【摘要】結(jié)構(gòu)設(shè)計是確保建筑質(zhì)量的首要步驟，特別是對于高層建筑來說，由于建筑層數(shù)較多而且結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)復(fù)雜情況，因此在采用PKPM進(jìn)行設(shè)計時需要注意的問題尤其多。本文將結(jié)合結(jié)合筆者結(jié)構(gòu)設(shè)計實踐經(jīng)驗以及工程實例，探討采用PKPM進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)考慮的問題，以及提出有效提高高層建筑結(jié)構(gòu)水平的相應(yīng)處理措施，旨在為同行提供借鑒。
【關(guān)鍵詞】高層建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計；PKPM使用；設(shè)計參數(shù)
2工程實例
本工程為清溪商會大廈工程，商會大廈為集大型商場、高端住宅為一體的綜合性建筑，由上部的兩座住宅和底部三層商業(yè)裙樓組合而成。地下一層為設(shè)備機(jī)房及停車庫，1~3層為大型商場，4層為結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層兼上部住宅的架空休閑空間，5~20層主要為中型戶型住宅，21~22層為大戶型住宅。總用地9550.612平方米�？偨ㄖ娣e為49817.542平方米（含地下室5464.239平方米），建筑總高度75。5米。本工程為一類高層建筑，耐火等級為一級，按六度抗震設(shè)計。其地上二十二層，地下一層，在地下一層為平時地下汽車庫，戰(zhàn)時六級人防地下室。
3結(jié)構(gòu)體系選取
選取結(jié)構(gòu)體系是每個結(jié)構(gòu)設(shè)計人員從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時首要的任務(wù)，結(jié)構(gòu)體系的選取關(guān)系到結(jié)構(gòu)總體造價是否再經(jīng)濟(jì)、受力是否最合理。在選取結(jié)構(gòu)體系時必須針對所設(shè)計的建筑實際情況進(jìn)行評估分析，只有正確選取結(jié)構(gòu)體系才能設(shè)計出經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)。目前高層建筑多采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)體系主要有框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)等。對于高層建筑來說主要以剪力墻結(jié)構(gòu)和框架剪力墻結(jié)構(gòu)采用較多，對于低層建筑則多采用框架結(jié)構(gòu)。
3.1框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系
框架剪力墻結(jié)構(gòu)是由框架和剪力墻組合而成的結(jié)構(gòu)體系，其結(jié)構(gòu)體系中以剪力墻作為主要抗側(cè)力構(gòu)建，而承受絕大部分水平荷載；而框架部門則主要承受豎向荷載�？蚣芗袅Y(jié)構(gòu)中框架和剪力墻兩者共同受力，合理分工。而剪力墻布置應(yīng)均勻設(shè)置在建筑物的周邊、電梯間、平面形狀變化較大和豎向荷載較大等部位。由于該結(jié)構(gòu)以框架結(jié)構(gòu)為主，剪力墻為輔助，這種結(jié)構(gòu)體系適用于25層以下的建筑，最高不宜大于30層。本工程為商會大廈，該高層建筑為集大型商場、高端住宅為一體的綜合性建筑，由上部的兩座住宅和底部三層商業(yè)裙樓組合而成。該高層建筑其地上二十二層，地下一層，在地下一層為平時地下汽車庫。由于住宅、商場、商業(yè)配套用房、管理用房、車庫、設(shè)備用房等均要求獨(dú)立管理，設(shè)計在滿足消防規(guī)范的前提下盡可能避免內(nèi)部交通的互相干擾。因此選取該建筑結(jié)構(gòu)體系時，選取框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系，住宅垂直交通使用核心筒，核心筒內(nèi)設(shè)置三部客梯，一組剪刀樓梯，其中一部客梯兼作消防電梯，每層均設(shè)停站層，其余兩部客梯僅在一層、四至二十二層設(shè)停站層
