1工程概況
工程包括1層地下室、6層裙房，地上共19層，由于本工程所處地理位置優(yōu)越但場地狹小，為滿足人防、設(shè)備、地下停車的要求，設(shè)置了1層地下室。其中負(fù)l層暫時為六級人防，平時為汽車及自行車停車場；地上6層裙房為商場及辦公，6層以上為住宅。由于裙房部分商場及辦公需要較大的開敞空間，而住宅部分又不希望有較大的柱斷面，因而結(jié)構(gòu)設(shè)計采用了底部為大空間的框架一剪力墻，上部為短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)體系來滿足建筑功能需要。本工程地下1層層高分別為4．5m。地上裙房分別為4．5m，5．Om及4rex3．5m，結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層1．4m，設(shè)備技術(shù)層2．2n1，標(biāo)準(zhǔn)層為2．8m。建筑物總高60多m。裙房框架抗震等級為I級，所有剪力墻抗震等級均為Ⅱ級。
2結(jié)構(gòu)設(shè)計計算及構(gòu)造問題分析
關(guān)于結(jié)構(gòu)方案的分析比較以及梁、板、柱、墻等主要構(gòu)件的截面尺寸等，本文不詳述，僅對上部結(jié)構(gòu)設(shè)計中的一些主要和難點問題作重點介紹。本工程上部結(jié)構(gòu)關(guān)鍵在于處理好裙房與標(biāo)準(zhǔn)層之間不同結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換后上下剛度的協(xié)調(diào)。
2．1設(shè)計計算及處理
(1)關(guān)于計算軟件的選取。在計算高層建筑時，通常選用TBSA5．0，TAT及SATWE。由于本工程涉及到結(jié)構(gòu)體系的轉(zhuǎn)變，上部為剪力墻，下部為框支，又有轉(zhuǎn)換大梁，因此選用中國建筑科學(xué)院編制的SATWE空間組合結(jié)構(gòu)有限元分析軟件，該軟件采用空間桿模擬梁、柱及支撐等桿件，用在殼元基礎(chǔ)上凝聚而成的墻元模擬剪力墻。對于樓板，可以考慮樓板整體平面內(nèi)無限剛、分塊無限剛、分塊無限剛帶彈性連接板帶和彈性樓板。對于本工程樓面開大洞及平面不太規(guī)則的情況，采用SATWE中總剛來計算，較好地模擬了工程的實際情況。另外需要說明的是，對于轉(zhuǎn)換大梁，嚴(yán)格地講它是一個偏拉構(gòu)件，可所有的軟件由于忽略了梁的軸向變形，都顯示不出拉力值，設(shè)計中只能靠構(gòu)造措施來彌補。相關(guān)規(guī)范及有關(guān)要求用有限元來校核轉(zhuǎn)換大梁，我們通過使用發(fā)現(xiàn)WQ在預(yù)算荷載方面還存在一定缺陷，對于復(fù)雜的轉(zhuǎn)換大梁，例如有二級轉(zhuǎn)換梁傳荷載的情況，現(xiàn)有版本則不能正確反映梁的受力情況，這給使用該軟件帶來一定困難。因為對于高層建筑，恒載作用下人工校核荷載已十分麻煩，更何況需要將地震作用添加到每層上去。我們根據(jù)SATWE的計算結(jié)果輔以適當(dāng)控制配筋率能滿足工程需要。同時也希望現(xiàn)有軟件能不斷更新以滿足結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的新問題的需要。
