隨著科技的發(fā)展，我國的建筑工程也有了很大的進展，我國每年都會培養(yǎng)一批建筑工程專業(yè)人才，而且建筑工程師也會經(jīng)常進行一些研究和分析。本文是一篇工程師論文范文，主要論述了大底盤多塔樓高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。

　　摘要:以某一實際工程為例，結(jié)合多塔樓結(jié)構(gòu)的受力特點，通過對不同的計算模型進行對比，選取不利結(jié)果進行包絡(luò)設(shè)計。通過分析大底盤的樓板應(yīng)力，找出樓板薄弱部位，進行相應(yīng)加強，從而保證結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理安全。

　　關(guān)鍵詞:大底盤多塔高層,抗震設(shè)計,計算模型,樓板應(yīng)力分析,構(gòu)造措施

　　所謂多塔樓結(jié)構(gòu)是指在結(jié)構(gòu)嵌固部位以上，同一裙樓單元上部具有兩個或兩個以上塔樓的結(jié)構(gòu)[2]。近年來，隨著城市化進程的加快，建筑使用功能的局限，很多工程無法通過設(shè)置結(jié)構(gòu)縫將塔樓分開，因此出現(xiàn)了越來越多的大底盤多塔樓高層建筑，然而有關(guān)這類結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方面的研究比較有限。因此有必要對大底盤多塔樓高層建筑進行進一步的抗震分析，為工程設(shè)計提供參考。對于裙樓為大底盤，上部為多塔樓的高層建筑，裙房大底盤協(xié)調(diào)多塔的振動，將多塔、裙房組成整體抗震單元，這是結(jié)構(gòu)多塔樓模型體系成立的關(guān)鍵。多塔結(jié)構(gòu)屬于復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)，它的受力特點和計算分析比普通高層建筑要復(fù)雜，必須注意其計算分析的特殊性，其主要受力特點有以下幾點:(1)塔樓與大底盤的連接部位結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度發(fā)生突變，在突變處極易形成薄弱部位;多塔結(jié)構(gòu)在出裙房屋面處的平面布置變化較大，上部結(jié)構(gòu)收進，上部的地震作用需要通過樓板傳遞到下部結(jié)構(gòu)，樓板承擔著較大的面內(nèi)應(yīng)力。因此體型突變部位的樓板應(yīng)加厚并加強配筋，板面負彎矩配筋宜貫通。體型突變部位上、下層結(jié)構(gòu)的樓板也應(yīng)加強構(gòu)造措施[1]。實際工程中若裙房大底盤遇大開洞局部削弱、平面出現(xiàn)弱連接或平面凹凸尺寸較大時，樓板受力復(fù)雜，容易產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中，應(yīng)進行復(fù)雜樓板應(yīng)力分析。(2)多個塔樓相互影響，使結(jié)構(gòu)振型復(fù)雜，容易產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動;多塔樓結(jié)構(gòu)振型復(fù)雜，且高振型對結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響很大，當各塔樓結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度分布不均勻時，結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)振動反應(yīng)較大，高振型對內(nèi)力的影響更為突出[1]。傳統(tǒng)的單串聯(lián)剛片體系，在質(zhì)量和剛度分布較均勻時，其振型參與系數(shù)隨振型階數(shù)的增加而迅速減小，即高振型比低振型對地震作用的貢獻要小得多，一般取前幾階振型即能滿足地震作用的精度要求。但對多塔樓結(jié)構(gòu)，此規(guī)律不復(fù)存在，某些甚至較多的低振型的參與系數(shù)很小甚至為零，而某些高振型的參與系數(shù)卻較大，所以計算多塔樓結(jié)構(gòu)的地震作用時，對振型的選擇應(yīng)注意此特點[4]。因此各塔樓的平面布置、層數(shù)、結(jié)構(gòu)類型及豎向剛度宜接近;塔樓對底盤宜對稱布置，減小塔樓和底盤的剛度偏心。計算分析時應(yīng)選取合適的振型數(shù)，嚴格控制結(jié)構(gòu)的周期比及扭轉(zhuǎn)位移比，限制各塔樓的扭轉(zhuǎn)。(3)多塔結(jié)構(gòu)振動形態(tài)較為復(fù)雜，單靠整體模型計算不容易判斷結(jié)構(gòu)的合理性;輔以分塔樓模型計算分析，取二者的不利結(jié)果進行設(shè)計較為穩(wěn)妥。通過分析總結(jié)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ3-2010)[1]中大底盤多塔樓高層建筑的受力特點，以實際工程為例，對不同的計算模型進行對比，選取不利結(jié)果進行包絡(luò)設(shè)計。通過分析大底盤的樓板應(yīng)力，找出樓板薄弱部位，進行相應(yīng)加強，希望能為類似結(jié)構(gòu)提供一些參考。

