浅析关 于超限建筑裙房结构设计
摘要: 随着时代的发展,高层的建筑在一些结构设计上也变得更加的合理和科学。本篇文章将结合一些实际考察出来的结构设计进行说明,同时结合这些实际的情况和数据来对建筑当中结构设计进行一定程度上的研究,通过不同的建筑物之间的对比,我们对这些结构进行深入的分析和探讨。

在实际的建造过程当中,可能会出现一些超限的建筑,这些建筑的裙房结构都是有一些设计和研究的。本次我们将以曾经调查过的一个超高层的建筑出现的实际情况,全方位的对这个建筑的塔楼和裙房之间可能出现的问题,对其设计当中的情况进行简单的分析和讨论。并且针对常见的建筑单体当中的一些裙房,介绍它超限判断情况,以及这类超限建筑在设计当中所承受的抗震性能指标。通过不同程度上的震动,我们对支援组结构可能出现的问题进行分析和计算,通过模拟大型震动,中型震动和小型震动,三种不同的震动,来对建筑物可能出现的效果和不同情况下设计所反映出来的结果来进行分析和判断。我们的目的是希望能够通过这些方法和手段找出不同的建筑结构之下,接受不同的震动情况时,所出现的结构的最为薄弱的地方。并且根据不同的地方所体现出来的结构构建,定制出一些性能不同的,而且水准相当的,能满足当前的设计需求的一些结构构建。为了能够更好的完成抗震性能和目标的实现,我们对这些结构进行了一些实验。尤其是对于一些抗震性能非常不利的位置,比如一些跨度较大的框架,我们都知道,如果一个结构和框架当中所间隔的跨度过大,就会导致整个框架可能会出现不稳的情况出现。还有包括一些大悬挑位置的支撑柱,都是我们需要考虑的,还有跃层柱和一些穿层柱之间这些都在一定程度上会影响抗震性的。我们主要的目的依旧是希望能够通过研究一些相关的震动和一些相关的影响,对超限的建筑裙房结构,在设计过程当中可能出现的问题进行研究。

1.工程概况

这个工程我们进行调查的是一个建筑群二期的项目,它位于中国的沿海城市的一个核心区域。它是一个较为完善的建筑群当中的一个建筑,而且占地面积相对较大,总建筑的面积也是十分广阔的。其中包括高层的塔楼,还有裙房、地下还有地下室、塔楼,地上的高度是一个绝对的高层建筑,高度超过35层以上。建筑功能是一个商务的办公和酒店结合使用的模式。而对于裙房来说,地上有六层高度达到40米左右。在这个案例当中,建筑的功能主要体现在一些书店和商业的综合结合体。裙房与裙房之间这个项目工程主要是采用双注射结构的永久缝形式来进行打造和建造的,主要的塔楼和西侧的裙房之间并没有设置永久的缝。同时为了满足这个功能区域的整体功能。它将下边的部分整体设置为地下室,也就没有设置永久缝,在主要塔楼上还是采用混凝土框架结构来对其进行建造的。而另一侧的裙房,使用的确是混凝土的框架和剪力墙搭配使用的结构。

2.超限情况判别

2.1结构设缝情况

通过对上述的工程进行描述,我们可以发现两侧的裙房之间,它根据在建筑设计过程当中所体现出来的思想设置了一个抗震缝,而这条抗震缝也是可以满足两个裙房之间的建筑功能要求的。

我们根据调研以后查到的结果和数据来看,东侧的裙房是明显超限的,这是不难判断的。同时根据我们得到的数据来进行对比,发现它们都具备一些不规则的高层建筑工程,也就是一些超限的高层建筑。结合我们的数据可以看到这个工程一共有三项是不规则的要求,就需要进行超限的建造方式来对其进行建造高层的建筑工程,抗震设防的一些专项审查也需要同步进行。