(2)關(guān)于計算中參數(shù)的合理選取。規(guī)范規(guī)定對于復(fù)雜的高層結(jié)構(gòu)，需要考慮扭轉(zhuǎn)耦連，但我們通過計算發(fā)現(xiàn)，盡管本工程主樓體型不太規(guī)則，但對大多數(shù)桿件，非耦連起控制作用。大多數(shù)要求計算中考慮模擬施工加載，計算發(fā)現(xiàn)梁一次加載所需鋼筋在結(jié)構(gòu)的大部分位置均多于模擬施工荷載情況下所需鋼筋，僅在頂部幾層：一些不同。按照相關(guān)規(guī)范規(guī)定，本工程總高超過80m，需做時程分析。但對于地震波的選取卻很困難，不同的地震波，哪怕卓越周期相同，反應(yīng)卻大不一樣。選取哪條地震波以及如何利用時程分析的結(jié)果反算鋼筋都直接關(guān)系著工程最后的經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)。本工程選用不同地震波作用下各層的最大反應(yīng)力的平均值為地震力反算結(jié)構(gòu)的配筋。
(3)關(guān)于轉(zhuǎn)換層設(shè)雙層板后，轉(zhuǎn)換層層高如何確定。TBSA及TAT都建議轉(zhuǎn)換層層高取為轉(zhuǎn)換梁高加下層層高。這樣取值后會讓轉(zhuǎn)換層剛度大大減小，使本來滿足上下剛度比的結(jié)構(gòu)變得不滿足。我們通過多次試算提出以下建議：由于轉(zhuǎn)換梁包含上下兩層厚板，我們認(rèn)為該部分剛度無限大，因而在計算上下剛度比時，轉(zhuǎn)換層層高取至雙層板質(zhì)心處(即轉(zhuǎn)換層層高取為轉(zhuǎn)換梁半高加下層層高)。這樣處理會讓結(jié)構(gòu)總高度減小以及轉(zhuǎn)換梁下層柱高度減小，造成風(fēng)荷載減小及框支柱的彎矩減小。由于結(jié)構(gòu)總高減小有限，風(fēng)荷載的影響可以忽略。我們將框支柱的彎矩取出，考慮該柱實際凈高，重新調(diào)整該框支柱的彎矩。這樣處理使轉(zhuǎn)換梁上下剛度比更加合理。當(dāng)然，這一構(gòu)想還需有結(jié)構(gòu)模型試驗數(shù)據(jù)進行支持。
(4)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換梁的設(shè)計。首先根據(jù)以往經(jīng)驗初步選定轉(zhuǎn)換粱截面，采用SATWE軟件進行結(jié)構(gòu)整體計算，算出轉(zhuǎn)換梁所受設(shè)計剪力v后，按V一≤O．15h／O．85校核截面尺寸。對轉(zhuǎn)換梁不僅有強度要求，而且也有剛度要求，其變形對轉(zhuǎn)換梁以上的剪力墻內(nèi)力影響很大。我們按轉(zhuǎn)換梁bxh=500x1700，600x2000，其它條件均相同的條件下分別對結(jié)構(gòu)進行計算，發(fā)現(xiàn)在500x1700情況下上層剪力墻超筋，而在600x2000情況下上層剪力墻卻能以構(gòu)造配筋。后經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)，前者剪力墻彎矩遠大于后者，因此對轉(zhuǎn)換梁的設(shè)計，梁的剛度往往起控制作用。
2．2構(gòu)造措施
地震是一種復(fù)雜的偶然運動，為保證結(jié)構(gòu)的安全，除了以計算結(jié)果作為設(shè)計依據(jù)外，運用概念設(shè)計非常重要，采取必要的結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施是保證抗震設(shè)防的重要手段。
(1)加強轉(zhuǎn)換層樓板的剛度及延性。本工程將轉(zhuǎn)換層底板頂板加厚至200mm，采用雙層雙向配筋，配筋率為0．25％，加強了整體性，增加了延性，形成一個類似于箱形結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換層，共同承擔(dān)上部傳來的荷載，使上部短肢剪力墻通過轉(zhuǎn)換層將剪力很好地傳給下面的落地剪力墻。
