论文部分内容阅读
摘要：为了最大限度的获取土地的经济效益，建筑开始进军第三维空间，并且愈演愈烈，高宽比超限的高层建筑在现在社会是越来越常见，本文结合笔者的实践经验对某高宽比超限的高层建筑进行计算和分析，并对该建筑进行了合理的设计，从而为以后同类建筑的设计人员提供参考。
关键字：高宽比超限;计算分析;抗震加强措施
1 工程概况
某栋高层建筑层数为28，其中局部层数为31，另带负2层得地下室，此建筑除地上第一层高为3.6米外，一层以上的各层高度均为3.9米。本建筑主体高83.4米，计算宽度为12.1米，其结构为现浇混凝土剪力墙，其平面为矩形，如图1所示，为标准层平面图。建筑外墙厚度为300毫米，建筑地上1、2、3层内墙的厚度是250毫米，其上各层内墙厚度均为200毫米，在建筑的中央部分，由电梯井道、楼梯、通风井、电缆井、公共卫生间、部分设备间围护形成中央核心筒的厚度均为250毫米，建筑抗震设防烈度应为8级，基本地震加速度为0.20倍的重力加速度，地震分组为第二组，特征周期0.4s，Ⅱ类场地。
2 地质概况
本工程所在地自上而下的岩体组成依次为杂填土、黄土状粉土、粉细砂、卵石层，其中卵石层位于地下7.0—8.5米，并且其分布中密，地基能够承载500千帕的作用力，在部分侧限条件下，其应力增量与相应的应变增量的比值即面向模量为50兆帕。此处地下水管位置较深，在进行设计时，可不考虑其影响。
3结构设计
本工程建筑结构安全等级为二级，抗震设防烈度为8，丙类(0.20g,第二组)；此建筑设计使用年限为50。
3.1 上部结构选型
本工程上部结构是全现浇混凝土剪力墙结构，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3 - 2002 规定，该建筑结构属于A级高度钢筋混凝土高层结构。剪力墙抗震等级为一级。嵌固端选取±0.000楼板处；本工程中建筑的高宽比为83.4/12.0=6.89。
3.2 基础和持力层选型
根据建筑所在地的地理位置和地质条件可知，本工程建筑适宜采用平板式筏形基础，即在本建筑地表上，将场地平整后用压路机将地表土碾压密实，然后在持力层上，浇筑钢筋混凝土平板，本建筑的持力层为卵石层，筏板厚度为1. 50米，基础深度为9.60米，与建筑高的比值约等于1/8.69，满足有关规范中大于1/15的要求。地基基础设计等级为甲级。
3.3 主要材料
地下两层和地上接近地面的三层采用C40等级的混凝土，3层以上15层以下的结构均采用C35等级的混凝土，15层及其以上的结构采用C30等级的混凝土；建筑内外墙都使用非承重粘土空心砌块,M5混合砂浆砌筑；建筑中使用的钢筋规格为HPB235和HRB335两种。
4 上部结构分析计算
本工程建筑的高宽比为6.89，由《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》可知，本工程需要采用两种模型进行计算，然后分析两种计算的计算结果并选取与实际情况相符度高的结果进行设计。本工程中使用的是SATWE和PMSAP两种计算程序对上部结构进行相关的计算，且两种计算结果总体较为接近。计算时主要使用的参数有中梁刚度增大系数2. 0, 连梁刚度折减系数0. 50,周期折减系数1.0。
4.1 周期计算
选15种振动模态进行有关计算，两种计算模型中X向和Y向的有效质量之和与总质量的比值都大于0.9，下表为该阵型的周期：
