对某高层建筑结构设计及计算浅析

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1、对某高层建筑结构设计及计算浅析对某高层建筑结构设计及计算浅析　摘要:本工程结构设计针对项目的实际情况,针对限、转换及非荷载效应等难点,根据安全、适用、经济的原则,提出了一系列的解决方案及构造措施,可为类似高层建筑的设计提供了参考。并对结构布置和选型、结构设计措施及计算进行了论述。　　　　某大厦为大底盘双塔楼建筑,总建筑面积约14万m2,地面以下建筑面积约3万m2,设4层地下室作为停车库,其中负4层兼作6级人防地下室;地上部分建筑面积约11万m2。本工程南北地块统一布局,共设6层裙楼,不设结构防震缝;裙楼以上楼建筑高度,采用框架-核心筒结构;楼建筑高度,采用框

2、架-剪力墙结构。本工程抗震设防烈度为7度(商场区域为乙类建筑,抗震构造措施按8度),场地类别为Ⅱ类,设计地震分组为第1组。　　本工程建筑造型独特,裙楼建筑功能丰富,要求裙楼商业区域有较多的大空间,并对结构高度作出了严格的限制,结构设计中有以下问题需重点解决:　　⑴房屋高度为,采用钢管混凝土柱框架-核心筒体系,据《高层建筑混凝土结构设计技术规程》规定的A级高度为130m。　　⑵大厦限结构的位移控制及稳定性验算;　　⑶大厦部分由于裙楼大空间的要求,造成多处竖向构件上下不连续,　　需进行大跨度结构转换;　　⑷竖向构件差异变形的影响及分析。　　根据建筑使用功能及立面

3、的需要,本工程采用钢筋混凝土框架-核心筒结构体系,利用电梯井、楼梯间及设备用房等设置沿建筑物全高贯通的核心筒,框架柱则设置在建筑物周边,以使建筑空间能灵活分隔。为提高结构的抗震性能及控制框架柱的轴压比,框架柱和转换桁架支柱均采用钢管混凝土柱。　　整体计算分析　　考虑本工程的特殊性,我们采用多个空间结构分析程序进行计算对比分析,并对各程序的计算结果进行判断后用于构件设计。整体分析主要以中国建研院编制的《多层及高层建筑空间有限元分析及设计软件》SATWE为主,采用PMSAP进行设计验证;对于转换桁架及转换大梁等关键构件则采用充分考虑构件轴向变形的ETABS等程序

4、进行重点分析。根据JGJ3-XX《高层建筑混凝土结构设计技术规程》的有关要求,并为确保限结构的安全,本工程计算中按《地震安全性评价报告》所提供的场地人工地震波输入结构作弹性动力时程分析;计算中按罕遇地震的地震影响系数对结构作地震作用下的弹性内力分析,把罕遇地震作用下的弹性内力和竖向荷载进行组合,依次验算落地剪力墙的抗剪强度以及楼板薄弱位置的抗拉、抗剪强度,保证其满足强度要求(验算时荷载分项系数取,材料强度取标准值),以确保在设计罕遇地震作用下关键构件不出现脆性破坏,从而保证符合“大震不倒”的设计原则。　　针对本工程结构X向高宽比为及抗侧刚度较小的特点,设计在

5、采用框架-核心筒结构的基础上,设置外框架加强构造宽扁梁及X向宽梁,采用提高竖向构件强度及弹性模量而不加大构件截面及重量的措施,从而达到提高刚重比的要求。本工程在风荷载及地震荷载作用下的最大层间位移见表1,地震荷载及风荷载作用下最大层间位移均未过规范限值1/694。　　表1风荷载、地震作用下结构的层间位移　　注:括号内数字为PMSAP结果。　　转换桁架的设计　　根据建筑立面和功能的要求,本工程部分局部结构竖向柱构件上下不连续贯通,需要进行竖向构件转换,考虑工程实际情况,转换结构考虑采用以下3种形式:　　1)采用局部梁上托柱转换,通过在7层平面(裙楼屋面)设置厚

6、的大跨度梁式及厚板式转换层,厚板局部挖空并在其中埋置钢箱暗梁,形成空间受力的宽扁钢-混凝土组合转换梁组,共同支撑上部结构柱。这种转换结构占用建筑空间较高,结构刚度突变较大,抗震性能不甚理想,故设计中未作考虑。　　2)采用斜撑式转换结构(如图1),斜撑角度约为51°。由于桁架上弦的拉力及斜撑水平分力的作用,部分剪力墙远端墙肢存在受力及剪力较大,设计时采用反向斜撑平衡部分内力,并在转换桁架上下层柱及剪力墙中加设钢骨,共同抵抗拉力及剪力,必要时可在剪力墙远端墙肢加预应力以减小墙肢的拉力。承受轴向拉力的框架梁,设计时采用与柱中钢骨焊接连通的钢骨混凝土梁。斜撑转换结构

7、尽管对上下层酒店有一定影响,但不影响下层大空间使用,　　效果较理想,但由于水平构件及竖向构件均出现一定的拉力,故其构造相对较复杂。　　3)由于建筑方案的变化,设计上最终选用了采用传力更合理的桁架式转换结构,其主要转换构件均采用抗震性能好的钢-混凝土组合构件。在不影响建筑功能使用的前提下,在4～5层间设置跨层桁架,既充分利用了空间,又提高了桁架的高度,能有效地减小桁架的挠度,使竖向构件不再出现拉力,水平构件的拉力可以大幅减小。由于转换桁架跨度将近20m,两端框支柱弯矩达5000kN•m,设计上考虑在转换层对钢管柱进行外包钢筋混凝土以增大框支柱整体刚度,减小柱的

8、平面内变形,从而可减小桁架的挠度。另外,为减少托换柱