結(jié)合實(shí)際工程談結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)

武 玉 潔

(山西省建筑設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030013)

1 工程概況

某新建公寓樓由兩棟地上27層地下1層的單體建筑組成，地上1層、2層建筑功能為商業(yè)，地上1層層高6.0 m，2層層高4.8 m，3層及以上標(biāo)準(zhǔn)層為公寓，3層及以上標(biāo)準(zhǔn)層層高3.0 m，建筑高度為86.0 m(室內(nèi)外高差擬定為0.2 m)。建筑物底部?jī)蓪舆B為整體，頂部22F～27F共6層采用連廊連接。

單體建筑X向標(biāo)準(zhǔn)層柱跨為6.2 m,7.8 m,8.0 m×2,6.2 m,7.8 m，Y向標(biāo)準(zhǔn)層柱跨為6.0 m,7.0 m,6.0 m，兩單體建筑相距19.0 m。

具體平面及立面見圖1，圖2。

2 結(jié)構(gòu)方案

1)本工程建設(shè)場(chǎng)地地震烈度為8度(0.2g)，地震分組為二組，場(chǎng)地類別為Ⅲ類場(chǎng)地。

2)根據(jù)建筑功能及平面布置，本工程結(jié)構(gòu)類型采用框架—抗震墻結(jié)構(gòu)，由于建筑高度大于60 m，框架抗震等級(jí)為一級(jí)，抗震墻抗震等級(jí)為一級(jí)。

3)本工程屬于JGJ 3—2010高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程第10.5中的連體結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)試算時(shí)應(yīng)先進(jìn)行分塔模型的試算，然后再進(jìn)行整體模型的試算。

4)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)層柱跨尺寸，X向框架梁截面初步擬定為400 mm×600 mm，Y向框架梁截面初步擬定為400 mm×550 mm；柱截面初步擬定為1 000 mm×1 000 mm,800 mm×800 mm,600 mm×600 mm；抗震墻布置在樓梯間及電梯井道周圍。

3 結(jié)構(gòu)方案試算及調(diào)整

3.1 第一次試算

1)結(jié)構(gòu)試算時(shí)未考慮連廊僅對(duì)一側(cè)的單體結(jié)構(gòu)進(jìn)行試算，初步擬定的結(jié)構(gòu)構(gòu)件基本滿足結(jié)構(gòu)的整體計(jì)算指標(biāo)。

2)通過(guò)第一次試算，需要調(diào)整的地方有：

a.樓梯間與電梯井改為對(duì)稱布置，這樣單體建筑在標(biāo)準(zhǔn)層時(shí)平面布置沿Y軸左右對(duì)稱。b.將單體平面兩側(cè)的柱跨調(diào)整，由6.2 m改為8.0 m，取消與電梯井抗震墻相對(duì)應(yīng)的框架柱，將結(jié)構(gòu)平面進(jìn)一步簡(jiǎn)化。c.建筑標(biāo)準(zhǔn)層功能為公寓建筑層高為3.0 m，采用地暖和中央空調(diào)相結(jié)合的采暖方式；結(jié)構(gòu)梁下凈高為3.0(層高)-0.6(框架梁高)-0.11(地暖厚度)=2.29 m，梁下凈高太低了無(wú)法滿足風(fēng)管及消防管線通過(guò)后的建筑高度要求，結(jié)構(gòu)梁高改為490 mm，框架梁跨高比為8 000/490=16.32，結(jié)構(gòu)梁下凈高為3.0-0.49-0.11=2.4 m，基本滿足要求。

3.2 第二次試算

1)根據(jù)第一次試算結(jié)果，X向中間跨框架梁截面改為700 mm×490 mm，兩側(cè)邊跨框架梁截面改為400 mm×800 mm(梁上翻310 mm)，Y向框架梁截面改為650 mm×490 mm；柱截面改為1 200 mm×1 200 mm,1 000 mm×1 000 mm,800 mm×800 mm；抗震墻布置在樓梯間及電梯井道周圍。

2)修改后的結(jié)構(gòu)構(gòu)件基本滿足結(jié)構(gòu)的整體計(jì)算指標(biāo)。

3)通過(guò)第二次試算，需要調(diào)整的地方有：

a.第2層與第3層層高之比為4.8/3.0=1.6>1.5，該層的剛度比和受剪承載力之比均不滿足高規(guī)的相關(guān)要求，與建筑協(xié)商后將第3層層高改為3.8 m。b.X向兩側(cè)邊跨框架梁截面改為400 mm×800 mm，為滿足建筑立面要求梁需上翻310 mm。

3.3 第三次試算

1)本工程兩側(cè)單體建筑以中間Y軸對(duì)稱布置；首層大堂軸線尺寸為19.0 m×19.0 m，采用井字梁，梁高為1.1 m；頂部連廊采用剛性連接，連廊部分建筑功能為公寓，層高要求同標(biāo)準(zhǔn)層。

