超高層建筑伸臂加強層結(jié)構(gòu)設(shè)計相關(guān)問題研究

王 偉

(山西四建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030024)

在我國城市土地資源緊缺問題日益嚴(yán)峻的背景下，城市中的建筑正越來越趨向于超高層建筑。超高層建筑將絕大部分建筑空間擴(kuò)展到了上層，能夠大大節(jié)省土地資源，但與此同時，也帶來了一些設(shè)計方面的問題。其中，超高層建筑伸臂加強層結(jié)構(gòu)的設(shè)計問題是一項重難點，所以有必要針對該問題展開深入研究，以促進(jìn)超高層建筑的發(fā)展。

1 超高層建筑伸臂加強層結(jié)構(gòu)設(shè)置位置的選擇原則

在選擇超高層建筑伸臂加強層結(jié)構(gòu)的設(shè)置位置之時，應(yīng)遵循以下幾項原則。

第一，應(yīng)當(dāng)要滿足建筑的使用功能需求，盡量利用避難層來作為伸臂加強層結(jié)構(gòu)的設(shè)置位置；第二，應(yīng)當(dāng)要根據(jù)相關(guān)結(jié)構(gòu)控制目標(biāo)進(jìn)行有效的分析，如基本周期和頂點位移控制目標(biāo)、底部筒體傾覆力矩控制目標(biāo)、底部墻肢拉力控制目標(biāo)等，根據(jù)分析結(jié)果合理選擇伸臂加強層結(jié)構(gòu)的設(shè)置位置；第三，應(yīng)當(dāng)要確保伸臂桁架構(gòu)件尺寸合理、可承受適當(dāng)作用力、方便施工作業(yè)。

2 超高層建筑設(shè)置一道伸臂加強層結(jié)構(gòu)的最佳位置

某超高層建筑項目為框架-核心筒結(jié)構(gòu)建筑，總建筑高度為350m，包括地下4層+地上79層，可承受基本風(fēng)壓為0.75kN/m，設(shè)計抗震設(shè)防烈度為7°。

2.1 控制基本周期和頂點位移時

2.1.1 基本周期對比分析

在風(fēng)荷載作用下，在該項目的不同避難層設(shè)置伸臂加強層結(jié)構(gòu)時的基本周期對比詳見表1。

表1 在該項目的不同避難層設(shè)置伸臂加強層結(jié)構(gòu)時的基本周期對比表

分析結(jié)果顯示，當(dāng)伸臂加強層結(jié)構(gòu)設(shè)置在該項目的中間或者略偏上位置的避難層中時，它的基本周期較短；當(dāng)伸臂加強層結(jié)構(gòu)設(shè)置在該項目的頂部或者偏下位置的避難層中時，它的基本周期較長。

在該項目設(shè)置一道伸臂加強層結(jié)構(gòu)的情況下，選擇設(shè)置位置為41層(0.54H)時的基本周期最短，僅為7.64s。

2.1.2 頂點位移對比分析

在風(fēng)荷載作用下，在該項目的不同避難層設(shè)置伸臂加強層結(jié)構(gòu)時的頂點位移對比詳見表2。

表2 在該項目的不同避難層設(shè)置伸臂加強層結(jié)構(gòu)時的頂點位移對比表

分析結(jié)果顯示，當(dāng)伸臂加強層結(jié)構(gòu)設(shè)置在該項目的中間或者略偏上位置的避難層中時，它的頂點位移較??；當(dāng)伸臂加強層結(jié)構(gòu)設(shè)置在該項目的頂部或者偏下位置的避難層中時，它的頂點位移較大。在該項目設(shè)置一道伸臂加強層結(jié)構(gòu)的情況下，選擇設(shè)置位置為41層(0.54H)時的頂點位移最小，x向僅為572mm,y向僅為652mm。

