刍议多塔复杂体型建筑的结构设计方法

发表时间:2019/10/17   来源:《基层建设》2019年第21期   作者:韩文江
[导读] 摘要:经济社会的快速发展进步,城市中高层建筑的数量及高度更是随之增加。
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        摘要:经济社会的快速发展进步,城市中高层建筑的数量及高度更是随之增加。在建筑的过程中需要对其结构进行科学合理地设计,这样才能保证建筑工程质量的同时使其具有一定的稳定性和美观性。高层建筑的规模在逐渐地扩大,这就需要不同的结构设计来满足不同的使用需求,最为典型的设计结构就是多塔复杂体型的结构设计,本文通过具体工程以及理论对此结构的设计策略进行了深入地分析,详细的介绍了设计理念及结构设计策略,以为我国多塔复杂体型建筑的结构设计提供可靠的参考。
        关键词:建筑设计;多塔复杂建筑;结构优化
        引言:在当前的高楼项目中,多塔复杂体型已经成为一种极为有效的设计方案,但其受力具有较高的复杂性,因此,在设计过程中应注重结构的合理布置。以各结构所对应的传力途径为基础,利用计算机软件具有针对性地进行分析,获悉其承载力以及承重等性能参数,以所得结果为指导,设计出符合工程标准的高层建筑。
        一、工程概况
        本文所探讨的高层建筑项目为高层商住楼,位于某市繁华地段,有2层地下室,地面1~3层为商场,4~18层为住宅楼,整个建筑是带2个塔楼的多塔楼结构。对于上部塔楼而言,将其设置为框架-剪力墙的形式,其具备6级抗震水平,而剪力墙的抗震等级则为三级。
        二、高层多塔复杂体型建筑的结构设计理念
        高层多塔复杂体型建筑的结构设计是非常复杂的,在设计的过程中要考虑到诸多的因素,因此,在设计之前应采取科学合理的设计理念。当前概念设计是一种比较先进的设计,这是时代发展的特征,与传统的设计理念相比具有一定的科学性和准确性,概念设计并不需要利用准确的计算和参考相关建筑设计规范的目录,而是通过设计师积累的实践经验,根据建筑结构中存在的力学关系和结构特征,对高层建筑的结构设计进行整体地把握,在设计中需要对多个构件的结构功能进行深入地分析,这样才能有效地满足建筑结构的使用需求。在设计的过程中不仅要考虑到设计的结构的稳定性和美观性,同时还需要考虑到经济性和技术性以及安全性,从而选择出最优的设计方案。另外,在高层建筑设计中也应用了竖向承重及抗侧力构件的概念设计。高层建筑结构包括承重墙体和梁柱以及框架等具有支撑作用的结构,其中墙体是竖向承重结构,同时也是侧力构件,在设计中需要满足平面分离和围扩的要求。框架是由梁柱连接后形成骨架,承受整个建筑的竖向荷载和水平荷载力,支撑结构主要承载的是水平荷载。高层建筑设计具有一定的复杂性,随着楼层高度的不断增加,建筑的水平位会不断地加大,因此,在设计的过程中为了防止水平位移过大应做出一定的限制,这样才能确保在居住舒适的情况下,保证整个建筑工程的安全稳定性。
        三、结构设计
        (一)结构选型
        出于对工程实际需求的考虑,初步确定了两种设计方案:对基础面以上的部位进行重点处理,通过设置防震缝的方式对住宅区与商业区进行隔离处理,由此明确两大结构主体的受力关系。这种方式所对应的传力机制较为简单,无论是在模型设计环节还是后续的应力分布方面,都具有高度的可控性。不采用抗震缝结构,此时,住宅区也将会形成多塔结构。综合考虑工程的实际特点,经对比后选择第2种设计方案。
        (二)抗震设计计算
        剪力墙在工程中又称为抗风墙,其具备承受地震以及水平风荷载这两大功能,能够提升结构的稳定性,避免受到剪力的影响。从组成上考虑,剪力墙涉及墙肢以及连梁这两部分,而后者的构成又较为丰富,且具备跨度小、截面大的基本特点。连梁可以细分为两类,除了常规的剪力墙平面内连接墙肢这一形式外,还涉及剪力墙内接框架柱的情况。