(2)加強底部框支層的剛度及延性。為保證在罕遇地震作用下落地剪力墻和框支柱不先于轉(zhuǎn)換層及上部剪力墻進入屈服狀態(tài)，防止落地剪力墻和框支柱由于抗剪強度不足而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞，落地剪力墻厚度(核心筒)加厚為450ram，墻內(nèi)分布筋的配筋率>0．4％。另外，在底層適當(dāng)部位增設(shè)剪力墻，保證底部框支層有足夠的剛度，防止沿豎向剛度比過于懸殊�？蛑е图袅πχУ妮S壓比控制在0．6以下�？蛑е呐浣盥士刂圃�1．5％左右，柱箍筋沿全高加密。若條件允許，盡可能將框支柱設(shè)計為型鋼混凝土柱。
(3)部分框支柱采有扁長柱，一般為(600～800)mm~(29506000)mm，盡量使上部短肢剪力墻部分或大部分落在框支柱(扁長柱)上，使荷載傳遞直接，受力合理。但需注意扁長柱在縱橫方向應(yīng)均勻布置。
(4)提高連梁的延性和抗剪強度。加大洞口寬度，增加連梁跨度，考慮連梁剛度的折減；對超筋部分連梁的彎矩設(shè)計值做適當(dāng)調(diào)整，按最大配筋率配筋，并適當(dāng)提高與之相連接的剪力墻配筋，以提高連粱的塑性變形能力。
(5)為加強轉(zhuǎn)換層的整體協(xié)調(diào)能力，在轉(zhuǎn)換層樓面上周邊及內(nèi)部非門洞口的地方做一些矮墻，墻高伸至窗臺底面。該段剪力墻在計算中未考慮，作為一種安全儲備。
(6)由于上部住宅經(jīng)常在緊靠軸線的位置布置門洞，造成框支中柱上無墻或少墻的情況。結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)盡量與建筑師協(xié)調(diào)，此種情況應(yīng)力求避免，框支中柱對應(yīng)上部住宅位置應(yīng)設(shè)剪力墻，有利于轉(zhuǎn)換大梁剪力的傳遞。我們建議在設(shè)計帶有轉(zhuǎn)換層的高層住宅時，住宅部分短肢剪力墻盡量布置在框支柱上，墻肢可以長一些，避免在框支柱間設(shè)置剪力墻，這樣可以大幅降低轉(zhuǎn)換大梁的彎矩，同時也能降低梁高和配筋。若轉(zhuǎn)換大梁上部跨中設(shè)有剪力墻，則轉(zhuǎn)換梁大都由抗彎來決定斷面；若轉(zhuǎn)換大梁上部跨中沒有剪力墻，則轉(zhuǎn)換梁大都由抗剪來決定斷面。如本工程中跨度為6．6m的轉(zhuǎn)換梁，若跨中設(shè)置剪力墻，則梁斷面為600x2000，主筋為103em：，若跨中沒有剪力墻，則梁斷面為500x1500，主筋為65cm。其優(yōu)勢顯而易見。
3結(jié)束語
通過對本工程所結(jié)構(gòu)設(shè)計及相關(guān)問題的處理，我們體會到：
(1)運用概念設(shè)計合理布置結(jié)構(gòu)體系非常重要。在做一個較復(fù)雜的高層結(jié)構(gòu)設(shè)計時，首先應(yīng)該運用結(jié)構(gòu)設(shè)計的有關(guān)經(jīng)驗來合理布置結(jié)構(gòu)平面，選擇恰當(dāng)?shù)牧褐袅嗝�，使結(jié)構(gòu)的周期、移控制在規(guī)范規(guī)定的允許范圍內(nèi)。俗語講“七分概念，三分計算”道理就在于此。
(2)正確選擇計算程序，使工程結(jié)構(gòu)與計算模型基本相符，同時對計算的結(jié)果應(yīng)加以分析、比較，對不太合理的計算結(jié)果應(yīng)適當(dāng)?shù)丶右哉{(diào)整以保證結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性、合理性和經(jīng)濟性。
(3)轉(zhuǎn)換梁的設(shè)計至關(guān)重要。轉(zhuǎn)換梁上下抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的布置、剛度比的選擇、計算圖示的選取對轉(zhuǎn)換梁的設(shè)計影響很大，有待進一步研究。
