【關(guān)鍵詞】高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；PKPM使用；設(shè)計(jì)參數(shù)

1引言

隨著高層建筑的不斷發(fā)展以及建筑內(nèi)部的復(fù)雜性，給高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)更大難度。從近期高層建筑發(fā)展情況表明，高層建筑規(guī)模已經(jīng)越來(lái)越大，而且建筑復(fù)雜性日益增大。如何設(shè)計(jì)出經(jīng)濟(jì)合理可靠的高層建筑結(jié)構(gòu)，是設(shè)計(jì)人員要面對(duì)的問(wèn)題。在采用PKPM時(shí)掌握高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，正確合理地處理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)所出現(xiàn)的問(wèn)題，是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員所需具備的要求。本文將將結(jié)合筆者從事高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及工程實(shí)例，探討采用PKPM進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的問(wèn)題，以及提出有效提高高層建筑結(jié)構(gòu)水平的相應(yīng)處理措施。

2工程實(shí)例

本工程為清溪商會(huì)大廈工程，商會(huì)大廈為集大型商場(chǎng)、高端住宅為一體的綜合性建筑，由上部的兩座住宅和底部三層商業(yè)裙樓組合而成。地下一層為設(shè)備機(jī)房及停車庫(kù)，1~3層為大型商場(chǎng)，4層為結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層兼上部住宅的架空休閑空間，5~20層主要為中型戶型住宅，21~22層為大戶型住宅�？傆玫�9550.612平方米�？偨ㄖ�面積為49817.542平方米（含地下室5464.239平方米），建筑總高度75。5米。本工程為一類高層建筑，耐火等級(jí)為一級(jí)，按六度抗震設(shè)計(jì)。其地上二十二層，地下一層，在地下一層為平時(shí)地下汽車庫(kù)，戰(zhàn)時(shí)六級(jí)人防地下室。

3結(jié)構(gòu)體系選取

選取結(jié)構(gòu)體系是每個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)首要的任務(wù)，結(jié)構(gòu)體系的選取關(guān)系到結(jié)構(gòu)總體造價(jià)是否再經(jīng)濟(jì)、受力是否最合理。在選取結(jié)構(gòu)體系時(shí)必須針對(duì)所設(shè)計(jì)的建筑實(shí)際情況進(jìn)行評(píng)估分析，只有正確選取結(jié)構(gòu)體系才能設(shè)計(jì)出經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)。目前高層建筑多采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)體系主要有框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)等。對(duì)于高層建筑來(lái)說(shuō)主要以剪力墻結(jié)構(gòu)和框架剪力墻結(jié)構(gòu)采用較多，對(duì)于低層建筑則多采用框架結(jié)構(gòu)。

3.1框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系

框架剪力墻結(jié)構(gòu)是由框架和剪力墻組合而成的結(jié)構(gòu)體系，其結(jié)構(gòu)體系中以剪力墻作為主要抗側(cè)力構(gòu)建，而承受絕大部分水平荷載；而框架部門則主要承受豎向荷載�？蚣芗袅�墻結(jié)構(gòu)中框架和剪力墻兩者共同受力，合理分工。而剪力墻布置應(yīng)均勻設(shè)置在建筑物的周邊、電梯間、平面形狀變化較大和豎向荷載較大等部位。由于該結(jié)構(gòu)以框架結(jié)構(gòu)為主，剪力墻為輔助，這種結(jié)構(gòu)體系適用于25層以下的建筑，最高不宜大于30層。本工程為商會(huì)大廈，該高層建筑為集大型商場(chǎng)、高端住宅為一體的綜合性建筑，由上部的兩座住宅和底部三層商業(yè)裙樓組合而成。該高層建筑其地上二十二層，地下一層，在地下一層為平時(shí)地下汽車庫(kù)。由于住宅、商場(chǎng)、商業(yè)配套用房、管理用房、車庫(kù)、設(shè)備用房等均要求獨(dú)立管理，設(shè)計(jì)在滿足消防規(guī)范的前提下盡可能避免內(nèi)部交通的互相干擾。因此選取該建筑結(jié)構(gòu)體系時(shí)，選取框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系，住宅垂直交通使用核心筒，核心筒內(nèi)設(shè)置三部客梯，一組剪刀樓梯，其中一部客梯兼作消防電梯，每層均設(shè)停站層，其余兩部客梯僅在一層、四至二十二層設(shè)停站層。

3.2剪力墻結(jié)構(gòu)體系

剪力墻結(jié)構(gòu)是用鋼筋混凝土墻板來(lái)代替框架結(jié)構(gòu)中的梁柱，剪力墻作為豎向承重和抵抗側(cè)力的結(jié)構(gòu)，全部承受結(jié)構(gòu)的豎向和水平力。這種結(jié)構(gòu)體系通常采用平面布置形式，由于剪力墻受豎向荷載和水平荷載共同作用，剪力墻應(yīng)雙向或多向布置。同時(shí)由于該結(jié)構(gòu)全部由剪力墻組成，其剛度要比框架剪力墻結(jié)構(gòu)更好，該結(jié)構(gòu)體系常用于40層以下的高層住宅建筑等，而且該結(jié)構(gòu)高寬比不宜大于6，其高度也應(yīng)考慮抗震要求。

4計(jì)算簡(jiǎn)圖的處理

對(duì)一棟高層建筑來(lái)說(shuō)，進(jìn)行其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化是相當(dāng)有必要的，而且計(jì)算簡(jiǎn)圖的合理有效性相當(dāng)重要，是確保該結(jié)構(gòu)計(jì)算分析有效性的基礎(chǔ)。筆者將結(jié)合本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討其計(jì)算見(jiàn)圖的處理。