《高层建筑混凝土结构技术规程》4.3.5 条规定，结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比，A级高度高层建筑不应大于0.9。由上表结果可以看出两种计算结果中，以扭转为主的第一自振周期与以平动为主的第一自振周期之比分别为0.56和0.564，结果比较接近，且均不大于0.9。
4.2 最小楼层地震剪力系数
用SATWE计算出来的最小楼层剪力系数：X方向为3.28%，Y方向为3.66%。用PMSAP计算出来的最小楼层剪力系数：X方向为4.02%，Y方向为4.01%。
4.3地震作用下最大弹性层间位移角(不考虑偶然偏心影响)
用SATWE计算出来的地震作用下最大弹性层间位移角：X方向为1/1179,Y方向为1/1129；用PMSAP计算得出的最大弹性层间位移角：X方向为1/1123，Y向为1/1502。
4.4 电算结果分析
由电算结果可知，本工程建筑的各层侧向刚度均比其上一层的侧向刚度大70%，且竖向抗侧力构件连续,侧向刚度下大上小,均匀变化,竖向属规则结构。
5 特殊部位处理及施工要求
①本工程基础筏板较厚，为防止因不均匀沉降引起主楼跟裙楼之间断裂变形，在在筏板、地下一层及地上一、二层设置沉降后浇带。后浇带筏板、梁和剪力墙内部钢筋为整根，而后浇带楼板内的钢筋中间是断开的，后浇带使用的钢筋混凝土应该比设计强度高出一级。
②建筑中若连梁的跨度与其截面高度之比小于2，则应该增设斜向交叉构造钢筋。
③本工程建筑三层之上的叠合楼梯没有跟楼板连接，为了保证其稳定性，楼梯梯段板中的钢筋一端应该锚进墙内，需要注意的是此墙需要适当增厚，增大配筋率。
④±0. 000米标高楼板、6.900米标高楼板及屋面板采用双层双向配筋设计,且配筋率应大于25%。
⑤为适应温度变化，在屋面栏板设置的伸缩接缝，伸缩缝的间距为12米。
⑥本工程基础较深，在开挖时应尽量减小其对外界的各种不良影响。
⑦在施工过程中应按有关规定设置沉降观测点并进行跟踪观测。
6 房屋高宽比超限措施
本工程建筑的高宽比为6.89，而根据有关规范的要求，本建筑数A级高度，其高宽比应小于5，所以此建筑的高宽比明显超限，对此应采取的措施有：
①对建筑竖向构件的轴心压力设计值与其轴心抗压力设计值的比值进行严格的控制。框架柱的轴压比不能超过0.15，剪力墙的轴压比不能超过0.44。
②增加建筑的基础深度。本工程的有效基础埋深为9.6米，约是建筑高度的1/8.69。
③由电算计算得出，本工程建筑在X方向上的刚度比为8.01，Y方向上的刚度比为7.38。建筑结构刚重比大于2.7，根据有关规范要求可知，此结构相当稳定，并且对于重力二阶效应的影响可不予考虑。
④为控制结构的侧向刚度，按弹性方法计算的弹性楼层层间最大位移与层高之比不能大于1/1129。
⑤弹性时程分析补充计算。由于本工程建筑的高宽比超限，所以需采用弹性时程分析进行补充计算。
根据工程实际情况，弹性时程分析选择了两条实测波TH1TG040和TH4TG040以及一條人工模拟波RH4TG040，计算中地震加速度最大值按70cm/s2计算。由计算结果可知,用所选的三条波的时程曲线计算出的结构底部剪力都比用振型分解反应谱法计算出的底部剪力的65%要大 ,且其平均值大于用振型分解反应谱法计算结果的80%。三条波时程曲线计算结果的平均值所得的最大楼层位移、最大层间位移角、最大楼层反应力、最大楼层剪力、最大楼层弯矩等基本不大于CQC法的计算结果,此结果证明了用振型分解反应谱法进行结构设计是合理的。
⑥按照有关规范要求，对本工程中建筑在水平地震作用力下的基底应力进行计算，计算结果显示在X、Y向的基底都没有出现零应力区，基础整体承重，达到有关规范的规定。
参考文献:
[1]全国民用建筑工程设计技术措施,中国建筑标准设计研究院编制.
