SATWE結(jié)構(gòu)計算結(jié)果超限分析及其調(diào)整策略探討

關(guān)鍵詞：PKPM軟件；結(jié)果超限；結(jié)構(gòu)布置；SATWE數(shù)據(jù)

　　1引言

　　高層建筑整體結(jié)構(gòu)的體系選型對于能夠在很大程度上影響結(jié)構(gòu)各項設(shè)計指標，更能通過對其控制以達到調(diào)整避免超限的效果，另外依據(jù)SATWE結(jié)構(gòu)計算得到的結(jié)果進行逐個分析，能夠更準確的了解結(jié)構(gòu)超限的細節(jié)情況，采取更加精準的措施以實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的最優(yōu)化。本文就影響建筑結(jié)構(gòu)體系選型幾個因素進行闡述，接著介紹了通過結(jié)構(gòu)體系優(yōu)化調(diào)整來控制超限的策略，SATWE計算結(jié)果中的各參數(shù)進行深入剖析，明確超限調(diào)整方法。

　　2結(jié)構(gòu)體系優(yōu)化控制結(jié)構(gòu)超限策略

　　在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，依據(jù)一些基本原則進行優(yōu)化處理不僅可以改善結(jié)構(gòu)受力的性能，還能增強結(jié)構(gòu)抗震的能力，同時有控制建設(shè)成本的效果。首先，可以通過結(jié)構(gòu)抗彎體系有效的寬度尺寸控制來調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度，這是既直接又有效地手段。寬度的增加直接的增大了抵抗力臂，這樣抗傾覆力即會減小，依據(jù)基本的材料力學知識即可以推導(dǎo)，在同樣抗傾覆力和面積情況下，結(jié)構(gòu)寬度不同形狀不同能夠得到的幾何特征也差距較大。據(jù)此可知，加大了抗彎結(jié)構(gòu)構(gòu)件有效寬度對整個結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度的提高作用非常顯著。其次是優(yōu)化處理結(jié)構(gòu)分體系的設(shè)計，做到各個構(gòu)件實現(xiàn)最有效方式的相互作用，例如斜桿和弦桿桁架體系受力狀態(tài)較為有效；抗震墻內(nèi)部可以設(shè)置交叉的鋼筋增強抗剪的能力；最優(yōu)化的框架剛度比實現(xiàn)良好受力效果等。再次，結(jié)構(gòu)工程師要清晰最有效受荷構(gòu)件要發(fā)揮其自身材料強度，增大其面積，這也是基本的結(jié)構(gòu)概念。另外，建筑水平方向作用大部分是通過樓板來進行傳遞，而且當前所有規(guī)范及經(jīng)驗設(shè)計所采用的結(jié)構(gòu)分析理論都是采用樓板在水平方向具有無限大剛度的基本假定。保證各層樓蓋足夠連續(xù)性及剛度設(shè)計才能實現(xiàn)水平隔板效果的作用，將外力抵抗構(gòu)件協(xié)同連接成為一個整體，進而避免因樓板產(chǎn)生的超限問題出現(xiàn)。還要合理的選擇倒塌機制，保證結(jié)構(gòu)的破壞機制要出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)構(gòu)件發(fā)生塑性鉸之后，而且此時的承載能力要實現(xiàn)基本穩(wěn)定維持，持續(xù)發(fā)生變形但不發(fā)生倒塌，對于地震的能量能最大限度的吸收消耗掉，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定承受外荷載的使命。最后要全面考慮結(jié)構(gòu)抗震性能，以多道設(shè)防體系的建立來有效實現(xiàn)罕遇烈度地震作用下建筑物對人民生命財產(chǎn)安全的保護作用，這也是規(guī)范所做的要求。另外，對于建筑方案中所確定的建筑高度與層數(shù)、長寬比、建筑體型及高寬比等，借助電算數(shù)據(jù)進行適用性和經(jīng)濟性能分析。

　　3SATWE計算結(jié)果確定結(jié)構(gòu)體系合理性及控制策略

　　將建筑結(jié)構(gòu)信息輸入PKPM，按照現(xiàn)行規(guī)范進行參數(shù)設(shè)置調(diào)整，保證盡可能同實際建筑結(jié)構(gòu)保持一致，配筋計算后，得到SATWE結(jié)構(gòu)計算結(jié)果。規(guī)范都對結(jié)構(gòu)整體的合理性及科學性進行重點強調(diào)，要求保證在地震的作用之下，結(jié)構(gòu)能夠保證動力特性及變形能力都滿足抗震設(shè)防的需要，常見的幾項超限參數(shù)也都體現(xiàn)在SATWE計算結(jié)果中。

