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1、關于高層建筑結構設計的探討 摘要：隨著社會的不斷進步和科技的不斷發展,高層建筑越來越廣泛的出現在城市建設中。在高層建筑結構設計方面出現了新的發展和變化。本文主要闡述了某高層建筑結構體系及其地基基礎設計、結構計算結果分析，最后針對高位轉換的加強措施進行分析論述，僅供參考。關鍵詞：高層建筑，結構設計， 措施1 工程概況該工程總建筑面積65182m2，主塔樓地面以上84米，共25層（16層為裙房），其中1層為商業用房，層高4.25.5米,層為住宅會所，至25層為住宅,層高2.9米。塔樓平面為U形。地面以下為兩層地下室，底板頂面標高為-8.7米,地下室主要用于設備用房和小汽車庫,其中地下二層為平戰結合2、六級人防地下室。本工程各土層（巖層）從上至下劃分為:人工堆積層:以素填土為主，平均厚度2.57米;耕土層:主要成份為粘質粘土或粉土平均厚度1.6米;沖積層:以粉土為主,局部夾有粉砂和中砂,平均厚度1.79米;殘積土:以粉土為主,平均厚度4.34米;全風化巖:巖石已風化成粉土或粉質粘土平均厚度1.4米;強風化巖:巖芯多呈半巖半土狀,平均厚度2.67米：中風化巖:以褐紅色粉砂巖為主,局部夾微風化巖,層厚1.59.4米,平均厚度5.73米;微風化巖:以礫巖為主,部分為粉砂巖,頂部埋深1323.3米。 本工程基本風壓值Wo =0.5KN/m2,按7度近震設防，類場地。 外墻及分戶墻為190厚砌塊,內隔3、墻為120厚砌塊，砌塊容重為13kN/m3。2結構體系及其設計經綜合分析和技術經濟比較，本工程主塔樓及裙房均采用框架剪力墻結構體系，裙樓豎向結構由電梯井筒、落地剪力墻及框架組成；主塔樓豎向結構由電梯井筒、剪力墻肢、短肢剪力墻組成。根據使用功能需要, 將主塔樓四周框架柱在7層以上轉換為短肢剪力墻，第六層設梁式轉換層。抗震等級按高層建筑正常提交一級采用：剪力墻取為一級，框架采用一級。由于轉換層高度受限制，為減小轉換梁截面尺寸，改善結構的受力性態，經與建筑設計配合，盡量使短肢剪力墻一端支承在框支柱上，使得短肢剪力墻與轉換梁協同工作，減小轉換梁單獨工作時的應力集中。表1 墻柱截面取值及其變化層次電梯井4、筒內墻電梯井筒外墻其它墻塔樓柱截面裙房柱截面主梁截面2至5層2004504003001200x12001350x1350900900700700400x600300x5006層2004504003001200x12001350x1350900900700700900x14005006007至15層200400300800x120030065016至頂層200250250600x1200300650表2 砼強度等級取值及其變化層次序號使用部位墻柱砼等級梁板砼等級備注1地下室底板C35地下室底板、外墻及水池抗滲等級S82層至6層C45C35與地下室相連的柱采用C35砼37層至16層C40C30415、7至頂層C45C303 基礎型式地下室底板處為全風化巖及強風化巖,且巖層埋深起伏較大,故采用沖（鉆）孔樁，一柱一樁，樁基安全等級為一級；持力層為微風化粉砂巖或礫巖。巖石單軸飽和抗壓強度標準值為23.7MPa，巖石樁端承載力標準值q p=7000kPa;樁長約512米，入巖深度0.5m;樁身砼強度等級C30。 表3樁徑及單樁承載力標準值(kN)承載力樁徑(m)2.01.81.61.41.21.0樁身砼承載力R=0.7fcA32970267052100016227118698242樁端承載力R=qpA p316512660021980178001230079104 結構計算結果及分析采用中國建筑科6、學研究院編制的基于墻元的空間組合結構有限元分析軟件SATWE對本工程的結構進行了計算。本工程計算總層數為27層，其中地下2層，地上25層。具體結果見表4、表5、表6。