心筒结构可取0.8～0.9；4、剪力墙结构可取0.8～1.0，对于其他结构体系或采用其他非承重墙体时，可根据工程情况确定周期折减系数，构造墙体可按楼板配筋模拟，且根据风压分段复核板配筋。

由于构造墙体厚度仅60mm~80mm，故实际墙体内侧与剪力墙存在厚度差120mm~140mm，此部分厚度差可采用砌筑高精砌体加一定的防水处理措施来保证构造墙体部位的防水及保温节能计算，使该部位建筑节能计算及热桥计算能满足当地规范要求；且由于构造墙体作为外围护结构，就算铝模爬架上升无外架，也不影响该处墙体砌筑及装修。

五、结论

将分散的材料改变为统一标准集中加工、改善工人工作环境是建筑工业化的目的，也是目前装配式建筑发展的主要方向；随着人们生活要求的提高以及技术的不断进步，装配式节点连接及构件的优化也将不断的更新；装配式构件的批量化生产的目的绝对不是产能提升带来的建设高速发展，而是不断适应建设需要，设计出更简单的施工方式和更轻便的构件，减少不必要的运力输送及设备投入；装配式构件最终的指导，还是要以结构受力计算模型辅助，连接构件的二次深化模型的BIM系统预演拼装；装配式建筑的构件连接及受力构件不会止步于现有的做法，必将更新出