初探退臺(tái)式收進(jìn)體型超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

賴金珍

摘 要 在當(dāng)前的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，盡管退臺(tái)式收進(jìn)體型結(jié)構(gòu)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，然而受到多因素影響，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)常會(huì)存在諸多問(wèn)題。本文將從退臺(tái)式建筑的定義角度出發(fā)，對(duì)當(dāng)前常用的退臺(tái)式收進(jìn)體型超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模式加以介紹，進(jìn)而結(jié)合實(shí)際案例分析結(jié)構(gòu)抗震性能受到剛度突變時(shí)的影響，以期為有關(guān)部門提供可靠參考。

關(guān)鍵詞 退臺(tái)式;收進(jìn)體型;超高層建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);剛度突變

引言

退臺(tái)式超高層建筑屬于一種不規(guī)則建筑，而收進(jìn)體型結(jié)構(gòu)則屬于這種不規(guī)則建筑最為常用的一類結(jié)構(gòu)，這是因?yàn)槠渚邆漭^強(qiáng)穩(wěn)定性以及良好抗震性。然而因?yàn)榇祟惤Y(jié)構(gòu)極易產(chǎn)生剛度突變問(wèn)題，因此，有關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該對(duì)各類結(jié)構(gòu)加以全面了解，明確各結(jié)構(gòu)的差異性，對(duì)剛度進(jìn)行有效控制，進(jìn)而選用最科學(xué)的設(shè)計(jì)方案。

1退臺(tái)式建筑定義

此類建筑屬于一種較為特殊的建筑風(fēng)格，即建筑外形并非常規(guī)的長(zhǎng)方體樣式，呈現(xiàn)出梯形的樣式，其中建筑南向即梯形斜邊，擁有約45°的坡度，在實(shí)際應(yīng)用中，該斜邊通常會(huì)使人產(chǎn)生一定錯(cuò)覺(jué)[1]。在建筑行業(yè)，退臺(tái)式建筑也被稱為“臺(tái)階式”建筑，這主要是由于退臺(tái)式建筑整體外形與臺(tái)階比較相似。其主要建筑特點(diǎn)為底層擁有最大的面積，建筑由下至上，各層面積會(huì)越來(lái)越小，這便使得小區(qū)會(huì)呈現(xiàn)出一種開(kāi)闊感，然而其缺點(diǎn)在于容積率會(huì)變小，同時(shí)有較大的占地面積。

2當(dāng)前退臺(tái)式收進(jìn)體型超高層建筑常用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模式

2.1 核心筒模式

此類結(jié)構(gòu)模式包含了墻體轉(zhuǎn)換、雙翼墻、斜墻式以及按區(qū)格式的核心筒結(jié)構(gòu)收進(jìn)形式，同時(shí)，雙翼墻、斜墻式以及按區(qū)格式的核心筒結(jié)構(gòu)收進(jìn)形式都是直接由墻體傳力。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，核心筒收進(jìn)模式會(huì)導(dǎo)致收進(jìn)及其相鄰的樓層發(fā)生應(yīng)力集中的狀況，這是由于此處墻體的截面出現(xiàn)了突變現(xiàn)象。因此，如果想使應(yīng)力集中問(wèn)題得到緩解，設(shè)計(jì)人員可以將斜墻應(yīng)用于收進(jìn)位置方便過(guò)渡。

2.2 不同外框結(jié)構(gòu)的相應(yīng)模式

（1）懸挑梁式。如果退臺(tái)不具備較大的尺寸，就應(yīng)優(yōu)選此模式。懸挑梁式收進(jìn)模式最主要的特征，即其能夠把下部以及上部的外框柱分別涉及樓板的內(nèi)部與樓板的邊緣，以便確保建筑結(jié)構(gòu)的整體連續(xù)性。

（2）雙柱式。從結(jié)構(gòu)的整體受力層面來(lái)看，此類收進(jìn)模式屬于最為科學(xué)的結(jié)構(gòu)模式。此模式的主要特征，即會(huì)將2排立柱設(shè)計(jì)到退臺(tái)以下樓層的相應(yīng)平面，同時(shí)，可以使后面外圍的立柱被有效下延到建筑基礎(chǔ)底板上。實(shí)踐證明，如果退臺(tái)擁有較大尺寸，設(shè)計(jì)人員便可將退臺(tái)式建筑設(shè)計(jì)成此模式，這是由于此模式能夠使豎向的構(gòu)件不會(huì)轉(zhuǎn)換，繼而確保建筑結(jié)構(gòu)能夠經(jīng)由先樓板、再面梁、進(jìn)而外框柱、最終到基礎(chǔ)的順序傳遞露面的整體荷載。然而因?yàn)闀?huì)將1排立柱設(shè)置到退臺(tái)以下的樓層相應(yīng)平面，所以在應(yīng)用此模式后，極易使建筑自身部分功能受到影響。

（3）搭接柱式。此模式最關(guān)鍵的特征，即結(jié)構(gòu)能夠借助搭接柱連接外圍縱向的構(gòu)件。在退臺(tái)擁有較小的尺寸，且外框柱間距較小時(shí)，設(shè)計(jì)人員便可應(yīng)用此模式，這會(huì)因?yàn)樵撃Ｊ讲粫?huì)對(duì)建筑整體產(chǎn)生較大影響。