在连续梁的作用下,可以实现墙肢与框架柱之间的紧固连接,由此发挥出传力的效果。也正是考虑到这一问题,工程中要求连梁必须拥有较大的刚度,这是确保顺利传力的基本条件。对于高层建筑而言,其存在明显的水平作用力,这必然会对连梁产生更大的影响,一旦两侧所设置的墙肢存在不均匀压缩现象,将会进一步引发竖向位移问题。对此,必须要降低连梁的内力。
        关于墙肢以及连梁这两大结构,二者均会受到荷载的作用,此时,将会致使连梁无法出现塑性铰。在围绕剪力墙展开设计时,必须要遵循强剪弱弯的基本原则,而要想做到这点,需要考虑如下几点内容:参考相关的JGJ 3—2010《高层建筑混凝土结构技术规程》中所提出的要求,在围绕内力以及位移这两大指标展开设计时,要求连梁的弯度达到可以折剪的状态,且对应的折剪系数至少应达到0.5,通常来说,应优先考虑0.55~0.7这一区间。尽可能降低连梁跨度的高度,在展开连接设计工作时,首先需要考虑折剪连梁弯度的要求,在此基础上,连梁的截面依然具备承受弯承载力的功能,但受此影响必然会削弱截面的承载力。对此,可以适当增加洞口宽度,降低连梁的刚度,从而进一步减小框架的刚度,削弱地震给剪力墙所带来的影响。适当加大剪力墙厚度,由此提升结构整体刚度,进一步提升地震内力。此外,连梁承载力需要与宽度成正比的关系,地震必然会带来内力影响,此时,不应遵循剪力墙厚度增加的比例进行分配,事实上需要略低于该比例值,这是避免连梁承载力超限的基本途径。
        (三)变形缝的设置
        受多层建筑高度的影响,在设计过程中由于自身高度较大的基本特性,使最终得到的结果极容易出现体型方面的差异。现实中部分高楼之间则采用的是廊桥连接的方式,同时,还设置了一些裙房。尽管此方式具有一定的可行性,但其所带来的抗震能力依然相对局限,而采取抗震缝设计方式可以很好地规避这一问题,最终得到规则的结构单元。在整个抗震设计过程中,最为薄弱的部分便是塔楼之间的连接区域,受各塔楼刚性差异的影响,当所在区域发生地震灾害时,无论是连接结构还是多塔自身,普遍存在关联性振动现象,由此加剧了楼梯变形幅度,甚至会出现倒塌现象。考虑到此问题,需要以廊桥处于可控状态为基本前提,在中间区域设置抗震缝,由此明确各个结构所对应的承受力,这种方式可以在很大程度上增强高层建筑的稳定性,从而有效避免了因廊桥振动而出现扭转的问题。
        (四)多塔复杂体型建筑结构的裙房抗震设计
        关于高层多塔复杂建筑结构层面的内容,裙房是其中极为重要的一部分结构。各塔楼之间必然会产生相互作用,此时,会对裙房面层楼板造成影响,进一步加大水平拉压力以及弯矩值。
        对此,在进行结构设计时,应充分考虑裙房梁板刚度与承载力两大要求,在满足此条件外,还需要做好对塔楼连接强度的处理工作。大量工程案例表明,在进行结构设计时应考虑如下几大影响因素:控制好裙房楼层板厚度,通常情况下应达到150mm;控制好主梁以及次梁两大部分结构的钢筋长度,二者均需要大于上下梁的最大配筋量,在条件允许的情况下要对裙房上下层楼板进行加厚处理。
        四、结语
        综上所述,高层建筑已经成为当前城市发展的基本趋势,但在实际开展过程中不可避免地会存在一些问题,如结构设计准确性不足等尤为普遍。对此,应充分考虑工程实况,在此基础上展开分析,做好结构设计的优化工作。
        参考文献:
        [1]方鸿强,伊新富.大底盘多塔连体复杂体型高层建筑结构设计[J].浙江建筑,2001(1):21-23.
        [2]黎杰.水平荷载控制的复杂体型高层建筑结构设计研究[J].湖南城市学院学报(自然科学版),2014,23(4):6-10.
        [3]孔紫薇.大底盘双塔连体高层结构的抗震分析[D].广州:广州大学,2015.
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