商业综合建筑结构设计策略

商业综合建筑结构设计策略

发表时间：2020-04-13T08:04:02.765Z 来源：《建筑细部》2019年第21期作者：任宏俊1 陶子剑2

[导读] 以具体的商业建筑为例，为实现空间要求和建造形状，钻研借助于多样有限元模型分析，按照所得的数据产生出方案，从而保障它的可靠性与安全性。

任宏俊1 陶子剑2

1.云南中建人文建筑设计研究院有限公司云南昆明 650000；

2.云南人防建筑设计院有限公司云南昆明 650000

摘要：以具体的商业建筑为例，为实现空间要求和建造形状，钻研借助于多样有限元模型分析，按照所得的数据产生出方案，从而保障它的可靠性与安全性。

关键词：抗扭刚度；楼层局部；楼板局部不连续

1工程概况

云南某市开发区商业综合建筑计划在平整的空地上建设项目，其共占地面积为42.8m亩。建设场地按照由东向西的原则分两期进行。一期设计的是东侧的工程，它的性质属于商业方面的综合建筑，建筑的所有面积包括两部分组成地上23.1亩及一层地下室。共五层，其中地上部分四层，从上到下高度依次为4.5m、5.4m、5.4m及5.7m；包含一层高度为4.5m的地下室。

2结构体系

此项目下部的对边平行，上部的形状是△，两者之间还存在交叉，所以在平面范围内不够规整。另外竖向的差距也很大，具体来说就是在第二层开始按照“叶形”收进。通过对比，最终选取了框架剪力墙体结构体系：剪力墙位于平面上部和下部拐弯的位置，剪力墙墙体最厚处是40cm，往上逐渐变薄至35cm；框架柱的截面是边长为700mm的正方形，由于局部建筑调整成700mm圆柱；周边连接的形式是借助于强框架梁，产生“桶箍”的现象。如此便顺利把框架在层间位移角和扭曲翻转得到的比例上产生的缺陷处理掉（如下图表1所示）。

表1 主要指标比对情况

注：内数据为规范限值

3基础设计

此项目的地基设计等级为乙级，借助于JCCAD的设计来进行研究与计算。依据地质勘察报告，场地类别为Ⅲ类场地，无液化土层，属高原湖泊盆地湖积平原地貌，地形平坦、开阔，除分布有填土及软弱土外，成分主要是粉质粘土、粉土，软弱土中第二层淤泥质土，埋深低地下室底标高，其缺点为：一是高压缩性；二是灵敏度高；三是状态为流塑；四是极易发生扰动；综上所述，二层淤泥质土不能作为天然地基基础持力层。因此，依照现场的条件此项目选取的是预制钢筋混凝土方桩基础。它的优点很多，比如桩身强度高，更容易保证质量问题，施工速度快。以第四层粉土为桩端的持力层，桩基选型经综合对比选用500mm的空心方桩，桩长30米，静载试桩检测结果单桩竖向承载力标准值为3200KN。承台二桩至六桩的较多，单桩的很少偶尔出现在局部，在两个方向上设置拉梁。

4组成研究

4．1设置

按照建筑工程抗震设防分类标准，其抗震设防类别为重点设防类（乙类），使用年限为40年，抗震设防烈度为8度，地震设计分组第三组，加速度为0．20g；场地Ⅲ类场地，它的特点是：地面粗糙度属于B类，特征周期0.55S，且取0．85周期折减系数；基本风压为0．3kN／m2（50年一遇）。

4．2结构整体分析

选取的是PKPM系列的SATWE，复核使用的是CSI系列的ETABS（9．7．4）。它的特点是借助于壳单元模拟的剪力墙，都选取杆单元的梁柱，选取膜单元模拟楼板，选择壳单元模拟应用于剪力墙及连梁。

4．3分析结果

结构的总体性指标如剪重比、周期比、层间位移角等都符合规范要求。并且通过分析从结构的周期比<0．85，扭转位移比<1．20，可以知道它的整体抗扭能性能较好。通过对它们的变化过程、位移比与周期比等做出比较，得出ETABS 连梁具备更大的抗扭能力。判定是借助于剪力墙与连梁之间的制约样式。选取杆单元建模作为SATWE的连梁，故与剪力墙之间形成的是点约束；它制约能力很低，然而ETABS连梁是使用壳单元建模的样式，与剪力墙上的壳单元形成线约束，它的约束能力更强，进而组成

抗侧力更大的体系，研究结果更加具有实际的意义。 5楼层局部收进

此项目△在两层下腰长的投影的距离是102米，到屋面区间局部缩小近百分之四十至6.3米，使结构的竖向抗侧刚度间断，从而导致层间位移突然发生变化，造成竖向构件的内部作用力显著加大，特别在建筑物收进处，刚度突变况会降低整体抵抗地震的能力；此外它还有可能导致综合质心发生偏移，下面相临构件由于受到扭转的影响，从而导致增加底面相邻构件内力。在构件设计的程序中必须足够重视以上两点。从体型的角度来分析，此项目收进结构特点非常鲜明典型，而且通过分析计算得知，通过表2能看出地震的时候最大层间位移角都产生于收进层，而且有关的构件内力与楼层偏心状况都符合上面讲述的特点（见图1，图2，表2）。故在以后的构件设计过程中对有关构件的抗剪、抗弯都使用相应的加强手段。

图2 楼层收进对框架柱弯矩产生的影响表2 收进层偏心情况

注：偏心率中符号表示方向

设计的过程中为保证楼板可以在每个工作状态下的安全重点采用了以下方式方法：楼板一般厚是120mm，板厚为150mm是在临近位置、楼板大开洞处、和楼层局部的收进位置，选取弹性板的方式来进行分析计算。选择有限元法对楼板应力水平进行剖析，它能使各工况下的楼板工作情况更精确。使用壳单元来模拟楼板，

得到的数据是：1）在X，Y向的水平地震单工况下，全楼楼板的拉应力<1MPa，小于C30混凝土的抗拉强度，处在较低的状态；但在剪力墙和楼板大开洞周边等的刚度有较大突变的部位，特别是面内框架梁与剪力墙相交的地方，发生了改变即应力变大，其中最大值约是5．5MPa，大大超越了混凝土的抗拉强度。解决的办法是由钢筋承担全部的拉应力，剪力墙支座的位置要放置足够用的附加钢筋，目的是适度改变楼板的缝隙。2）建筑物总长102米，未设置伸缩缝，在底部一层、二层考虑温度应力的影响，根据计算结果对楼板、梁进行加强设计。3）竖向体型收进上、下层范围内剪力墙、柱箍筋全长加密，配筋加强。 6中、大震下的结构

检验计算罕遇及设防地震作用下的结构弹塑性变形的程度，研究采取的方法是静力推覆（PUSHOVEＲ）。设关键的控制参数为以下四种：第一杆间式竖向荷载的作用方式；第二杆元分成六段，第三物件的强度使用标准值；第四倒三角形样式的荷载。相关数据显示：罕遇地震发生时，能力和需求曲线在X，Y方向下都相交于性能点，且与之对应的层间位移角都能符合《抗规》要求，表明此结构符合“大震不倒”的抗震要求。

7结束语

此项目体型繁琐，平面无规律，通过比较，框架剪力墙体系在延性及抗侧刚度的角度都满足使用的要求。通过合理的布置其剪力墙，借助于强框梁与框架柱连在一起，产生“桶箍”的效果，进而使抗扭刚度更大。依照静力弹塑性研究的结果，结构在抗震方面能实现“大震不倒”。另外也能节约投资成本。