　　首先是保證結(jié)構(gòu)以扭轉(zhuǎn)為主的第一個自振周期同以平動為主的第一個自振周期的比值，也就是周期比嚴格符合規(guī)范的要求，保證對結(jié)果扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的控制。限定了周期比就使得抗側(cè)力構(gòu)件平面的布置更加合理更加有效化，結(jié)構(gòu)就不會出現(xiàn)不合理的扭轉(zhuǎn)，從建筑結(jié)構(gòu)整體上保證不出現(xiàn)超限的效果。如果結(jié)構(gòu)設(shè)計的周期比超過了規(guī)范所規(guī)定的限值，表明該結(jié)構(gòu)設(shè)計會有明顯的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，這種情況下要對邊緣和中間區(qū)域的構(gòu)件進行調(diào)整，加大結(jié)構(gòu)周邊的構(gòu)件剛度，并且減小中間結(jié)構(gòu)構(gòu)件剛度，從而增強結(jié)構(gòu)整體的抗扭剛度。第二個重要保證指標是層間位移比，即最大的層間位移同平均的層間位移之間比值，其控制著結(jié)構(gòu)在平面上的不規(guī)則性。規(guī)范按照剛性板的基本假定來得出了位移比的限值，實際設(shè)計的結(jié)構(gòu)模型如果設(shè)定成彈性板就必須在電算軟件的參數(shù)設(shè)置的時候強制選擇剛性樓板假定選項，這樣算出來的位移比才有可比性。保證了位移比在可比情況下能夠滿足規(guī)范要求之后，進入配筋計算的時候還是要按照原定的彈性板假定來進行。第三個保證的是軟件已經(jīng)提供的剪切剛度同剪彎剛度比值和地震剪力同地震層間位移比值的剛度比，其控制著結(jié)構(gòu)豎直方向不規(guī)則性。第四個保證參數(shù)為結(jié)構(gòu)剛度除以重力荷載得到的剛重比，其控制著結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性，同時在重力二階效應(yīng)影響因素之中也是重要參數(shù)之一。該值超過限值表明結(jié)構(gòu)有失穩(wěn)倒塌的風險，設(shè)計人員只能綜合對結(jié)構(gòu)剛度和重力荷載進行控制以保證限值要求。最后還要保證樓層的剪力除以其上部各層重力荷載代表值和所得到的剪重比，其值滿足規(guī)范要求才能保證結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計需要。

　　4某辦公樓建筑超限分析及其調(diào)整策略

　　4.1辦公樓工程概況

　　某辦公樓工程項目占地6808 m2，建筑辦公空間約77253 m2，整體呈現(xiàn)橢圓形，長軸方向貫穿了所在場地東南和西北角。主體塔樓地上部分四十層，地下五層，底部四層5.8m層高，標準層4.35m層高，高寬比4.59，滿足體形系數(shù)規(guī)范要求，圖1 為該辦公樓建筑平面圖。主塔樓采用框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系，中間采用鋼筋混凝土筒體，結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)形狀上下變化，周邊塔樓使用鋼筋混凝土柱承受荷載，下部的樓層則使用型鋼混凝土柱受荷。材料使用方面，地上部分梁和板主要采用C30混凝土，型鋼混凝土柱采用C40至C60混凝土，結(jié)構(gòu)鋼以Q345與Q345GJ為主。

　　4.2結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

　　使用中國建筑科學研究院PKPMCAD工程部的高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元設(shè)計分析軟件SATWE完成結(jié)構(gòu)整體計算分析，對超限項進行調(diào)整修正后重新計算最終保證實現(xiàn)結(jié)構(gòu)避免超限的目標。修正后基本風壓去0.55 kN/m2，地面粗糙度取D類，結(jié)構(gòu)基本周期取2.56s，中梁剛度增大系數(shù)取2.00，梁端彎矩增幅系數(shù)0.85，連梁剛度折減系數(shù)0.80，梁扭矩折減系數(shù)0.40，其它參數(shù)參照相關(guān)規(guī)范及工程取值。

　　4.3結(jié)構(gòu)超限檢查

　　該項目主體塔樓的高度181m，超過了規(guī)范對于A級高度130m的限值，還略超過B級高度180m的限值底部由于步行天橋同樓層有鏈接，出現(xiàn)不規(guī)則的扭轉(zhuǎn)，也就是說，主體塔樓屬于超限高層建筑。

　　4.4調(diào)整策略及應(yīng)對措施

　　依據(jù)前面所做的介紹，該結(jié)構(gòu)的調(diào)整策略主要是兩個方面。一方面在底部使用型鋼混凝土框架柱，提高框架的延性，更好的保證二道設(shè)防的結(jié)構(gòu)設(shè)計要求；另一方面是保證建筑要求前提之下，縮小柱子艱巨，保證框架能夠更能有效地分擔核心筒的地震剪力。此外，計算上修正參數(shù)，使得計算能夠更加符合實際工程。

　　5.5措施調(diào)整結(jié)果

　　經(jīng)過調(diào)整后重新分析計算得到周期比為0.717，地震作用下X方向?qū)娱g位移比為1/906，Y方向?qū)娱g位移比為1/1207，風荷載作用下X方向?qū)娱g位移比為1/916，X方向?qū)娱g位移比為1/2904。

　　5結(jié)語

　　通過結(jié)合工程實例，本文系統(tǒng)地介紹了整體體型系數(shù)控制，根據(jù)SATWE計算結(jié)果為依據(jù)，對結(jié)構(gòu)體系采取優(yōu)化布置，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的建筑效益，從工程實踐表明，采取綜合采取控制方法可有效使結(jié)構(gòu)計算結(jié)果滿足規(guī)范要求。

　　參考文獻：

　　[1] 王春雷．超限高層住宅剪力墻設(shè)計[J]．建筑與發(fā)展，2012，（1）：81-82.

　　[2] 陳裕宜．某超限高層辦公樓結(jié)構(gòu)設(shè)計[J]．廣州建筑，2011，（2）：7-10.

　　[3] 晏育松．高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的若干問題研究——某工程結(jié)構(gòu)設(shè)計分析[D]．南昌大學碩士學位論文，2009.