簡(jiǎn)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其實(shí)例計(jì)算分析探討

1、簡(jiǎn)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其實(shí)例計(jì)算分析探討摘要:對(duì)于高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，筒體結(jié)構(gòu)是其中可選用的結(jié)構(gòu)形式合理地結(jié)構(gòu)布置以及設(shè)計(jì)將使得結(jié)構(gòu)更安全與經(jīng)濟(jì)性。本文從理論出發(fā),結(jié)合某筒中筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)案例，探討了筒中筒結(jié)構(gòu)布置以及設(shè)計(jì)的相關(guān)技術(shù)要求，結(jié)合實(shí)例來(lái)加以詮釋，為同行提供參考。關(guān)鍵詞:結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)筒中筒結(jié)構(gòu)布置計(jì)算分析1筒體結(jié)構(gòu)布置對(duì)于筒體結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，首先要采取合理的結(jié)構(gòu)布置，才能有效地確保結(jié)構(gòu)的安全以及經(jīng)濟(jì)性。在一般工程中，筒體結(jié)構(gòu)由于該結(jié)構(gòu)類型在外筒或外框簡(jiǎn)采用密排柱，因此而限制了建筑物底部的使用，但為了能有效地滿足建筑使用要求，大多是在筒體結(jié)構(gòu)底層采用大空間，從而造成相鄰層的豎向構(gòu)件不貫通，在此間需要采用轉(zhuǎn)換層

2、設(shè)計(jì)。對(duì)于筒體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層及其以下各層結(jié)構(gòu)布置時(shí)需要慎重地考慮，具體布置時(shí)結(jié)合筆者工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)以下幾點(diǎn)。對(duì)于筒中筒或者框架核心筒結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，其結(jié)構(gòu)的內(nèi)筒以及核心筒應(yīng)當(dāng)從上到下貫通處理，同時(shí)對(duì)于轉(zhuǎn)換層以下的筒體墻厚必須采取加厚處理。(2)對(duì)于筒中筒結(jié)構(gòu)的底層或底部幾層的抽柱應(yīng)充分考慮建筑的使用要求以及建筑立面設(shè)計(jì)要求進(jìn)行。同時(shí)對(duì)于抽柱位置適宜采取均勻?qū)ΨQ，避免一側(cè)抽柱一側(cè)不抽的情況，而且禁止抽取角柱，抽柱方式采用隔一抽一原則進(jìn)行，不應(yīng)連續(xù)抽去多于2根以上的柱，且其位置應(yīng)在建筑物中部，對(duì)稱主軸附近。（3）對(duì)于結(jié)構(gòu)底層或底部幾層抽柱后,可考慮采取預(yù)應(yīng)力梁或者桁架等結(jié)構(gòu)形式來(lái)支撐上部密排柱。（4）轉(zhuǎn)

3、換構(gòu)件上、下層的側(cè)向剛度比同時(shí)應(yīng)滿足規(guī)范要求，避免抽柱后形成側(cè)向剛度比的不足。（5）對(duì)于轉(zhuǎn)換層上、下部結(jié)構(gòu)質(zhì)量中心宜接近重合（不包括裙房）。2筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)2.1計(jì)算程序的判斷筒體結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析應(yīng)符合高規(guī)和建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的有關(guān)規(guī)定，采用三維空間分析方法進(jìn)行內(nèi)力分析。對(duì)B級(jí)高度或體型復(fù)雜的筒體結(jié)構(gòu)應(yīng)采用兩個(gè)或兩個(gè)以上不同力學(xué)模型的空間分析程序進(jìn)行內(nèi)力分析和比較，考慮雙向水平地震下的扭轉(zhuǎn)地震作用效應(yīng)、并應(yīng)采用時(shí)程分析法進(jìn)行多遇地震下的補(bǔ)充計(jì)算。尤其是對(duì)于外孔較大、整體較差、有較長(zhǎng)外伸段或相鄰層剛度突變的樓蓋，在側(cè)向荷載作用下，須考慮樓蓋變形對(duì)筒體結(jié)構(gòu)部分豎向構(gòu)件的不利影響，一般應(yīng)按樓板有限

