对某建筑工程结构设计探讨

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　　摘要：随着国民经济的不断发展，我国的建筑业也得到了快速发展，取得了巨大的成就。本文结合某建筑工程实例，就该工程结构设计问题进行探讨！
　　关键词：结构设计；结构计算；高位转换层
　　1工程概况
　　该工程总建筑面积65182m2，主塔楼地面以上84米，共25层（1~6层为裙房），其中1~６层为商业用房，层高4.2~5.5米,７层为住宅会所，８至25层为住宅,层高2.9米。塔楼平面为U形。地面以下为两层地下室，底板顶面标高为-8.7米,地下室主要用于设备用房和小汽车库,其中地下二层为平战结合五级人防地下室。
　　本工程各土层（岩层）从上至下划分为:①人工堆积层:以素填土为主，平均厚度2.57米;②耕土层:主要成份为粘质粘土或粉土平均厚度1.6米;③冲积层:以粉土为主,局部夹有粉砂和中砂,平均厚度1.79米;④残积土:以粉土为主,平均厚度4.34米,顶板埋深4.0~6.1米;⑤全风化岩:岩石已风化成粉土或粉质粘土平均厚度1.4米,顶板埋深8.4~10.7米;⑥强风化岩:岩芯多呈半岩半土状,平均厚度2.67米,顶板埋深9~13.2米;⑦中风化岩:以褐红色粉砂岩为主,局部夹微风化岩,层厚1.5~9.4米,平均厚度5.73米,顶板埋深11.6~16.0米;⑧微风化岩:以砾岩为主,部分为粉砂岩,顶板埋深13~23.3米。
　　 本工程基本风压值Wo =0.5KN/m2,按7度近震设防，Ⅱ类场地。
　　 外墙及分户墙为180厚砌块,内隔墙为120厚砌块，砌块容重为13kN/m3。
　　2结构体系及其设计
　　经综合分析和技术经济比较，本工程主塔楼及裙房均采用框架―剪力墙结构体系，裙楼竖向结构由电梯井筒、落地剪力墙及框架组成；主塔楼竖向结构由电梯井筒、剪力墙肢、短肢剪力墙组成。根据使用功能需要, 将主塔楼四周框架柱在7层以上转换为短肢剪力墙，第六层设梁式转换层。抗震等级按高层建筑取为二级。
　　由于转换层高度受限制，为减小转换梁截面尺寸，改善结构的受力性态，经与建筑设计配合，尽量使短肢剪力墙一端支承在框支柱上，使得短肢剪力墙与转换梁协同工作，减小转换梁单独工作时的应力集中。
　　表1 墙柱截面取值及其变化层次
　　 电梯井筒内墙 电梯井筒外墙 其它墙 塔楼柱截面 裙房柱截面 主梁截面
　　
　　
　　表2 砼强度等级取值及其变化层次
　　序号 使用部位 墙柱砼等级 梁板砼等级 备注
　　1 地下室底板 C35 地下室底板、外墙及水池抗渗等级S8
　　2 －１层至6层 C45 C35 与地下室相连的柱采用C35砼
　　3 7层至16层 C40 C30
　　4 17至顶层 C45 C30
　　
　　3基础型式
　　地下室底板处为全风化岩及强风化岩,且岩层埋深起伏较大,故采用人工挖孔桩，一柱一桩，桩基安全等级为一级；持力层为微风化粉砂岩或砾岩。岩石单轴饱和抗压强度标准值为23.7MPa，岩石桩端承载力标准值q p=7000kPa;桩长约5~12米，入岩深度0.5m;桩身砼强度等级C30。
　　表3桩径及单桩承载力标准值(kN)
　　承载力 桩径(m)
　　
　　
　　4 结构计算结果及分析
　　采用中国建筑科学研究院编制的基于墙元的空间组合结构有限元分析软件SATWE对本工程的结构进行了计算。本工程计算总层数为27层，其中地下2层，地上25层。具体结果见表4、表5、表6。
　　表 4结构周期及扭转情况
　　振型号周 期转 角平动系数 (X+Y) 扭转系数
　　
　　
　　表 5 风和地震作用下位移控制
　　作用
　　
　　方向 风作用下位移 地震作用下位移
　　 Δu/h(层间) 构件最大水平位移/楼层平均位移 Δu/h(层间) 构件最大水平位移/楼层平均位移
　　
　　
　　
　　表 6 地震作用下基底剪力、弯矩、剪重比、有效质量系数
　　 基底剪力
　　Qo (kN) 基底弯矩
　　Mo (kN.m) 总重量
　　Wt (kN) 标准层单位面积重量 剪重比
　　Qo/ Wt 有效质量
　　系数
　　
　　经分析结果表明，可分为：
　　①结构平振第一自振周期T1在2.06~2.28之间，T1=0.076~0.084n(n为计算层数)，说明结构刚度较大。
　　② 结构第三周期T3为扭转振型，其中T3/ T1为0.72,小于《高规》0.9的限值,说明结构抗侧力构件平面布局合理。
　　③结构构件最大水平位移与楼层平均位移之比，最大值为1.38,大于1.2而小于1.5,说明结构扭转效应较为明显，但在合理范围之内。
　　④地震作用下X向最大楼层反应力在转换层出现畸变点，结构设计应采用相应的加强措施。
　　⑤X、Y 方向转换层侧移刚度与上一层相应塔侧移刚度70%的比值或上三层平均侧移刚度80%的比值中之较小者分别为1.1284、1.05, 说明结构竖向结构布置合理。
　　⑥SATWE计算结果显示，与转换层相连的短肢剪力墙超筋较严重。进一步用TBFEM程序进行计算分析，应力集中在转换梁短肢剪力墙交接处。与整片墙相比，短肢剪力墙应力较集中于墙肢。
　　经研究结果表明，框支剪力墙在转换层上部的墙体所受内力很大，易破坏。为此，结构设计时，将第七层墙肢加长、加厚，同时，框支柱尽可能延升至第七层。
　　5 高位转换
　　 本工程转换层设在第7层楼面，属高位转换。有关研究表明，高位转换的落地剪力墙及框支柱在地震作用下容易出现裂缝，所以设计高位转换层时，应增加转换层下部剪力墙及框支柱的延性。采取以下工程措施：①结构分析采用空间薄壁杆件模型的TBSA和采用墙元的SATWE两套程序进行计算。考虑施工模拟。②严格按照抗震设计五准则，即强竖弱平（强柱弱梁），强节弱杆，强剪弱弯，强压弱拉，强竖根来进行结构设计，对结构的底部区域及错层处剪力墙进行加强处理。③短肢剪力墙的轴压比控制在0.6以内；框支柱轴压比控制在0.7以内；框架轴压比控制在0.8以内。④落地井筒砼外墙在转换层以下加厚至450mm。⑤。转换层楼板采用200mm厚，设双层双向配筋，配筋率大于0.25%;同时转换层上层即第8层楼板亦加厚至130mm设双层双向配筋。
　　四、 结语
　　综上所述，建筑设计是一门多学科特殊工作，牵涉到的因素方方面面，千头万绪。目前还存在着不少亟待解决的理论与实践的关系问题，由于目前这方面的理论较为缺乏，实践不够，因此肯定会有许多不足，但不管怎样只是想通过本文引起大家对建筑结构设计全过程予以重视，作为提高整体设计质量的一种尝试和探讨。
　　
　　
　　注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。

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