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谈平面不规则高层建筑结构设计

摘要:随着高层建筑规模的扩大,社会对高层建筑的要求越来越高。而为了提高平面不规则高层建筑的稳定性,必须要重视高层建筑结构设计工作,做好建筑结构设计分析工作,提高设计方案价值,满足科学的建设需求,延长平面不规则高层建筑使用寿命。因此,本文以平面不规则高层建筑结构设计分析作为研究对象,通过对该类建筑结构设计特点的阐述,进而通过具体的实例分析展开系统研究。

关键词:平面不规则;高层建筑;结构设计

1引言

近年来,社会经济发展迅速,城市建设规模日渐扩大,但是,受到场地、功能和建筑美观等高要求的限制,高层建筑结构体系变化逐渐复杂,各种造型纷纷呈现,特别是不规则高程建筑数量逐渐上升。而根据调查得知,相对应规则结构的建筑而言,不规则建筑结构极易在地震灾害下出现变形、坍塌现象,更容易被地震破坏。因此,为了保证不规则高层建筑的安全稳定,需要科学的设计其结构体系。

2平面不规则高层建筑结构设计特点

(1)在进行高层简述结构设计时,水平力是其主要影响因素。通常情况下,多层建筑在进行结构设计时,需要首先考虑结构竖向荷载情况。根据资料发现,在竖向构件中,结构自重与楼面荷载导致的轴力和弯矩与建筑高度是正比关系[1]。但是,对于建筑结构而言,水平荷载所产生的影响仍然不同,其与建筑高度平方是正比关系。也就是说,建筑高度符合标准要求,竖向荷载就为定值,水平荷载会随结构动力逐渐发生变化。(2)建筑高度与其侧移有着密切联系,高层建筑使得结构侧移成为其结构设计的重点。此外,建筑高度的增加使得各种创新建筑结构体系、形式涌现,在使用一段时间后,侧移范围明显扩大[2]。因此,在设计建筑结构时,需要考虑其抗推刚度。(3)在实际施工时,降低高层建筑自重是十分必要的,建筑重量与地震效应是正比关系,因此,降低自重有利于增强建筑结构的性能,对地震剪力的承载力也会缩小,地震倾覆力会降低。(4)在设计平面不规则高层建筑结构的时候,如果设计方式适用性不强,这种建筑的实用性就不高,必须要确保这种高层建筑的设计符合实际需求,根据具体的场地和环境要求设计整个建筑结构,选用适当材料[3]。

3平面不规则高层筑结构设计实例分析

3.1工程概况

某建筑物的建筑面积是10.5×104m2,高度为99.3m,平面尺寸为119m×62m,总共30层,地上28层,地下2层。其中,1~5层是商场,6层是花园,7层是结构转换层,上部是塔,下部是大底盘,其余为公寓。

3.2建筑结构情况

按照相关规范可得:该项目平面宽度与突出长度比是0.62,大于基本风压0.35,是平面不规则建筑。该建筑高度在90.7m,为高层建筑。该建筑楼层发生位移,为扭转规则。因此,该建筑属于不规则建筑,结构设计有较大难度,可以使用多软件、多模型对比法进行分析设计[4]。

3.3结构方案

该建筑在进行结构设计使,就防震缝的设置与否展开了对比分析,如表1所示。通过分析得到,在转换层之上分缝能够可以使位移比改善,但是其结构刚度有所降低,这是由于分缝使得右单元无筒体,而且Y向宽度小,墙体位移,Y向平移刚度不够,尽管周期可以满足要求,但是位移比不符合标准。因此,该建筑无须设计分缝结构[5]。

3.4结构计算分析

(1)计算该建筑整体结构时,使用的是ETABS和SATWE两种模型进行计算,分析结果如表2所示。从表中可得,两种模型计算结果相近,说明了在地震作用下,建筑结构弹性受力能力比较好。该建筑Y向地震位移比大于X向,X向边长比大于Y向。因此,需要缩短轴7的墙体,降低位移比。(2)计算转换层刚度比,该建筑利用上述两种模型计算得出了转换层刚度比,转换层刚度及上层刚度60%比,两种计算结果有较大差异,但基本在1~1.05之间,满足规范,就表示转换层并没有显著突变现象。(3)分析转换层应力,该建筑采用ETABS分析转换层的楼板应力,X向反向谱情况下,计算楼板壳单元最大正应力为0.41、0.05,剪应力为0.25,都低于楼板混凝土的抗拉强度。地震系数若为2.95,也不会超过其抗拉强度。Y向计算得到,转换楼层的楼板能够传输水平方向的剪力。

3.5弹性动力时程分析

该建筑属于平面不规则类型的建筑,按照要求,需要分析器弹性动力时程,本文是在安全评价报告基础上选择的场地进行分析,根据计算效率,基于单向地震,比较地震剪力、最大层间位移角结果。图2结构弹性时程分析楼层剪力、最大层间位移角结果

3.6建筑结构抗震方法

根据分析结果,平面不规则高层建筑提出了以下几个抗震方法。(1)提高建筑结构的延展性,框支柱轴亚比控制在0.56左右,剪力墙底部轴亚比控制在0.48左右。(2)将转换层及上层楼板的厚度增加,其厚度控制在210mm、125mm,配筋在13mm@145mm12mm@210mm。将裙房顶板厚度增加,其厚度控制在165mm,配筋在10mm@220mm。(3)在建筑物的墙体底部够造型钢,提高底层的刚度,降低变形率。

4结束语

综上所述,平面不规则高层建筑已经成为当前建筑结构设计的重点内容,在设计这种建筑的时候,需要在规范标准的基础上判别其不规则性,确定建筑结构的设计重难点,尤其是计算分析位移比、结构平牛周期比以及剪重比等参数。同时,通过一些措施使高层建筑的承载力、刚度等提高,进而降低不规则扭转导致的建筑问题,确保高层建筑整体结构的安全可靠。未来在设计平面不规则高层建筑结构的时候,需要从结构设计急哦阿杜进行科学的设计,并推动这类建筑的结构设计工作落实到位,进而使其处于持续发展的状态中。

参考文献:

[1]张祚嘉,张小丽,张路.上海某超限高层建筑结构设计与分析[J].建筑结构,2017(S1).

[2]姜黎.强震作用下高层不规则钢框架结构的倒塌模式[D].2017.

[3]程洁.复杂超限高层建筑结构的性能化设计探讨[J].建筑技术开发,2019(9):22~24.

[4]仝晓嵩,罗嘉骏.平面凹凸不规则高层建筑结构弹塑性时程分析[J].建筑科学,2019(5):114~121.

[5]耿翠珍,张智卿.多高层建筑结构抗震设计探讨[J].浙江树人大学学报(自然科学版),2017(1):48~52.

[6]黄雅清.厦门某不规则高层建筑的抗震设计方法探讨[J].福建建设科技,2018(4).

作者:胡昌德 单位:酒钢集团甘肃筑鼎建设有限责任公司

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