　　1實際工程不同計算模型的對比及樓板應(yīng)力分析

　　1.1工程概況

　　圖1大底盤雙塔樓立面示意本工程地下二層，地上三層裙房，裙房屋面以上為1#，2#雙塔高層建筑。1#樓20層，為soho辦公樓，建筑總高度93.1m，框架-剪力墻結(jié)構(gòu);2#樓22層，為寫字樓，建筑總高度95.5m，框架-核心筒結(jié)構(gòu);裙房部分為框架結(jié)構(gòu)，裙房屋面高度為16.5m。因底部裙房為大型商業(yè)，無法通過設(shè)置結(jié)構(gòu)縫將塔樓分開，因此本工程按不設(shè)縫方案設(shè)計(圖1)。結(jié)構(gòu)整體長約115m，寬約54m。塔樓相對大底盤的平面布置雖不對稱，但因雙塔高度相近，質(zhì)心偏差小于20%。結(jié)構(gòu)分析以YJK軟件為主，輔以midas-building對YJK分析結(jié)果進行校核。主要地震計算參數(shù)如下:抗震設(shè)防烈度為7度;設(shè)計基本地震加速度值為0.10g;設(shè)計地震分組為第三組，建筑場地類別為Ⅲ類，特征周期為0.65s;裙房梁板混凝土強度等級為C35。

　　1.2計算模型(圖3)

　　(1)整體計算模型(模型一)，應(yīng)作為大底盤多塔樓結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本計算模型，這一模型的計算結(jié)果主要用來考察塔樓綜合質(zhì)心與裙房質(zhì)心的偏心對結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)影響(尤其是塔樓結(jié)構(gòu))，考察整體結(jié)構(gòu)(塔樓結(jié)構(gòu)及裙房結(jié)構(gòu))的計算模型及主要計算指標，如周期、周期比、層間位移、位移比、各層的側(cè)向剛度比、轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)與上部結(jié)構(gòu)的等效側(cè)向剛度比、結(jié)構(gòu)的傾覆力矩比等，與分塔計算模型的結(jié)果進行比較，并用于結(jié)構(gòu)超限審查及施工圖設(shè)計[2]。(2)分塔計算模型(模型二)，可用于主體結(jié)構(gòu)框架柱、剪力墻調(diào)整及轉(zhuǎn)換層上、下剛度比的比較計算。模型二的分析，首先確保裙房在無塔樓剪力墻幫助下滿足自身的可靠和安全，同時著重分析主塔樓上部的性能指標和安全性。采用模型二來進行主體結(jié)構(gòu)的出裙房部分塔樓結(jié)構(gòu)設(shè)計，并采用模型一、模型三結(jié)果進行校核，取其包絡(luò)進行配筋設(shè)計。(3)分塔計算模型(模型三)，各塔樓分塔計算(取塔樓及其裙房相關(guān)范圍)，模型三主要驗算塔樓結(jié)構(gòu)的周期、周期比、層間位移、位移比、各層的側(cè)向剛度比、轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)與上部結(jié)構(gòu)的等效側(cè)向剛度比、結(jié)構(gòu)的傾覆力矩比、剪力墻與框架柱的剪力比等整體計算指標，與整體計算模型一的計算結(jié)果進行比較并用于結(jié)構(gòu)超限審查及施工圖設(shè)計[2]。模型三在實際中基本不可能發(fā)生，但可驗算兩個主塔樓核心筒在裙房范圍內(nèi)的安全度以及上部框架柱調(diào)整后的反應(yīng)。與其他兩個模型比較發(fā)現(xiàn)，塔樓核心筒(剪力墻)因吸收部分裙房的地震力致使配筋加大。底部加強區(qū)剪力墻的設(shè)計以模型三為準，并以模型一進行校核，取其包絡(luò)進行配筋設(shè)計。

　　1.3不同計算模型指標對比

　　從(表1)各模型計算結(jié)果比較可以看出，當采用整體模型計算分析時，很難反應(yīng)各分塔的不同扭轉(zhuǎn)特性。如果僅分析整體模型的空間振動圖去判斷結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)特性，要求設(shè)計人員具有較高的判斷能力和實際工程經(jīng)驗，而分塔模型能簡單的計算出各塔樓的周期比，準確反應(yīng)各塔樓的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。如分塔模型計算指標反應(yīng)出2#塔扭轉(zhuǎn)偏大，可適當進行結(jié)構(gòu)調(diào)整。因此，大底盤多塔高層結(jié)構(gòu)的周期比應(yīng)以分塔模型為準。當分塔高度較接近時，結(jié)構(gòu)最大層間位移角、層間受剪承載力比各模型指標均較接近，且其他控制參數(shù)如位移比、剪重比等各模型計算結(jié)果也相差不大(限于篇幅，本文未提供計算數(shù)據(jù))。通過對各模型計算數(shù)據(jù)的分析比較，可知大底盤多塔高層結(jié)構(gòu)在地震時各塔的振動會通過大底盤相互影響，相互藕聯(lián)。設(shè)計時，必須考慮各塔樓的平扭藕聯(lián)振動和大底盤樓板平面內(nèi)振動的影響，不能將其按傳統(tǒng)的單塔樓結(jié)構(gòu)進行計算，應(yīng)進行各模型比較包絡(luò)。對于大底盤多塔超限高層，尚應(yīng)進行大底盤多塔結(jié)構(gòu)彈塑性時程分析。

