梯田式退臺高層辦公樓結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

甘潔沂

摘 要 梯田式退臺高層辦公樓在建筑立面和平面上，均屬于不規(guī)則結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)設(shè)計難度大、細節(jié)多。基于此，文章以某高層辦公樓建筑為例，結(jié)合梯田式退臺結(jié)構(gòu)特點，總結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計要點，為其他設(shè)計人員開展梯田式退臺高層辦公樓結(jié)構(gòu)設(shè)計工作提供實踐參考。

關(guān)鍵詞 梯田式退臺;高層辦公樓;結(jié)構(gòu)設(shè)計

前言

梯田式退臺是指將建筑露臺設(shè)計為條狀臺階式，外觀與梯田類似。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，梯田式退臺可呈現(xiàn)簡潔的結(jié)構(gòu)線條，提高建筑美觀性，形成獨特建筑風格，吸引城市大眾的注意力。同時，該結(jié)構(gòu)可擴大建筑采光空間，營造更舒適的建筑室內(nèi)環(huán)境，調(diào)動職工工作熱情。

1工程概況

本文以某梯田式退臺高層辦公樓為例，分析結(jié)構(gòu)設(shè)計要點。該高層辦公樓高度為99.6m，共24層，包括酒店塔樓、辦公塔樓及裙房三部分，設(shè)計單位選擇混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，要求結(jié)構(gòu)抗震等級達到三級、使用年限為50年、安全等級達到二級、抗震設(shè)防烈度為6。其他設(shè)計參數(shù)如下：風壓為0.35kN/㎡，阻尼比為5%，核心筒寬和塔樓高的比值為1∶4.81。在該梯田式退臺高層辦公樓結(jié)構(gòu)中，表現(xiàn)出如下特點：第一，從裙房結(jié)構(gòu)開始，沿著標準層向上層層收進，形成梯田式退臺結(jié)構(gòu);第二，辦公樓結(jié)構(gòu)的標準層平面和等腰直角三角形類似，核心筒結(jié)構(gòu)的平面表現(xiàn)為梯形。通過設(shè)計人員的規(guī)范合理設(shè)計，該高層辦公樓成功投入使用，穩(wěn)定性、抗震性能等參數(shù)符合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，說明該梯田式退臺高層辦公樓的結(jié)構(gòu)設(shè)計具備借鑒意義，可總結(jié)其結(jié)構(gòu)設(shè)計要點，為其他類似風格的辦公樓結(jié)構(gòu)設(shè)計提供經(jīng)驗參考。

2梯田式退臺高層辦公樓結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

2.1 梯田式退臺結(jié)構(gòu)布置

在梯田式退臺結(jié)構(gòu)設(shè)計中，設(shè)計人員將辦公樓的標準層平面設(shè)計為與等腰直角三角形類似的結(jié)構(gòu)，從辦公樓與裙房連接位置開始，向上以梯田形式層層收進，形成梯田式退臺結(jié)構(gòu)。在結(jié)構(gòu)布置中，設(shè)計要點如下：

（1）控制扭轉(zhuǎn)效應。在該辦公樓平面設(shè)計中，三角形結(jié)構(gòu)易出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)效應，引發(fā)剛度集中現(xiàn)象，降低辦公樓核心筒四周區(qū)域的剛度，影響整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[1]。針對該現(xiàn)象，設(shè)計人員適當降低核心筒墻體的數(shù)量，提高墻體的厚度，縮短核心筒的質(zhì)心與剛心間的距離，提高核心筒四周區(qū)域的剛度，控制扭轉(zhuǎn)效應。

（2）層高變化。設(shè)計人員通過裙房的層高變化，形成梯田式退臺結(jié)構(gòu)。將第一、二層層高設(shè)計為6m;第三層層高設(shè)計為5.5m;第四層層高設(shè)計為6.3m;第五層層高設(shè)計為4.4m;其余層高均設(shè)計為4.2m。在該層高設(shè)計下，設(shè)計人員加大裙房底部墻體的數(shù)量，保障結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性，避免薄弱層的出現(xiàn)。

（3）梯田式收進。為呈現(xiàn)梯田式退臺辦公樓結(jié)構(gòu)，設(shè)計人員將裙房立面為基礎(chǔ)，進行傾斜設(shè)計，沿著單軸線方向，設(shè)置傾斜角度在26°～36°間的柱子，向上層層收進。對于懸挑長度大的區(qū)域，在斜柱上方設(shè)置立柱，使辦公樓純懸挑位置的長度低于4m。在該設(shè)計模式下，斜柱的水平拉力較低，且轉(zhuǎn)折位置的水平拉力較大，易使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，設(shè)計人員對樓板和框架梁配筋進行加強處理，用于分擔斜柱軸力的增量;對轉(zhuǎn)折部位所在的樓層進行加強處理，提高梯田式收進結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2.2 結(jié)構(gòu)超限分析