2.3结构体系

东侧裙房抗震设防类别为乙级,安全等级为一级,结构重要系数为1.1。东裙房采用框架-剪力墙结构;剪力墙抗震等级为一级,框架抗震等级为二级。地下一层相关范围(裙房与主楼之间的相关范围:从主楼与裙房外围延伸3跨且不小于20m)的抗震等级与上部结构相同;地下室相关范围以外的抗震等级为三级。结构南侧面向空中,采用围护结构设计,嵌固端分别位于地下一层顶和底部,正负零标高以下无接缝,有利于保持超高层结构预埋端的整体性,使用维护方便,同时避免了因拼缝造成地下室外墙防水的弊端。

3.结构性能目标选取

超限建筑工程的结构设计中,抗震性能设计着重于通过现有手段(计算结果及抗震措施),采用包络设计的方法,解决工程设计中的复杂技术问题。抗震性能设计的基本思路是“高延性、低弹性承载力”或“低延性、高弹性承载力”。在中震或大震情况下,4个性能目标所要求的抗震性能水准有较大差别。A级是最高等级性能目标,中震下满足1的性能水准,即满足弹性,大震下满足2的性能水准,即仍基本处于弹性。B级要求在中震下满足2性能水准,即基本处于弹性,大震下满足3性能水准,即有轻度损坏。C级到D级对性能水准的要求逐级降低。本工程在设计时,西塔楼及东裙房整体均按性能目标C级设计。对局部大跨度、大悬挑、跃层柱及穿层柱等关键构件相应提高其性能目标。

4.整体计算分析

4.1动力特性分析

考虑扭转耦联时的振动周期(s)、x,y方向的平动系数、扭转系数见表3。由表3可知,结构第一振型为y向平动振型,第二振型为x向平动振型,T2/T1=0.99>0.8;结构第三振型为扭转主振型,结构扭转为主的第一自振周期/平动为主的第一自振周期Tt/T1=0.82<0.9,不属于扭转不规则结构。

4.2层间位移角与扭转位移比

地震作用下的楼层最大位移:小震作用下最大层间位移角,产生于第3层,x,y方向层间位移角分别为1/1215,1/1184,小于1/800满足规范要求。风荷载作用下的楼层最大位移角远小于规范值。本工程属于地震控制工况,且结构楼层层位移比、层间位移比均不大于1.20,不属于扭转不规则结构。

4.3楼层刚度比

Ratx1,Raty1代表x,y方向本层塔侧移刚度与上一层相应塔侧移刚度70%的比值或上3层平均侧移刚度80%的比值中较小者。

5.特殊结构设计

根据计算得到的5层楼在X向、Y向小震和中震下的轴力分布趋势,可以发现楼板开口处、楼板连接薄弱部位和剪力墙周边区域的拉力较大,薄弱区域厚度加厚至150mm,配筋采用双层双向设计。该位置楼板钢筋的拉应力控制在360兆帕。根据楼层地震分析,楼层大部分区域的剪力小于50kN/m,局部最大剪力为85kN/m,Y向小震和中震作用下5层楼板的轴力分布图趋势图在楼层开口处也有较大的拉力, 薄弱层连接及剪力墙围护,薄弱区厚度加厚至150mm,钢筋采用双层双向设计。

6.结束语

综上所述,本工程结构为高层建筑,高度、平面、竖向均不规则。通过对结构的整体计算分析,各项技术指标能更好地满足结构规范的要求;同时,根据计算结果,采取必要的结构加固措施,如通过楼板薄弱区域的局部加厚,在楼板上开大孔,配置双层双向受拉钢筋。根据小震反应谱、弹性时程分析和静力弹塑性分析结果,本工程结构布置满足既定抗震性能目标,结构设计方案可行,为今后超限工程提供数据参考。

参考文献

[1]徐培福,黄小坤.高层建筑混凝土结构技术规程[M].北京:中国建筑工业出版社,2010.

[2]黄世敏,王亚勇.建筑抗震设计规范[M].北京:中国建筑工业出版社,2016.

[3]朱炳寅.高层建筑混凝土结构技术规程应用与分析[M].北京:中国建筑工业出版社,2013.