表 4 結構周期及扭轉情況 振型號 周 期 轉 角 平動系數 (X+Y) 扭轉系數 1 2.2832 140.51 0.78 ( 0.47+0.32 ) 0.22 2 2.0623 48.36 1.00 ( 0.44+0.56 ) 0.00 3 1.6415 132.11 0.24 ( 0.11+0.13 ) 0.76 4 0.6780 136.73 0.65 ( 0.34+0.30 ) 0.35 5 0.6468 45.42 17、.00 ( 0.49+0.51 ) 0.00 6 0.5892 133.22 0.37 ( 0.17+0.19 ) 0.63 7 0.3564 167.40 0.65 ( 0.61+0.03 ) 0.35 8 0.3048 68.48 0.96 ( 0.13+0.83 ) 0.04 9 0.2783 143.92 0.41 ( 0.27+0.14 ) 0.59 10 0.2131 170.06 0.61 ( 0.60+0.02 ) 0.39 11 0.1750 63.76 0.88 ( 0.17+0.71 ) 0.12 12 0.1623 132.86 0.50 ( 0.23+0.27 ) 08、.50 13 0.1444 168.91 0.62 ( 0.59+0.02 ) 0.3814 0.1263 53.16 0.77 ( 0.28+0.49 ) 0.23 15 0.1191 125.25 0.74 ( 0.26+0.48 ) 0.26表 5 風和地震作用下位移控制作用方向風作用下位移地震作用下位移u/h(層間)構件最大水平位移/樓層平均位移u/h(層間)構件最大水平位移/樓層平均位移X向1/40781.131/15941.38Y向1/62491.091/19421.29表 6 地震作用下基底剪力、彎矩、剪重比、有效質量系數基底剪力Qo (kN)基底彎矩Mo (kN.m)總重量Wt9、 (kN)標準層單位面積重量剪重比Qo/ Wt有效質量系數X向19441 868550121511018 kN/m21.6%96.88%Y向19441859431121511018kN/m21.6%97.65%41計算結果分析 結構平振第一自振周期T1在2.062.28之間，T1=0.0760.084n(n為計算層數)，說明結構剛度較大。 結構第三周期T3為扭轉振型，其中T3/ T1為0.72,小于高規0.9的限值,說明結構抗側力構件平面布局合理。結構構件最大水平位移與樓層平均位移之比，最大值為1.38,大于1.2而小于1.5,說明結構扭轉效應較為明顯，但在合理范圍之內。從表五可以看出，地震作10、用下X向最大樓層反應力在轉換層出現畸變點，結構設計應采用相應的加強措施。X、Y 方向轉換層側移剛度與上一層相應塔側移剛度70%的比值或上三層平均側移剛度80%的比值中之較小者分別為1.1284、1.05, 說明結構豎向結構布置合理。SATWE計算結果顯示，與轉換層相連的短肢剪力墻超筋較嚴重。進一步用TBFEM程序進行計算分析，應力集中在轉換梁短肢剪力墻交接處。表中顯示了轉換梁短肢剪力墻等應力線，與之相比較，同時給出了將短肢剪力墻改為滿跨支承的整片墻等應力線。可以看出，與整片墻相比，短肢剪力墻應力較集中于墻肢。文中的研究結果也說明框支剪力墻在轉換層上部的墻體所受內力很大，易破壞。為此，結構設計時11、，將第七層墻肢加長、加厚，同時，框支柱盡可能延升至第七層。5 高位轉換的加強措施工程轉換層設在第7層樓面，屬高位轉換。有關研究表明，高位轉換的落地剪力墻及框支柱在地震作用下容易出現裂縫，所以設計高位轉換層時，應增加轉換層下部剪力墻及框支柱的延性。采取以下工程措施：結構分析采用空間薄壁桿件模型的TBSA和采用墻元的SATWE兩套程序進行計算。考慮施工模擬。嚴格按照抗震設計五準則，即強豎弱平（強柱弱梁），強節弱桿，強剪弱彎，強壓弱拉，強豎根來進行結構設計，對結構的底部區域及錯層處剪力墻進行加強處理短肢剪力墻的軸壓比控制在0.5以內；框支柱軸壓比控制在0.6以內；框架軸壓比控制在0.7以內。落地井筒砼外墻在轉換層以下加厚至450mm。轉換層樓板采用200mm厚，設雙層雙向配筋，配筋率大于0.25%;同時轉換層上層即第8層樓板亦加厚至130mm設雙層雙向配筋。6 總結 高層建筑的結構設計任務復雜繁重，設計人員應當認真學習規范，努力提高理論知識，依據工程的實踐經驗，把握工程設計要點，針對其中不足的地方，采取相應處理方法進行必要的調整完善，才能設計出高質量、高品質的工程。