[2]朱炳寅. 建筑结构设计规范应用图解手册.
[3]王亚勇,戴国莹. 建筑抗震设计规范疑问解答.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键字：高宽比超限;计算分析;抗震加强措施
1 工程概况
某栋高层建筑层数为28，其中局部层数为31，另带负2层得地下室，此建筑除地上第一层高为3.6米外，一层以上的各层高度均为3.9米。本建筑主体高83.4米，计算宽度为12.1米，其结构为现浇混凝土剪力墙，其平面为矩形，如图1所示，为标准层平面图。建筑外墙厚度为300毫米，建筑地上1、2、3层内墙的厚度是250毫米，其上各层内墙厚度均为200毫米，在建筑的中央部分，由电梯井道、楼梯、通风井、电缆井、公共卫生间、部分设备间围护形成中央核心筒的厚度均为250毫米，建筑抗震设防烈度应为8级，基本地震加速度为0.20倍的重力加速度，地震分组为第二组，特征周期0.4s，Ⅱ类场地。
2 地质概况
本工程所在地自上而下的岩体组成依次为杂填土、黄土状粉土、粉细砂、卵石层，其中卵石层位于地下7.0—8.5米，并且其分布中密，地基能够承载500千帕的作用力，在部分侧限条件下，其应力增量与相应的应变增量的比值即面向模量为50兆帕。此处地下水管位置较深，在进行设计时，可不考虑其影响。
3结构设计
本工程建筑结构安全等级为二级，抗震设防烈度为8，丙类(0.20g,第二组)；此建筑设计使用年限为50。
3.1 上部结构选型
本工程上部结构是全现浇混凝土剪力墙结构，根据《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3 - 2002 规定，该建筑结构属于A级高度钢筋混凝土高层结构。剪力墙抗震等级为一级。嵌固端选取±0.000楼板处；本工程中建筑的高宽比为83.4/12.0=6.89。
3.2 基础和持力层选型
根据建筑所在地的地理位置和地质条件可知，本工程建筑适宜采用平板式筏形基础，即在本建筑地表上，将场地平整后用压路机将地表土碾压密实，然后在持力层上，浇筑钢筋混凝土平板，本建筑的持力层为卵石层，筏板厚度为1. 50米，基础深度为9.60米，与建筑高的比值约等于1/8.69，满足有关规范中大于1/15的要求。地基基础设计等级为甲级。
3.3 主要材料
地下两层和地上接近地面的三层采用C40等级的混凝土，3层以上15层以下的结构均采用C35等级的混凝土，15层及其以上的结构采用C30等级的混凝土；建筑内外墙都使用非承重粘土空心砌块,M5混合砂浆砌筑；建筑中使用的钢筋规格为HPB235和HRB335两种。
4 上部结构分析计算
本工程建筑的高宽比为6.89，由《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》可知，本工程需要采用两种模型进行计算，然后分析两种计算的计算结果并选取与实际情况相符度高的结果进行设计。本工程中使用的是SATWE和PMSAP两种计算程序对上部结构进行相关的计算，且两种计算结果总体较为接近。计算时主要使用的参数有中梁刚度增大系数2. 0, 连梁刚度折减系数0. 50,周期折减系数1.0。
4.1 周期计算
选15种振动模态进行有关计算，两种计算模型中X向和Y向的有效质量之和与总质量的比值都大于0.9，下表为该阵型的周期：
《高层建筑混凝土结构技术规程》4.3.5 条规定，结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比，A级高度高层建筑不应大于0.9。由上表结果可以看出两种计算结果中，以扭转为主的第一自振周期与以平动为主的第一自振周期之比分别为0.56和0.564，结果比较接近，且均不大于0.9。