對(duì)于無(wú)地下室的結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，基礎(chǔ)埋深較深時(shí)，為了加強(qiáng)底層的整體性，可以在0.00m附近設(shè)置基礎(chǔ)連系梁。由于基礎(chǔ)連系梁的設(shè)計(jì)僅為構(gòu)造設(shè)計(jì)，無(wú)法平衡底部柱腳的彎矩，其不可作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部分，對(duì)于底層計(jì)算高度H應(yīng)是取基礎(chǔ)頂面至連系梁頂面的高度，即把基礎(chǔ)連梁以下的部分作為計(jì)算簡(jiǎn)圖的底層，而把實(shí)際建筑的底層作為計(jì)算簡(jiǎn)圖第二層，層高取用連梁頂面標(biāo)高至一層樓面標(biāo)高距離。值得注意時(shí)，這種情況下底層柱的配筋應(yīng)取用基礎(chǔ)連系梁頂面和基礎(chǔ)頂面中較大內(nèi)力設(shè)計(jì)值進(jìn)行計(jì)算。

對(duì)于帶有地下室的結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，計(jì)算簡(jiǎn)圖中合理確定上部結(jié)構(gòu)的嵌固位置是非常關(guān)鍵的，這需要結(jié)合工程實(shí)際情況來(lái)分析。例如采用箱型基礎(chǔ)的地下室結(jié)構(gòu)，可以把地下室頂板作為框架上部結(jié)構(gòu)的嵌固位置。在利用PKPM進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，樓層總數(shù)僅輸入地下室以上的實(shí)際層數(shù)，底層的實(shí)際層高就是層高H。這樣設(shè)計(jì)的地震作用和實(shí)際情況較為接近，但豎向荷載只計(jì)算到底層的柱底處。當(dāng)?shù)叵陆Y(jié)構(gòu)是采用的筏板基礎(chǔ)，嵌固位置最好取在基礎(chǔ)頂面。在利用電算時(shí)，總層數(shù)應(yīng)為實(shí)際的樓層數(shù)加上地下室的層數(shù)。經(jīng)設(shè)計(jì)實(shí)踐驗(yàn)證采用這種方法計(jì)算簡(jiǎn)圖經(jīng)整體計(jì)算后，地震作用相對(duì)保守，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較安全。

5高層建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)的選取與調(diào)整

5.1地震力的振型組合數(shù)

對(duì)高層建筑地震力的振型組合數(shù)，當(dāng)不考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)計(jì)算時(shí)，至少應(yīng)取3，當(dāng)振型系數(shù)多于3時(shí)，宜取3的倍數(shù)，但不應(yīng)多于房屋的層數(shù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》指出，合適的振型個(gè)數(shù)一般可以取振型參與質(zhì)量達(dá)到總質(zhì)量的90%所需的振型數(shù)。SATWE已有這種功能，可以很方便地輸出這種參與質(zhì)量的比值。此外，由于耦合計(jì)算的地震剪力通常小于非耦合計(jì)算，僅結(jié)構(gòu)存在明顯扭轉(zhuǎn)時(shí)才采用耦合計(jì)算，但在必要時(shí)應(yīng)補(bǔ)充非耦合計(jì)算。

5.2梁剛度放大系數(shù)

在利用PKPM系列軟件中，TAT或SATWE計(jì)算軟件的梁輸入模型都是矩形截面，沒(méi)有考慮存在樓板形成T型截面而引起的梁剛度增加，造成結(jié)構(gòu)的實(shí)際剛度大于計(jì)算剛度，算出的地震作用剪力偏小，使結(jié)構(gòu)不安全。因此計(jì)算時(shí)應(yīng)將梁剛度放大，放大系數(shù)邊梁取1.5、中梁取2.0為宜。

5.3框架結(jié)構(gòu)活荷載的最不利布置、組合

當(dāng)該結(jié)構(gòu)活荷載較大時(shí)，是否進(jìn)行活荷載的最不利布置、組合對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響非常大。使程序給定的梁設(shè)計(jì)彎矩放大系數(shù)，也不一定能反映出工程實(shí)際應(yīng)力分布的情況，有可能造成結(jié)構(gòu)不安全或保守。而且由于PKPM中無(wú)法區(qū)分荷載規(guī)范表4.1.1中第1（1）項(xiàng)與第1（2）～12項(xiàng)，根本就很難實(shí)現(xiàn)“荷載規(guī)范”區(qū)分不同荷載種類采用不同的樓面荷載折減系數(shù)的要求。因此，結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮區(qū)分不同構(gòu)件進(jìn)行分步計(jì)算，并在荷載輸入時(shí)將樓面活荷載折減。

5.4參數(shù)調(diào)整

對(duì)于高層建筑來(lái)說(shuō)，各參數(shù)的控制將直接影響結(jié)構(gòu)的安全性與合理性。合理調(diào)整參數(shù)有助于提高結(jié)構(gòu)整體控制的效率，同時(shí)使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加安全、經(jīng)濟(jì)合理。

5.4.1軸壓比：限制結(jié)構(gòu)的軸壓比，以保證結(jié)構(gòu)的延性要求。當(dāng)不滿足規(guī)范要求時(shí)可以通過(guò)增大該墻、柱截面或提高該樓層墻、柱混凝土強(qiáng)度的辦法調(diào)整。