4、剛度進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體分析。如采用樓板剛度無(wú)限大的假定計(jì)算,則構(gòu)件的最不利內(nèi)力宜乘以1.11.2的增大系數(shù)。對(duì)于筒體結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，其難免地出現(xiàn)框架梁搭接在筒體上。對(duì)于框架梁與筒墻之間的支承條件計(jì)算應(yīng)采取合理的假設(shè)。支承在核心筒外路上的框架梁的支承條件可按以下情況分別確定:（1）沿著梁的軸線方向有墻相連接時(shí)，可按剛接。（2）核心筒外墻厚度大于0.4LaE（梁的縱向主筋錨固長(zhǎng)度）且梁端內(nèi)側(cè)樓板無(wú)洞情況時(shí)可假設(shè)為剛接；對(duì)于在梁支座處另設(shè)附墻柱時(shí)則可考慮剛接計(jì)算。2.2帶轉(zhuǎn)換層的筒體結(jié)構(gòu)分析對(duì)于某些筒體結(jié)構(gòu)存在帶轉(zhuǎn)換層情況，這時(shí)對(duì)于帶轉(zhuǎn)換層的筒中筒結(jié)構(gòu)一般應(yīng)進(jìn)行不抽柱的三維空間整體分析與抽柱后的三維空間整體分析

5、（其計(jì)算模型應(yīng)能反映或模擬轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀態(tài)，轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)以下部分可取不帶剛域桿單元即純桿單元），并對(duì)其側(cè)向變形與主要桿件的內(nèi)力進(jìn)行比較，其側(cè)向?qū)娱g變形不應(yīng)有突變，而且對(duì)于框筒柱組合的軸力設(shè)計(jì)值增加不宜小于80%,其組合的剪力設(shè)計(jì)值不宜增大30%。（2）對(duì)于采用斜撐轉(zhuǎn)換、拱轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)時(shí)，宜采用抽柱前最大組合軸力設(shè)計(jì)值對(duì)其進(jìn)行筒化補(bǔ)充計(jì)算，并與整體空間三維計(jì)算結(jié)果相比較。（3）帶轉(zhuǎn)換層的筒體結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析的其他規(guī)定，同時(shí)應(yīng)該按照高層混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。2.3內(nèi)力調(diào)整（1）對(duì)于框架樓層總剪力的調(diào)整，從國(guó)內(nèi)外較多的震害現(xiàn)象表明，框架一核心筒結(jié)構(gòu)在強(qiáng)烈地層作用下，框架柱的損壞程度明顯大

6、于核心筒,為了提高框架柱的承載能力，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整各框架柱的地震剪力。同時(shí)高規(guī)明確規(guī)定，對(duì)于高層結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對(duì)各層框架柱的地震剪力進(jìn)行調(diào)整，具體調(diào)整內(nèi)容及方法同框架一剪力墻結(jié)構(gòu)。（2）構(gòu)件的內(nèi)力調(diào)整。從模型試驗(yàn)結(jié)果分析表明，當(dāng)采用薄壁桿系模型進(jìn)行三維整體分析時(shí)，由于裙梁的存在，框筒柱的實(shí)際軸向變形比按純桿件計(jì)算的軸向變形小，水平荷載下，外框筒的計(jì)算內(nèi)力值將偏小因此,在計(jì)算時(shí)宜對(duì)框筒柱的單元軸向剛度進(jìn)行修正，乘以放大系數(shù)1.051.1。連梁的剛度折減。核心筒外墻門(mén)洞口的連梁的剛度折減系數(shù)不宜小于0.5，當(dāng)墻肢受彎承載能力很強(qiáng)且連梁的過(guò)早屈服或破壞對(duì)其承受豎向荷載影響不大時(shí)，可取較小的剛度折減系