4.2 最小楼层地震剪力系数
用SATWE计算出来的最小楼层剪力系数：X方向为3.28%，Y方向为3.66%。用PMSAP计算出来的最小楼层剪力系数：X方向为4.02%，Y方向为4.01%。
4.3地震作用下最大弹性层间位移角(不考虑偶然偏心影响)
用SATWE计算出来的地震作用下最大弹性层间位移角：X方向为1/1179,Y方向为1/1129；用PMSAP计算得出的最大弹性层间位移角：X方向为1/1123，Y向为1/1502。
4.4 电算结果分析
由电算结果可知，本工程建筑的各层侧向刚度均比其上一层的侧向刚度大70%，且竖向抗侧力构件连续,侧向刚度下大上小,均匀变化,竖向属规则结构。
5 特殊部位处理及施工要求
①本工程基础筏板较厚，为防止因不均匀沉降引起主楼跟裙楼之间断裂变形，在在筏板、地下一层及地上一、二层设置沉降后浇带。后浇带筏板、梁和剪力墙内部钢筋为整根，而后浇带楼板内的钢筋中间是断开的，后浇带使用的钢筋混凝土应该比设计强度高出一级。
②建筑中若连梁的跨度与其截面高度之比小于2，则应该增设斜向交叉构造钢筋。
③本工程建筑三层之上的叠合楼梯没有跟楼板连接，为了保证其稳定性，楼梯梯段板中的钢筋一端应该锚进墙内，需要注意的是此墙需要适当增厚，增大配筋率。
④±0. 000米标高楼板、6.900米标高楼板及屋面板采用双层双向配筋设计,且配筋率应大于25%。
⑤为适应温度变化，在屋面栏板设置的伸缩接缝，伸缩缝的间距为12米。
⑥本工程基础较深，在开挖时应尽量减小其对外界的各种不良影响。
⑦在施工过程中应按有关规定设置沉降观测点并进行跟踪观测。
6 房屋高宽比超限措施
本工程建筑的高宽比为6.89，而根据有关规范的要求，本建筑数A级高度，其高宽比应小于5，所以此建筑的高宽比明显超限，对此应采取的措施有：
①对建筑竖向构件的轴心压力设计值与其轴心抗压力设计值的比值进行严格的控制。框架柱的轴压比不能超过0.15，剪力墙的轴压比不能超过0.44。
②增加建筑的基础深度。本工程的有效基础埋深为9.6米，约是建筑高度的1/8.69。
③由电算计算得出，本工程建筑在X方向上的刚度比为8.01，Y方向上的刚度比为7.38。建筑结构刚重比大于2.7，根据有关规范要求可知，此结构相当稳定，并且对于重力二阶效应的影响可不予考虑。
④为控制结构的侧向刚度，按弹性方法计算的弹性楼层层间最大位移与层高之比不能大于1/1129。
⑤弹性时程分析补充计算。由于本工程建筑的高宽比超限，所以需采用弹性时程分析进行补充计算。
根据工程实际情况，弹性时程分析选择了两条实测波TH1TG040和TH4TG040以及一條人工模拟波RH4TG040，计算中地震加速度最大值按70cm/s2计算。由计算结果可知,用所选的三条波的时程曲线计算出的结构底部剪力都比用振型分解反应谱法计算出的底部剪力的65%要大 ,且其平均值大于用振型分解反应谱法计算结果的80%。三条波时程曲线计算结果的平均值所得的最大楼层位移、最大层间位移角、最大楼层反应力、最大楼层剪力、最大楼层弯矩等基本不大于CQC法的计算结果,此结果证明了用振型分解反应谱法进行结构设计是合理的。
⑥按照有关规范要求，对本工程中建筑在水平地震作用力下的基底应力进行计算，计算结果显示在X、Y向的基底都没有出现零应力区，基础整体承重，达到有关规范的规定。
参考文献:
[1]全国民用建筑工程设计技术措施,中国建筑标准设计研究院编制.
[2]朱炳寅. 建筑结构设计规范应用图解手册.
[3]王亚勇,戴国莹. 建筑抗震设计规范疑问解答.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。