帝宝花园6#楼平面不规则高层建筑物的结构设计研究

帝宝花园6#楼平面不规则高层建筑物的结构设计研究摘要：本文主要以江苏省吴江市为例，就平面不规则的超长条状高层住宅工程，针对有关的裂缝控制问题，在结构设计上与整个的施工过程控制的两方面，就如何采取合理的措施进项简单的阐述。对同类工程设计具有一定的参考价值，将裂缝控制在工程使用规定的范围内可行方法。

关键词：高层建筑；不规则；平面；结构设计

中图分类号：[tu208.3] 文献标识码：a 文章编号：

一、工程概况

本工程帝宝花园为吴江市汽车站西侧地块住宅区，本项目用地面积92113平方米，总建筑面积为138169㎡(未包括地下部分)。其中高层住宅建筑面积为75040.1㎡，多层住宅建筑面积为38461.9㎡，低层住宅建筑面积为16969㎡，商业建筑面积为6380㎡，物管用房建筑面积为968㎡，社区服务用房建筑面积为350㎡。地块内布置了9幢11-17层高层住宅楼、数幢5-6层多层住宅、数幢2-5户的低层住宅及一幢4层的商业，另结合绿化和商业布置4处配电房和燃气调压站等附属建筑。高层建筑地下一层作为自行车库、储藏和设备用房，多层及部分高层设置半地下车库。结构高度37.65m,建筑长度57.2m,宽度11.3m,建筑的长宽比l/b=5.1,高宽比

h/b=3.3。二层以上平面在建筑南侧存在凹口，为实现这种底部大开间与上部剪力墙之间的转换，在主楼2层设置结构转换层，以传递竖向荷载和水平荷载。室外地坪以上主体高度为65m。建筑平面

如图（1-3）：

图1（底部1层建筑平面图）图2（2层以上建筑平面图）

图3（结构平面图）

二、结构方案的确定

竖向不规则高层建筑中，经常被采用的方法是带转换层的复杂结构，这样的设计理念能够满足其建筑功能，同时也符合建筑美学的结构要求。但是，在结构上，转换层结构存在着自身的弱点，在结构上荷载不能传递给下部对应的结构构件，会造成总体结构竖向构件传力不连续性，转换结构的内力重分配向下传递。可见，转换构件受力复杂，在保证转换结构正常地、可靠地、有效地工作中尤为重要，是结构设计的重点之所在。根据《建筑抗震设计规范》和《钢筋混凝土高层建筑结构设计规程》的严格规定与严格的高位转换结构规定，帝宝花园工程建筑方案转换进行全方位的比较。

1、厚板转换层

上图的图1、图2所示，本建筑工程的特殊功能要求，使得上部框支剪力墙轴线与底部框支框架存在较大的凹进，为了解决众多轴线错开的现实问题，初步将方案拟定为板式转换层，综合柱网尺寸、上部结构荷载来确定出厚板的厚度。

（1）厚板转换层优势：由于下部柱网不会受上部结构布局影响太大，板式转换层的凸显出灵活布置的优势。由于厚板刚度大，就能够形成整体性较好的承台，能够为施工带来更大的方便。但是不能明确厚板转换的传力走向，受力分析上较为复杂，在实现抗剪和

抗冲切时，需要计算板厚，初步预设为2.2～2.8m。这样看来，厚板重量大无形中就增大了下部竖向构件在设计上的强度要求。

（2）厚板转换层对抗震严重的不利：由于厚板结构中部是质量集中之所在点，这样就出现结构整体振动性能变得复杂了，转换层刚度上，厚板比下层的刚度会大很多，就会出现应力的集中，这样一旦出现地震时，反应就会强烈，这样的设计明显的表现是对抗震严重的不利。再有，这样的设计会造成材料的耗很大，给工程的经济造价增加很多。综上，厚板转换层对本工程是不适用的。

2、梁式转换层

使用梁式转换层能够表现出传力直接而明确的特点，最大的优点就是说传力途径清晰。在受力性能方面，转换梁也能表现出较好的特性。这对于施工来说方便很多。

基于以上分析，曾与建筑开发商与小区的准业主协商，对建筑图进行较大的调整，目的就是减少主次梁的复杂转换次数，使转换梁直接承托上部剪力墙得到有效的保障。框支主次梁平面图如下图：

（灰色---底部框支结构，黑色---上部框支剪力墙）

三、对整体结构的计算与分析

用satwe、pmsap方法通过对该结构的整体对比与计算，分析得出主次梁方案的可行性。

1、抗震等级：抗震一级包括：框支框架、底部加强区；假设百年一遇，风荷载：基本风压0.4kn/ m2；考虑到扭转耦联按剪弯刚

度计算地震作用，计算得出振型24个（但是图中的为前三个振型数据），计算结果具体为下表。

表a(结构整体计算的部分结果)

2、由上表数据计算结果得出结论为：

a—振型：结构的振型1、振型2为平动振型，振型3为扭转振型。

结构扭转为主的第一自振周期：平动为主的第一自振周期

<0.85，明显满足施工的规范和要求。

b--转换层侧向刚度的计算方法：可以采用剪切刚度、剪弯刚度和地震剪力与地震层间位移的比这三种方法。

利用剪弯刚度计算，转换层上部：γe=下部结构的等效侧向刚度比<1.3，可见是符合施工的规范和要求的。

c—位移值：最大层间位移：平均层间位移<1.4，满足施工的规范与要求。

四、不规则高层建筑物的结构设计技术方法

1、确定建筑方案

框支剪力墙在结构上，存在上下刚度的突变，但是由于存在竖向构件的不连续行就造成了传力的复杂性。在地震出现时，下框支层产生巨大内力造成塑性变形的震害，这样的结构对于抗震不利。框支剪力墙结构可以实现建筑物上下不同使用功能。

2、合理的设计

确定了建筑方案，下一步是合理的设计，减轻自重，节省投资

改善抗震性能。结合该工程的实践谈梁式转换结构设计技术方法。

（1）底部大开间柱网的布置。为了减少转换的次数，缩短传力的路径和主次梁的不规则转换，将转换梁直接承托上部剪力墙。

（2）结构竖向刚度匀变。将足够多的上下贯通构件，使落地剪力墙的厚度加大，和混凝土强度等级提高，同时要使洞口的尺寸减小，这样的纵横墙在连接上会形成一个筒体，就能够使得底部的大空间刚度不断增大。

（3）侧向刚度比的控制。为保证底部大空间层的刚度，转换层上下结构需要控制侧向刚度比，以防竖向刚度变化差距过大。

（4）结构设置。弱化上部剪力墙结构，强化下部框剪结构。根据开间的大小，扩大上部剪力墙的间距，可以减少混凝土的用量，从而使刚度减小。在上部墙体上，设结构洞用轻质墙体填充，减小剪力墙结构的刚度。使结构质心和刚心接近，避免扭转。

（5）结构层间位移角的控制。风荷载和地震作用下结构层间会发生角度的位移。严格控制住地震基底剪力与重力荷载代表值的比值。剪力墙结构底部加强区与其它部分框支柱的比值需要准确的控制。

综上，平面不规则的高层结构具有扭转效应，结构设计时要充分发挥剪力墙的作用，使结构具有较大的抗扭刚度。以吴江市帝宝花园为例，对平面不规则结构的设计进行了探讨，要通过构造措施提高结构竖向构件的变形能力。带转换层复杂高层建筑结构可以实现建筑物上、下不同使用功能，当在结构上，上下刚度突变出现竖