7、數(shù)，并按其內(nèi)力分析結(jié)果，對(duì)墻肢進(jìn)行截面設(shè)計(jì)。3工程實(shí)例某大酒店建筑地下2層，地上34層，裙房2層。平面為缺角三角形，如圖1所示。對(duì)于結(jié)構(gòu)主體高度為106.95m總高度112.8m,如圖2所示，整個(gè)酒店的建筑面積為36836m2。建筑所在地區(qū)的抗震設(shè)防烈度為8度,該酒店抗震設(shè)防類別為丙類，場(chǎng)地列別為皿類場(chǎng)地。本工程采用鋼筋混凝土筒中筒結(jié)構(gòu)，外筒為框架筒體，除沿每一三角形邊設(shè)置6根柱子用裙梁相連形成框架外，三角形缺角部分為剪力墻，構(gòu)成角部較強(qiáng)的邊框。同時(shí)利用無(wú)窗洞的上下設(shè)備層形成兩道剛件環(huán)梁，以提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力剛度、減少結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移外框筒自地面以上高度為106.95m,高寬比為3.45,外框筒柱

8、距3.6m,由于標(biāo)難層以上樓面均有挑出陽(yáng)臺(tái)，窗裙梁只能設(shè)置于樓板以下，其高度為00.7m,高跨比為1/3,外框筒開(kāi)洞率為34.8%。內(nèi)筒為由墻體組成的核心筒，墻體的布置主要適應(yīng)電梯、樓梯、衛(wèi)生問(wèn)、機(jī)房及管道豎井等平面布置的需要。內(nèi)筒高度為112.8m,邊長(zhǎng)為18m,高寬比為6.27。由于一層、二層有門(mén)廳、餐廳等大開(kāi)間的需要，部分剪力墻不能落地,而采用了部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)。為保證一層、二層框支剪力墻的地震力能可靠傳遞，防止上下層剛度突變，故利用二層以上設(shè)備層做成剛性過(guò)渡層，此層之頂板及底板做成200mm厚之現(xiàn)澆混凝土板，與墻體形成一空間箱型結(jié)構(gòu)。外框筒墻厚采用外平內(nèi)收分段減小厚度（由550400

9、mm）,內(nèi)框筒墻厚采用內(nèi)平外收分段減小厚度（由500300mm）?，F(xiàn)澆普通粱板結(jié)構(gòu)，考慮到溫度影響和結(jié)構(gòu)變形等因素，樓板與內(nèi)筒之間的連接按鉸接。部分電算結(jié)果見(jiàn)表1所示。另外,考慮功能要求，主樓和裙房之間從下到上均未設(shè)置沉降經(jīng)，而是采取調(diào)整沉降差異及待主樓施工完畢再施工裙房的辦法，并將裙房樓蓋與主樓的連接做成餃接。基礎(chǔ)為箱型基礎(chǔ)加摩擦校的聯(lián)合基礎(chǔ)。沿主樓內(nèi)外筒墻下布置預(yù)制鋼筋混凝土長(zhǎng)樁，裙房墻下則布置短樁。樁基承受全部上部荷載，箱基則僅考慮20%的基底反力及水浮力進(jìn)行局部彎曲計(jì)算。因箱基兼做承臺(tái)，故還講行沖切驗(yàn)算。由計(jì)算結(jié)果表明，主樓的內(nèi)筒起主要作用：內(nèi)筒在結(jié)構(gòu)小下部承擔(dān)了70%的剪力,隨層數(shù)的

10、增加逐漸降低，到結(jié)構(gòu)頂層，內(nèi)筒堵體各薄壁柱出現(xiàn)變號(hào)現(xiàn)象時(shí)，外筒才承擔(dān)了較大剪力。在結(jié)構(gòu)底部，內(nèi)筒也承擔(dān)了約80%的彎矩,直到25層時(shí)，外筒才承擔(dān)利了約75%的彎矩頂部因剛性環(huán)梁的約束，內(nèi)力變號(hào)，內(nèi)筒又承擔(dān)了較大的彎矩。與水平力成任何角度的外框柱軸力分布都存在著剪力滯后現(xiàn)象。但由于高寬比較小(3.45)，空間作用好，外筒角校剛度大，裙梁較矮(700mm),柱梁剛度比大，加之在結(jié)構(gòu)底部和頂部設(shè)置了兩道環(huán)梁，故剪力滯后現(xiàn)象不很嚴(yán)重，曲線乎緩,各柱軸力基本均勻。4結(jié)論鑒于筒體結(jié)構(gòu)在高層建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用情況，文章結(jié)合筆者工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以及某高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例，對(duì)該高層建筑中筒中筒結(jié)構(gòu)布置，計(jì)算分析及相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了簡(jiǎn)要的闡述和分析