　　1.4樓板應(yīng)力分析

　　本工程因裙房中庭大開洞，裙房樓板削弱較多，平面不規(guī)則，樓板受力復(fù)雜，容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，需進行小震、中震下的樓板應(yīng)力分析。根據(jù)文[3]建議公式，樓板在小震作用下應(yīng)滿足:σ1k，小震≤ftk(1)(1)式中:ftk為混凝土抗拉強度標準值;σ1k，小震為有地震作用效應(yīng)組合時樓板在小震作用下樓板主拉應(yīng)力標準值。采用雙層雙向相同配筋時，中震作用下應(yīng)滿足:σ1k，中震≤fyAs/γREhs(2)(2)式中:σ1k，中震為有地震作用效應(yīng)組合時樓板在中震作用下的主拉應(yīng)力設(shè)計值;fy為鋼筋抗拉強度設(shè)計值;s為樓板鋼筋間距;As表示在間距s范圍內(nèi)上下層水平鋼筋的面積;h表示大底盤樓板厚度;γRE=0.85為承載力抗震調(diào)整系數(shù)。本工程恒載、活載引起的樓板應(yīng)力比地震作用產(chǎn)生的樓板應(yīng)力小，因此取地震工況內(nèi)力作為小震、中震的應(yīng)力進行分析驗算。計算時將整個大底盤樓板視為膜單元彈性板，上部各分塔樓板視為剛性板，以裙房屋面X向地震樓板應(yīng)力分析為例。小震工況下，從(圖4)可看出，樓板應(yīng)力集中處的峰值約為1.3MPa，樓板混凝土強度等級為C35，抗拉強度標準值為2.2MPa，滿足設(shè)計要求。中震工況下，如圖5所示，中庭連接處及筒體開洞樓板削弱較多，產(chǎn)生應(yīng)力集中，該處局部板厚h=180mm，配筋雙面雙向，能滿足設(shè)計要求;其余裙房屋面板厚h=150mm，配筋雙面雙向，中震工況下均能滿足設(shè)計要求。在進行大底盤多塔樓結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)重視大底盤樓板的應(yīng)力分析，加強薄弱區(qū)域的板厚、配筋，同時保證樓板受力筋的抗震錨固，確保結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全.

　　2大底盤多塔結(jié)構(gòu)的構(gòu)造加強措施

　　實際工程設(shè)計時，應(yīng)結(jié)合大底盤多塔樓高層結(jié)構(gòu)的受力特點按以下幾點進行構(gòu)造加強:(1)多塔結(jié)構(gòu)豎向體型突變部位的樓板宜加強，樓板厚度不宜小于150mm，宜雙層雙向配筋，每層每方向鋼筋網(wǎng)的配筋率不宜小于0.25%。體型突變部位上、下層結(jié)構(gòu)的樓板也應(yīng)加強構(gòu)造措施。(2)裙房屋面板對保證塔樓和大底盤的協(xié)同工作作用明顯，塔樓之間的裙房連接體以及塔樓中與裙房連接體相連的外圍柱、剪力墻等，是保證大底盤與多塔樓整體工作的關(guān)鍵構(gòu)件，應(yīng)予加強。(3)對于多塔結(jié)構(gòu)，剪力墻底部加強部位高度延伸至裙樓以上一層，裙房屋面上一層塔樓豎向構(gòu)件抗震等級提高一級，柱縱筋的最小配筋率適當提高，柱箍筋在裙房屋面上、下層的范圍全高加密。(4)針對結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位和薄弱部位，采取比規(guī)范更嚴格的配筋構(gòu)造，增強結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下的抗震能力。提高底部剪力墻豎向和水平分布筋配筋率、加強核心筒外墻連梁的抗剪配筋等。

　　3結(jié)語

　　本文通過分析大底盤多塔樓高層建筑的受力特點，以實際工程為例，選擇合理的計算模型，并采用較不利的結(jié)果進行包絡(luò)設(shè)計;通過對大底盤樓板進行應(yīng)力分析，找出樓板的薄弱部位，并采取相應(yīng)的加強措施。從計算分析可知，本工程各項指標均滿足規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)方案合理安全。以上內(nèi)容僅為筆者在設(shè)計過程中的一些經(jīng)驗總結(jié)，尚有不足之處，有待進一步完善提高，敬請各位指正。

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　　工程師論文發(fā)表期刊推薦《華中建筑》（月刊）創(chuàng)刊于1983年，是湖北省人民政府國有資產(chǎn)監(jiān)督管理委員會主管，中南建筑設(shè)計院和湖北省土木建筑學會主辦，系大型綜合性建筑學術(shù)期刊，其宗旨在于：在黨的“一個中心、兩個基本點的基本路線指引下，發(fā)掘發(fā)揚中華民族的優(yōu)秀建筑文化遺產(chǎn)，傳播交流我國的建筑設(shè)計創(chuàng)作、科研、教學及建設(shè)成就，為探索中國建筑發(fā)展的道路，促進中國新建筑流派的孕育成長和豐實，推進中國新建筑文化的開拓和發(fā)展而努力。