2.2 控制層間位移角時

在風(fēng)荷載作用下，在該項目的不同避難層設(shè)置伸臂加強層結(jié)構(gòu)時的層間位移角對比詳見表3。

表3 在該項目的不同避難層設(shè)置伸臂加強層結(jié)構(gòu)時的層間位移角對比表

分析結(jié)果顯示：當(dāng)伸臂加強層結(jié)構(gòu)設(shè)置在該項目的中間位置的避難層中時，它的層間位移角較??；當(dāng)伸臂加強層結(jié)構(gòu)設(shè)置在該項目的頂部或者偏下位置的避難層中時，它的層間位移角較大。在該項目設(shè)置一道伸臂加強層結(jié)構(gòu)的情況下，選擇設(shè)置位置為41層(0.54H)時的層間位移角最小，x向僅為1/514,y向僅為1/502。

2.3 控制底部筒體傾覆力矩時

在風(fēng)荷載作用下，在該項目的不同避難層設(shè)置伸臂加強層結(jié)構(gòu)時的底部筒體傾覆力矩及其減小量對比詳見表4。

表4 在該項目的不同避難層設(shè)置伸臂加強層結(jié)構(gòu)時的底部筒體傾覆力矩及其減小量對比表

分析結(jié)果顯示：當(dāng)伸臂加強層結(jié)構(gòu)設(shè)置在該項目的中下位置的避難層中時，它在減小筒體傾覆力矩方面的效果更好。

2.4 控制底部墻肢拉力時

在風(fēng)荷載作用下，在該項目的不同避難層設(shè)置伸臂加強層結(jié)構(gòu)時的墻肢W1和W2底部拉力及其減小量對比詳見表5。

表5 在該項目的不同避難層設(shè)置伸臂加強層結(jié)構(gòu)時的墻肢W1和W2底部拉力及其減小量對比表

分析結(jié)果顯示：當(dāng)伸臂加強層結(jié)構(gòu)設(shè)置在該項目的中下位置的避難層中時，它在減小底部筒體墻肢拉力方面的效果更好。

3 超高層建筑設(shè)置兩道或以上伸臂加強層結(jié)構(gòu)的最佳位置

當(dāng)超高層建筑設(shè)置一道伸臂加強層結(jié)構(gòu)無法有效滿足實際需求時，可設(shè)置兩道或以上伸臂加強層結(jié)構(gòu)。對該項目來說，若為兩道伸臂加強層結(jié)構(gòu)，則第一道的設(shè)置位置可選擇在41層(0.54H)，第二道經(jīng)計算分析后可選擇在53層(0.66H)。若為兩道以上伸臂加強層結(jié)構(gòu)，以三道為例，則經(jīng)計算分析后可選擇兩種方案：①方案(最優(yōu)的層間位移角控制方案)為29層(0.37H)+41層(0.54H)+65層(0.88H)；②方案(最優(yōu)的底部筒體傾覆力矩控制方案)為17層(0.24H)+41層(0.54H)+65層(0.88H)。

4 超高層建筑頂部設(shè)置伸臂加強層結(jié)構(gòu)的可行性分析

目前業(yè)內(nèi)普遍不建議在超高層建筑頂部設(shè)置伸臂加強層結(jié)構(gòu)，對該項目來說，在頂部設(shè)置伸臂加強層結(jié)構(gòu)達(dá)不到最優(yōu)效果。相關(guān)建筑設(shè)計規(guī)范中也表明，建筑頂部不是第二、三道伸臂加強層結(jié)構(gòu)的最好位置選擇。因此，在選擇伸臂加強層結(jié)構(gòu)的設(shè)置位置時，盡量不要選擇在建筑頂部。

5 結(jié) 語

綜上所述，觀我國現(xiàn)階段的建筑業(yè)發(fā)展情況來看，無論是建筑高度還是建筑規(guī)模都在與日俱增，而隨著一棟棟“摩天大樓”的拔地而起，對其設(shè)計也提出了更高的要求。在超高層建筑設(shè)計中，伸臂加強層結(jié)構(gòu)設(shè)計是一項重難點問題，特別是超高層建筑伸臂加強層結(jié)構(gòu)設(shè)置位置的選擇十分關(guān)鍵，必須要保證伸臂加強層結(jié)構(gòu)設(shè)計滿足建筑的使用功能需求且符合相關(guān)結(jié)構(gòu)控制目標(biāo)，同時還要確保伸臂桁架構(gòu)件尺寸合理，可承受適當(dāng)作用力，方便施工作業(yè)。