高层建筑结构设计探析[精品资料]

高层建筑结构设计探析 -精品资料 本文档格式为 WORD,感谢你的阅读。 最新最全的 学术论文 期刊文献 年终总结 年终报告 工作总结 个人总结 述职报告 实习报告 单位总结 摘要：本文结合笔者工作多年的实践经验，以高层建筑结构设计的工程实例，对其结构设计从多方面进行了分析。 关键词：高层建筑 结构设计 TU97 A 1 工程概况 该工程主楼地上为 22层，地下为 2 层，裙房 3 层，分塔楼 A、塔楼 B 和裙房等主要结构单 元。塔楼 A， B 大屋面高度为 95m，裙房总高度为 15m，裙房中部通过设置 2 道防震缝与左右两侧分离，两栋塔楼层高是一致的，双塔顶部在 63.4m的高空相连，连体部分共有 8 层，总高度为 31.5m，跨度33.6m。主楼造型形成高位连体，为竖向不规则，在结构设计中采用了 SATWE和 ETABS两种计算软件进行整体的内力位移计算，同时采用弹性时程分析法进行补充计算。 工程的抗震设防烈度为 7 度，建筑结构的安全等级二级，重要性系数 1.0，设计使用年限 50年，建筑抗震设防类别为标准设防类 (丙类建筑 )。 2 基 础设计 根据地质报告显示，地基土以饱和软弱黏性土和饱和砂性土为主，地表下在 20m深度范围内饱和砂土和粉细砂无液化问题，建筑场地类别属 类，特征周期取 0.45s。考虑到整个建筑场地平面较大、主楼和裙房在地下完全连成一体等特点，采用了桩筏基础，进行桩基变刚度设计，强化高层主体区域桩基刚度，相对弱化裙房 (含纯地下室 ) 的桩基刚度，以满足承载力要求和沉降差异控制要求。初步设计阶段两塔楼核心筒区域筏板厚度 2m，主楼桩型选择直径 800mm 的钢筋混凝土冲孔灌注桩，以中风化泥岩作为持力层，桩长 45m左右，桩身混 凝土强度等级为 C45；裙房和地下车库部分采用直径 500mm的 PHC高强预应力混凝土管桩，以粉砂层作为持力层，桩长 35m左右，桩身混凝土强度等级为 C80。根据试桩结果，主楼单桩承载力标准值可达到 5000kN。 3 上部结构设计 3. 1 楼盖体系 塔楼和裙房采用现浇钢筋混凝土主次梁楼盖，标准层楼板厚度取 120mm；双塔间连体部分采用钢 -现浇混凝土组合楼盖，楼板厚度取 120mm。 3. 2 抗侧力体系 (1) 两个塔楼的柱网和核心筒基本对称布置，双塔采用钢筋混凝 土框架 -核心筒结构体系，与连接体相连的框架柱采用型钢混凝土 (SRC)柱，钢骨含钢率为 5% 7% ，为使结构体系更好地发挥作用，在钢筋混凝土核心筒的四个角部和与连接体相连的关键部位的墙体中设置型钢。 (2) 由于结构平面为长方形，长宽比 L/B = 4.2，为增强结构整体抗扭刚度，在建筑物两侧柱网间设置钢斜撑。 (3) 标高 87.11m 处由于建筑立面要求，在轴上的所有柱子各内收 2m，鉴于内收距离不大，因此结构竖向设 2 层斜柱处理，避免梁托柱造成竖向构件 不连续，该设计使竖向荷载能够 更直接有效地向下传递( 图 1)。 图 1 立面示意图 3. 3 连接体 (1) 两塔楼在 63.50m标高处连成一体 (图 2) ，连体以上共有 8 层，总高 31.5m，跨度 33.6m。连接体部分柱网布置上下一致，因此在层 16一个层高范围内沿纵向设置了 4 榀转换钢桁架 (Q345)用于承托连体以上结构重量，为了保证连体结构的钢桁架与塔楼可靠连接，钢桁架上下弦杆向塔楼内延伸一跨，与主楼的核心筒或框架柱内的型钢刚接 (图 3)。 图 2 连体层平面示意图 图 3 钢桁架示意图 (2)4 榀桁架与上下楼层标高处横向的钢梁刚接，形成一组空间桁架，有效地提高了连接体结构的抗扭能力，增强桁架抗侧刚度。 (3) 为减轻结构自重，钢桁架以上各层的框架采用钢结构，并与钢桁架和两侧塔楼刚性连接，形成第二道防线，增强连体结构整体的刚度。 (4) 钢桁架相邻两层和顶层楼板加厚 30%，双层双向配筋，适当加强，且在其平面内设置水平支撑以增强楼板水平刚度，提高连体结构抗扭能力，协调双塔的变形，有效传递水平力。 4 结构超限情况 (1) 连体建筑 :双塔在 63.50m 处连成一体，连体部分共 8 层，占总高度的 33. 2%，连体跨度达到 33.60m，形成竖向不规则结构。 (2) 不规则扭转 :在裙房和主楼相连的低层，楼层的最大与平均位移之比超过 1.20，所以该部位出现了扭转不规则。 (3) 侧向刚度不规则 :在连接体以下的三层的电算结果显示侧向刚度有突变，构成高层建筑混凝土结构技术规程( JGJ3 2002) (以下简称高规 )所指的侧向刚度不规则。 5 主体结构计算及分析结果 扩初设计阶段采用两个不同力学模型的三维空间分析软件 SATWE 和 ETABS 进行连体结构的整体内力位移分析计算。连体结构的计算分两阶段进行，首先对塔楼 A， B 分别建模，调整两单栋塔楼的技术指标，使两栋塔楼的质量和刚度尽量接近，减少对连体部分产生的不利影响。然后再将两栋塔楼的模型合并，形成连体结构后进行整体计算。 5. 1 两塔楼的主要结构指标对比 表 1 为 SATWE 计算结果，由表可得，塔楼 A 与塔楼 B 因层高相同，层数相等，结构布置相似，因此两个单塔的动力特性和侧移比较接近。 两塔楼对比结果 表 1 5. 2 双塔连体结构的反应 谱分析 (1) 总荷载对比见表 2，由表可见 ETABS 和 SATWE 两个模型产生的总荷载差距比例为 0.11%，两个模型的总荷载非常接近。 整体结构总荷载比较表 2 (2) 振型分析结果 SATWE 和 ETABS的前 3 阶振型和周期基本一致。第 1 阶振型均以 Y 向平动为主 ；第 2 阶振型和第 3 阶振型都是平扭耦联振型。 SATWE 第 2， 3 阶振型是以 X 向平动为主，附加较大的扭转分量 ；ETABS 第 2 阶振型相应扭转比例稍高，以扭转为主，第 3 阶振型是 X 向平动为主。前 6 阶振型见图 6。在 3阶以后的振型中， SATWE 和 ETABS 的周期计算结果均相差不大，但平动和扭转的参与分量有较大差别，这主要是由于SATWE 程序中计算不出竖向振型，而 ETABS 能计算出竖向振型，因而在连体的竖向地震作用分析中，应采用 ETABS 的计算结果。 两个程序的第 1 扭转周期与第 1 平动周期的比值均小于 0. 85，满足高规对平扭周期比的要求，说明本连体结构具有较强的抗扭能力。 X， Y 向的有效质量参数均为 99.5% (SATWE)， 100%(ETABS)。前 30阶总的振型有效质量参数皆大于 95% ， 振型阶数取值满足结构分析精度要求。 (3) 层间剪力分析结果。在 X 向、 Y 向水平地震作用下，塔楼 A 和塔楼 B 的底部剪力非常接近，这充分表示了连体部分能有效地传递两个塔楼的水平剪力，使得双塔的层间剪力趋近一致。从以上分析得出 :SATWE 和 ETABS 的计算结构基本吻合， SATWE 的层间剪力稍偏大。 (4) 结构位移分析结果，结构的变形和受力在 X 向和Y 向均受地震作用控制，该结构的主要荷载控制工况是地震作用。 图 4 给出两塔楼的层间位移角。出裙房屋面后各楼层的平均位移与楼层最大 位移比值均小于 1. 2，仅在裙房所在层大于 1.2，但小于高规规定的 1.4 的限值，可见均满足规范要求。 (a) X 向地震 (b) Y 向地震 图 4 地震作用下层间位移角 从图 4 可以看出，在 X 向地震作用下，两塔在上部楼层有反向弯曲的趋势 ；连体的设置使得 X 向的最大层间位移角在中部楼层最大，上部楼层位移角明显减小，说明连体部分在 X 向相当于巨大的框架梁，对双塔起着抗弯约束的作用。 5. 3 弹性动力时程分析结果 双向地震作用下，弹性时程动力分析计算 结果显示，每条时程曲线计算所得结构底部剪力均大于振型分解反应谱法计算结果的 65%，且三条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值大于振型分解反应谱法计算结果的 80%，满足高规要求。结构地震作用效应取三条时程曲线计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值。 5. 4 斜柱区域受力分析 在标高 87.110m 处结构竖向设 2 层斜柱，柱子斜率为2/7.8= 1/3.9。这种结构布置使斜柱处的上下梁板受到影响，承受拉力或压力，易成为薄弱环节，因此层 20 22按弹性板参与计算，相应梁配筋明显比上下 层加大，但未超过梁的最大配筋率。 在施工图设计时，需采取相应的构造措施予以加强 :与斜柱相交的梁均适当提高配筋率，且应满足小偏心受拉构件的构造要求 ( 通长不得采用绑扎搭接接头 )；楼板板厚设为150mm，双层双向拉通配筋 ；斜柱本身受力复杂，所受压力、剪力、弯矩都较大，因此斜柱内设型钢，上下各伸一层，配筋加强处理。 5. 5 连接体部分的整体计算 通过整体计算分析，求得各工况作用下 (恒载、活载、 X向风荷载、 Y 向风荷载、 X 向常遇地震、 Y 向常遇地震、 X 向中震、 Y 向中震、 25 温度荷载 )桁架的轴力、剪力、弯矩，根据相关规范的要求进行内力组合，构件的强度、刚度和稳定性都满足高规要求。 5. 6 结构性能设计 基于结构性能的抗震设计，是结构抗震设计的一个新的重要发展，在国外已普遍采用。抗震性能设计的目标，就是要对结构的设计给出量化的具体指标，并作为结构评估的基础。关键构件的抗震性能直接影响到整体结构的抗震性能，所以对关键构件性能的把握和控制有重要的意义。中震弹性设计 :地震作用下的内力按中震进行计算，地震作用效应的组合及各分项系数均按高规进行，设计内力不调整放大，构件承载力计 算时的材料强度取设计值。中震不屈服设计 :地震作用下的内力按中震进行计算，地震作用效应的组合均按高规进行，但分项系数均取不大于 1.0，不进行设计内力调整放大，构件的承载力计算时材料的强度取标准值。为此，取地震影响系数为0.225 进行整体结构反应谱分析，设计验算结果表明结构的关键构件都能满足相应的结构性能设计目标。 6 结论 (1) 高位连体建筑宜首先单塔独立建模分析，使单塔的技术指标尽量接近，再进行整体计算。 (2) 由于连体部分的存在，按目前 SATWE 程序的计算方法会在连接 部位以下楼层出现薄弱层，软件的计算结果与实际不符，应根据 SATWE 的上下层刚度比进行人工补充计算分析。 (3) 高位连体建筑的两单塔的核心筒宜往两侧适当偏置，以减少连体结构的扭转，必要时可在两端设置斜撑。 阅读相关文档 :工程预决算管理的探讨 概述建筑施工现场管理 数控消防水炮系统在大庆机场航站楼中的应用 探析建筑工程项目成本控制 浅谈超高层建筑消防给水设计 道路基层水泥稳定碎石技术探讨 机电工程施工质量控制措施总结 探究建筑工程项目管理 水坝混凝土施工中的质量控制要点探讨 当前城市建设中存在的问题及对策分析 化工管道带压堵漏处理技术的应用分