2)頂層連廊可以采用底部做大梁+梁上柱的方式，也可以采用在頂層設(shè)置大梁+吊柱的方式。

a.采用大梁+梁上柱的方式時(shí)，底部轉(zhuǎn)換梁截面按1/8梁的跨度計(jì)算時(shí)，梁高為19 000/8=2 375 mm，由于轉(zhuǎn)換梁需伸入主體結(jié)構(gòu)一跨并可靠連接，所以連廊兩側(cè)一跨范圍內(nèi)的建筑功能無(wú)法使用，并且兩側(cè)無(wú)法開窗，建筑室內(nèi)無(wú)法采光、通風(fēng)，使部分建筑面積成為無(wú)用面積。b.采用大梁+吊柱的方式時(shí)，懸吊大梁設(shè)置在屋頂上并且大部分梁截面需上翻，懸吊部分的柱、梁采用鋼結(jié)構(gòu)，樓板采用組合樓板，這樣可以減少一部分結(jié)構(gòu)自重。采用懸吊結(jié)構(gòu)使得連廊周邊的樓層建筑功能不受影響，屋面上翻梁可以預(yù)留過(guò)水孔來(lái)解決屋面排水問(wèn)題。

表1 三項(xiàng)及以上不規(guī)則高層建筑界定的判定

3)通過(guò)與建筑師溝通，連廊的做法采用大梁+吊柱的方式，連廊采用懸吊結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

a.屋頂?shù)拇罅簽殛P(guān)鍵構(gòu)件，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)特別注意，建議采用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件安全儲(chǔ)備較高，并且與懸吊鋼柱較為方便連接。b.連廊部分結(jié)構(gòu)建議采用鋼結(jié)構(gòu)，以便減輕結(jié)構(gòu)自重。c.懸吊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)，規(guī)范規(guī)定的防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)方法有：局部加強(qiáng)法，拉結(jié)構(gòu)件法，拆除構(gòu)件法，建議懸吊大梁采用局部加強(qiáng)法，懸吊柱采用拆除構(gòu)件法。

4)經(jīng)過(guò)試算結(jié)構(gòu)方案確定為：結(jié)構(gòu)類型采用框架—抗震墻結(jié)構(gòu)，框架梁采用扁寬梁，梁高控制在490 mm，樓板采用厚板板厚為180 mm和200 mm，底部?jī)蓚?cè)大堂采用井字梁屋面，頂部連廊采用大梁+吊柱的方式，懸吊結(jié)構(gòu)采用鋼結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)平面布置見圖3。

4 超限判定

由于本工程頂部設(shè)有連廊，底部設(shè)有相連的兩層大堂，需對(duì)建筑物進(jìn)行超限判定，超限判定依據(jù)《山西省超限高層建筑工程抗震設(shè)防界定規(guī)定》(以下簡(jiǎn)稱《規(guī)定》)。

1)本工程結(jié)構(gòu)類型為框架—抗震墻結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)高度為86.0 m，未超過(guò)《規(guī)定》所限定的8度(0.2g)100 m的界限。

2)經(jīng)初步判定，本工程不滿足《規(guī)定》中一項(xiàng)不規(guī)則界定和二項(xiàng)不規(guī)則界定，三項(xiàng)及以上不規(guī)則高層建筑界定的判定見表1。

根據(jù)本工程初步計(jì)算結(jié)果僅表1中第1a項(xiàng)和第5項(xiàng)不滿足《規(guī)定》的要求，第1a項(xiàng)可在施工圖設(shè)計(jì)階段進(jìn)一步調(diào)整，第5項(xiàng)為本工程特有的不可避免，故經(jīng)初步判定本工程不屬于《規(guī)定》中界定的超限工程。

5 結(jié)語(yǔ)

1)結(jié)構(gòu)的方案試算在整體的方案設(shè)計(jì)階段扮演著重要的角色，可以對(duì)建筑方案提出切實(shí)可行的調(diào)整意見，對(duì)結(jié)構(gòu)的下一步施工圖設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)。

2)以本工程為例，對(duì)建筑方案提出的調(diào)整意見如下：

a.樓梯間與電梯井改為對(duì)稱布置。b.將單體平面兩側(cè)的柱跨調(diào)整，由6.2 m改為8.0 m。c.將第3層層高由3.0 m改為3.8 m。d.雖然通過(guò)控制框架梁高度的方法基本滿足建筑專業(yè)及設(shè)備專業(yè)的設(shè)計(jì)要求，但仍然建議將標(biāo)準(zhǔn)層的層高適當(dāng)加高。

3)以本工程為例，對(duì)結(jié)構(gòu)的下一步工作提出的設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：

a.本工程結(jié)構(gòu)類型采用框架—抗震墻結(jié)構(gòu)，屬于JGJ 3—2010高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程第10.5中的連體結(jié)構(gòu)，施工圖設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第10.5中的相關(guān)要求。b.底部2層通高的大堂屋面采用井字梁結(jié)構(gòu)，施工圖設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意梁的撓度變形。c.頂部連廊采用懸吊結(jié)構(gòu)，在施工圖設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意考慮防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)，建議懸吊大梁采用局部加強(qiáng)法，懸吊柱采用拆除構(gòu)件法。d.經(jīng)過(guò)初步判定，本工程不屬于《山西省超限高層建筑工程抗震設(shè)防界定規(guī)定》中界定的超限工程。在施工圖設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意控制考慮偶然偏心的扭轉(zhuǎn)位移比不要超過(guò)1.2。

[1] GB 50010—2010,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] GB 50011—2010,建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] JGJ 3—2010,高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[4] 山西省超限高層建筑工程抗震設(shè)防界定規(guī)定[Z].