仿古建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

許璟玉

摘要：近年來，隨著房地產(chǎn)行業(yè)的快速發(fā)展，各種現(xiàn)代建筑高樓如春筍搬出現(xiàn)，并日漸發(fā)展成熟，在這種背景下，國內(nèi)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工程師們必須要?jiǎng)?chuàng)新出新的設(shè)計(jì)以突破現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)的瓶頸，仿古建筑就成為了現(xiàn)代建筑的潮流。但是仿古建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面仍存在著一些不足，本文就仿古建筑在結(jié)構(gòu)抗震等方面提出一些注意事項(xiàng)及其解決方案，并對(duì)仿古建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，為其他的建筑設(shè)計(jì)提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：仿古建筑；結(jié)構(gòu)模型；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；軟件分析

1工程概況

此仿古建筑是一種仿宋式樓閣，總樓層不高，只有七層，為28m，地下一層，地上部分六層，但是總的建筑覆蓋面積較大，有二千平方米。這種仿宋式的建筑樓閣需要按照宋氏的建筑要求來進(jìn)行設(shè)計(jì)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外圍結(jié)構(gòu)的連接方式是斗拱，而且在建筑外圍設(shè)置了大量的懸挑飛檐，使得建筑很難區(qū)分出各個(gè)樓層的界限，整個(gè)豎向結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜。此工程具有良好的抗震抗壓等級(jí)，安全系數(shù)較高。工程場地進(jìn)行過嚴(yán)格的勘查，地基也較為合理，鋼筋混泥土的框架結(jié)構(gòu)增加了工程的牢固性，50年的使用壽命對(duì)于此項(xiàng)工程并非難事。

2 結(jié)構(gòu)分析

這類建筑在空間結(jié)構(gòu)上相對(duì)較為復(fù)雜，對(duì)建筑施工的要求也較高。因此，在建筑施工的過程中，要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行嚴(yán)格的分析，保證在設(shè)計(jì)中的建筑結(jié)構(gòu)模型與實(shí)際中的建筑史一致的，使得建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)確有效。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析的過程中，設(shè)計(jì)人員一般采用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行分析，其結(jié)果進(jìn)行分析比較，保證其結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。對(duì)于一些建筑中重要的抗震節(jié)點(diǎn)，采用人工抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為合理。在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)分析的過程中，可以發(fā)現(xiàn)以下問題：建筑豎向結(jié)構(gòu)不規(guī)則而且復(fù)雜，整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)較多，嚴(yán)重不符合建筑的抗震設(shè)計(jì)要求。整個(gè)的仿宋式建筑具有多處不規(guī)則項(xiàng)，因此將這個(gè)建筑歸為不規(guī)則的仿古建筑，同時(shí)整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)中，節(jié)點(diǎn)多而且復(fù)雜，使得建筑在受力分析上較為復(fù)雜。所以要對(duì)這項(xiàng)建筑進(jìn)行抗震分析，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中要注意以下方面：（1）在整個(gè)建筑中有許多的懸挑部分，建筑要進(jìn)行豎向支撐的抗震驗(yàn)算；（2）在設(shè)置縱向梁中，下部有孔洞而形成的短柱，對(duì)超短柱按一級(jí)抗震等級(jí)進(jìn)行設(shè)計(jì)；支承挑檐的縱向梁應(yīng)驗(yàn)算抗扭承載力。（3）對(duì)于建筑中的十字形框架柱，要按照規(guī)范進(jìn)行 45°角和雙向地震作用補(bǔ)充計(jì)算。（4）對(duì)整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)采用多種計(jì)算模型進(jìn)行比較，保證計(jì)算的準(zhǔn)確性和可靠性。（5）在設(shè)計(jì)中盡量減少薄弱層與軟弱層同時(shí)存在而對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性造成影響。（6）變截面節(jié)點(diǎn)要做專項(xiàng)抗震設(shè)計(jì)，提高抗震性能。

2.1 SATWE 計(jì)算結(jié)果及分析

仿古建筑在進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析計(jì)算時(shí)，采用的是SATWE 及 PMSAP軟件，在SATWE中建立計(jì)算的結(jié)構(gòu)模型，具有明確的結(jié)構(gòu)層概念，同時(shí)在 PMSAP中進(jìn)行建立模型時(shí)就必須對(duì)整個(gè)建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)簡化處理，便于建模計(jì)算。在進(jìn)行處理中，將建筑的頂部簡化為平面，同時(shí)將外圍結(jié)構(gòu)的懸挑結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行人工荷載計(jì)算，然后按照其他數(shù)據(jù)規(guī)范輸入，整個(gè)建筑的前 3 階振型結(jié)果如下表，結(jié)果滿足計(jì)算要求。

SATWE 計(jì)算的結(jié)構(gòu)前 3 階振型結(jié)果 表 1

同時(shí)，在軟件SATWE 的計(jì)算中顯示，在地震的作用下該建筑閣樓的位移情況如下表，經(jīng)過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的分析可知，這些結(jié)構(gòu)參數(shù)均滿足抗震的規(guī)范要求：

經(jīng)過上述圖表的計(jì)算可知，該仿宋氏建筑閣樓的薄弱層是第二層。

2.2 PMSAP 計(jì)算結(jié)果及分析

在采用 PMSAP 的方式進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，采用 SPASCAD 的建模程序來建立建筑結(jié)構(gòu)的模型，這種建模方式是對(duì)PMCAD 建模的一種簡化，有利于建筑建模的完成，提高建模的準(zhǔn)確度，使得建立的模型更加的切合實(shí)體建筑。經(jīng)過PMSAP 計(jì)算方式，對(duì)其建筑結(jié)構(gòu)前 3 階振型結(jié)果進(jìn)行，在第一周期中，扭轉(zhuǎn)與平動(dòng)的比值是0.855，其結(jié)果明顯小于0.900，因此滿足現(xiàn)行的高層建筑規(guī)范要求。

在軟件PMSAP的計(jì)算中顯示，在地震的作用下該建筑閣樓的位移情況，通過分析發(fā)現(xiàn)，在2層的薄弱層有著最大的層間位移角，X方向的位移角為 1/911，Y方向上的位移角是1/901，其結(jié)果滿足規(guī)范限值1/550；而在最大的層間位移與層平均位移的比值中，X方向的是4層的1.063，Y方向的也是4層的1.072 ，在最大層間位移與平均層間位移之比中，X方向的3層的1.204，Y方向的是3層的1.222，該四項(xiàng)結(jié)果亦都滿足限值1.5。因此，該計(jì)算結(jié)果均滿足要求。經(jīng)過計(jì)算結(jié)果的分析得出，結(jié)構(gòu)2層的建筑剛度較小，作出判斷該建筑2層為整個(gè)建筑的薄弱層。

3結(jié)語

一般情況下，仿古建筑的豎向結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，外觀形體也不太規(guī)則，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要嚴(yán)格把握建模的準(zhǔn)確性和可靠性，SATWE 程序建模時(shí)對(duì)建筑的簡化程度較大，使得建立的模型與實(shí)際相符度低，而SPASCAD 程序建模正好彌補(bǔ)了這個(gè)缺陷，使計(jì)算的結(jié)果更加的安全可靠，兩種軟件計(jì)算對(duì)比，實(shí)現(xiàn)更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

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