按照上述流程布置梯田式退臺結(jié)構(gòu)后，需對結(jié)構(gòu)進行設(shè)計分析，確保其各項參數(shù)符合辦公樓設(shè)計要求[2]。在超限分析中，辦公樓結(jié)構(gòu)的超限狀況共三種：①在偶然偏心條件下，辦公樓在水平和豎直方向的樓層位移比均超過1.2，可判斷其屬于扭轉(zhuǎn)不規(guī)則狀態(tài);②在辦公樓裙房結(jié)構(gòu)中，部分懸挑構(gòu)件的長度大于4m，可判斷其屬于尺寸突變狀態(tài);③在結(jié)構(gòu)斜柱布置中，水平壓力數(shù)值偏低，會降低結(jié)構(gòu)抗震性能，可判斷其屬于局部不規(guī)則狀態(tài)。

可見，超限分析結(jié)果與結(jié)構(gòu)布置分析結(jié)果相同，設(shè)計人員在采取提高核心筒四周剛度、控制懸挑構(gòu)件長度及局部加強處理措施的基礎(chǔ)上，采取如下超限抗震措施，強化辦公樓結(jié)構(gòu)的抗震性能：①通過彈性時程分析方法，分析辦公樓結(jié)構(gòu)在多遇地震條件的參數(shù)，增加結(jié)構(gòu)中斜柱與穿層柱的數(shù)量，使辦公樓結(jié)構(gòu)達到中震不屈服水平，對轉(zhuǎn)折位置進行雙層雙向配筋設(shè)計，實現(xiàn)地震作用在上下結(jié)構(gòu)的合理傳遞;②在懸挑構(gòu)件結(jié)構(gòu)中，加強局部縱筋、箍筋及根部區(qū)域?qū)牧航Y(jié)構(gòu)，確保彎矩在懸挑構(gòu)件中連續(xù)傳遞。

2.3 小震彈性分析

在優(yōu)化辦公樓結(jié)構(gòu)超限設(shè)計的基礎(chǔ)上，設(shè)計人員進行小震彈性分析，分析方法與結(jié)果如下：

（1）反應譜計算。設(shè)計人員將YJK為計算工具，計算辦公樓結(jié)構(gòu)的周期比、剪重比、位移比、位移角等參數(shù)，并與ETABS結(jié)果進行對比，分析結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性，得出如下結(jié)論：①兩種方式計算的反應譜指標相差無幾，由于二者風荷載計算采用的方法不同，使獲得的風荷載值差異較大，YJK的計算結(jié)果偏大;②觀察辦公樓的剛度與抗剪承載力參數(shù)，發(fā)現(xiàn)二者分布較為均勻，說明辦公樓結(jié)構(gòu)不存在軟弱層或薄弱層;③辦公樓結(jié)構(gòu)的首層和第二層位移比均大于1.4，設(shè)計人員考慮該結(jié)構(gòu)位移絕對值較低，認為該位移比符合結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，無須調(diào)整。

（2）小震彈性時程分析。結(jié)合反應譜計算的結(jié)果，對辦公樓結(jié)構(gòu)進行彈性時程分析，將Ⅱ類場地為分析條件，選擇實測地震波TH-1、TH-2及人工地震波為測試對象，時程分析的參數(shù)設(shè)置如下：地震波特征周期設(shè)定為0.35s;辦公樓結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防烈度設(shè)定為6;加速度時程曲線最大值設(shè)定為18cm/s2。

對比時程分析與反應譜計算的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在辦公樓結(jié)構(gòu)中，水平和豎直方向的基底剪力均低于反應譜計算的數(shù)值，但位于CQC計算結(jié)果的65%～135%范圍內(nèi)，基底剪力的平均值位于80%～120%范圍內(nèi)，符合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要求。對比層間最大位移角等其他參數(shù)，時程分析與反應譜計算結(jié)果相差無幾，說明辦公樓結(jié)構(gòu)不存在明顯突變，整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，抗震性能優(yōu)異，符合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要求。

3結(jié)束語

綜上所述，梯田式退臺結(jié)構(gòu)對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計提出較多要求，借鑒某辦公樓成功設(shè)計經(jīng)驗，設(shè)計人員需做好梯田式退臺結(jié)構(gòu)布置工作，做好結(jié)構(gòu)超限分析、小震彈性分析，使其各項參數(shù)符合設(shè)計要求，保障梯田式退臺穩(wěn)定可靠運行，延長高層辦公樓使用壽命。

參考文獻

[1] 錢鈞瓏.某超限高層辦公樓抗震設(shè)計[J].福建建筑，2020（2）：26-30，

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[2] 張明悅.某辦公樓設(shè)計合理性分析[C].北京力學會.北京力學會第二十五屆學術(shù)年會會議論文集，2019：986-987.