（4）結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換式。此模式最明顯的特征為可以借助部分轉(zhuǎn)換梁、轉(zhuǎn)換桁架等轉(zhuǎn)換式的結(jié)構(gòu)使上部立柱整體荷載逐漸傳遞到下部的外框柱。然而對(duì)轉(zhuǎn)換層而言，此模式會(huì)極大影響到轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，卻不會(huì)影響到其余結(jié)構(gòu)。

（5）斜柱式。此類模式的主要特征為：退臺(tái)前后外圍的立柱能夠被相應(yīng)的斜柱連接，因此，該模式擁有較為直接的外框柱縱向傳力。如果退臺(tái)擁有較大的尺寸，設(shè)計(jì)人員也可考慮應(yīng)用此模式。然而需要注意的是，因?yàn)樾敝ǔ?huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)折位置出現(xiàn)水平向的作用力，因此應(yīng)該對(duì)斜柱斜率展開(kāi)科學(xué)設(shè)計(jì)，最佳斜率為1/10～1/4。另外，斜柱會(huì)影響到建筑的空間布置以及自身功能，同時(shí)斜率越小，便會(huì)增加受影響樓層，這也是設(shè)計(jì)人員必須科學(xué)把控斜率的主要原因之一[2]。

（6）各結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模式對(duì)比。①對(duì)比抗側(cè)剛度：以上各模式當(dāng)中，斜柱式模式擁有較大抗側(cè)剛度，在該模式中，傾斜角度越大，抗側(cè)能力越大;機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換式模式能夠使退臺(tái)為之抗側(cè)剛度明顯提升，同時(shí)會(huì)在核心筒里形成較大彎矩以及附加剪力;與這兩個(gè)模式相比，其余模式都不會(huì)明顯影響抗側(cè)剛度。②對(duì)比縱向傳力：在上述各模式當(dāng)中，懸挑梁式以及雙柱式模式并不會(huì)使結(jié)構(gòu)收進(jìn)位置構(gòu)件出現(xiàn)附加的作用力，也不會(huì)使縱向的傳力形式發(fā)生變化;盡管斜柱式模式能夠確保外框柱縱向傳力方式不會(huì)發(fā)生變化，然而卻會(huì)使轉(zhuǎn)折樓層位置產(chǎn)生兩個(gè)較大水平向作用力，因此，應(yīng)該強(qiáng)化此位置水平向的相應(yīng)構(gòu)件;另外，結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換式模式極易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)縱向傳力的方式發(fā)生改變，進(jìn)而導(dǎo)致對(duì)應(yīng)傳送荷載的路徑變長(zhǎng);此外，搭接柱模式能夠確保縱向直接傳力，可是在搭接位置會(huì)出現(xiàn)附加彎矩。

3建筑結(jié)構(gòu)抗震性能受剛度突變主要影響

在設(shè)計(jì)某建筑塔樓時(shí)，設(shè)計(jì)人員最初將此處的核心筒收進(jìn)模式設(shè)計(jì)到建筑第32層的退臺(tái)位置，相應(yīng)外框柱以及核心筒的截面都從32層起越來(lái)越小，同時(shí)，此處的水平荷載會(huì)導(dǎo)致位移角曲線出現(xiàn)明顯突變，這說(shuō)明退臺(tái)位置結(jié)構(gòu)剛度突變較大。

所以，設(shè)計(jì)人員在反復(fù)勘察和分析后決定，對(duì)最初32層水平向的收進(jìn)進(jìn)行延伸，使之被延伸到37層，從而規(guī)避集中收進(jìn)以及加強(qiáng)層，同時(shí)使收進(jìn)墻體整體尺寸減小且在墻體處進(jìn)行開(kāi)洞處理，以便使剛度的突變變小，使上述位移角的突變得到改善。進(jìn)行地震模擬分析時(shí)可知，32層的退臺(tái)位置所有地震波都顯示出明顯的突變，擁有超過(guò)0.3的損傷因子，屬于核心筒模式墻體最嚴(yán)重的損傷部位，所以，設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)薄弱層相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)退臺(tái)位置的樓層，提升結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

4結(jié)束語(yǔ)

總之，城市化發(fā)展導(dǎo)致城市可以利用土地資源減少，超高層建筑已經(jīng)成為緩解土地資源壓力的主要建筑模式。而對(duì)此類型建筑而言，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、受力特點(diǎn)都對(duì)建筑最終使用安全與質(zhì)量產(chǎn)生直接影響，而退臺(tái)式收進(jìn)體型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式便能符合以上要求，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該結(jié)合實(shí)際情況選用最合適的設(shè)計(jì)模式，合理避免剛度突變，使建筑抗震性得以提高。

參考文獻(xiàn)

[1] 包聯(lián)進(jìn)，陳建興，王鑫，等.退臺(tái)式收進(jìn)體型超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].建筑結(jié)構(gòu)，2019，49（13）：7-12.

[2] 楊萬(wàn)托，陳才華，陳灝凱，等.體型收進(jìn)的框架-核心筒超高層結(jié)構(gòu)模型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究[J].建筑科學(xué)，2019（5）：64-69.