3.2剪力墻結(jié)構(gòu)體
剪力墻結(jié)構(gòu)是用鋼筋混凝土墻板來代替框架結(jié)構(gòu)中的梁柱，剪力墻作為豎向承重和抵抗側(cè)力的結(jié)構(gòu)，全部承受結(jié)構(gòu)的豎向和水平力。這種結(jié)構(gòu)體系通常采用平面布置形式，由于剪力墻受豎向荷載和水平荷載共同作用，剪力墻應(yīng)雙向或多向布置。同時由于該結(jié)構(gòu)全部由剪力墻組成，其剛度要比框架剪力墻結(jié)構(gòu)更好，該結(jié)構(gòu)體系常用于40層以下的高層住宅建筑等，而且該結(jié)構(gòu)高寬比不宜大于6，其高度也應(yīng)考慮抗震要求。
4計算簡圖的處理
對一棟高層建筑來說，進(jìn)行其結(jié)構(gòu)設(shè)計時對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)簡化是相當(dāng)有必要的，而且計算簡圖的合理有效性相當(dāng)重要，是確保該結(jié)構(gòu)計算分析有效性的基礎(chǔ)。筆者將結(jié)合本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計探討其計算見圖的處理。
對于無地下室的結(jié)構(gòu)來說，基礎(chǔ)埋深較深時，為了加強(qiáng)底層的整體性，可以在0.00m附近設(shè)置基礎(chǔ)連系梁。由于基礎(chǔ)連系梁的設(shè)計僅為構(gòu)造設(shè)計，無法平衡底部柱腳的彎矩，其不可作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部分，對于底層計算高度H應(yīng)是取基礎(chǔ)頂面至連系梁頂面的高度，即把基礎(chǔ)連梁以下的部分作為計算簡圖的底層，而把實際建筑的底層作為計算簡圖第二層，層高取用連梁頂面標(biāo)高至一層樓面標(biāo)高距離。值得注意時，這種情況下底層柱的配筋應(yīng)取用基礎(chǔ)連系梁頂面和基礎(chǔ)頂面中較大內(nèi)力設(shè)計值進(jìn)行計算。
對于帶有地下室的結(jié)構(gòu)來說，計算簡圖中合理確定上部結(jié)構(gòu)的嵌固位置是非常關(guān)鍵的，這需要結(jié)合工程實際情況來分析。例如采用箱型基礎(chǔ)的地下室結(jié)構(gòu)，可以把地下室頂板作為框架上部結(jié)構(gòu)的嵌固位置。在利用PKPM進(jìn)行設(shè)計時，樓層總數(shù)僅輸入地下室以上的實際層數(shù)，底層的實際層高就是層高H。這樣設(shè)計的地震作用和實際情況較為接近，但豎向荷載只計算到底層的柱底處。當(dāng)?shù)叵陆Y(jié)構(gòu)是采用的筏板基礎(chǔ)，嵌固位置最好取在基礎(chǔ)頂面。在利用電算時，總層數(shù)應(yīng)為實際的樓層數(shù)加上地下室的層數(shù)。經(jīng)設(shè)計實踐驗證采用這種方法計算簡圖經(jīng)整體計算后，地震作用相對保守，結(jié)構(gòu)設(shè)計比較安全。
5高層建筑結(jié)構(gòu)計算參數(shù)的選取與調(diào)整
5.1地震力的振型組合數(shù)
對高層建筑地震力的振型組合數(shù)，當(dāng)不考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)計算時，至少應(yīng)取3，當(dāng)振型系數(shù)多于3時，宜取3的倍數(shù)，但不應(yīng)多于房屋的層數(shù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》指出，合適的振型個數(shù)一般可以取振型參與質(zhì)量達(dá)到總質(zhì)量的90%所需的振型數(shù)。SATWE已有這種功能，可以很方便地輸出這種參與質(zhì)量的比值。此外，由于耦合計算的地震剪力通常小于非耦合計算，僅結(jié)構(gòu)存在明顯扭轉(zhuǎn)時才采用耦合計算，但在必要時應(yīng)補(bǔ)充非耦合計算。
5.2梁剛度放大系數(shù)
在利用PKPM系列軟件中，TAT或SATWE計算軟件的梁輸入模型都是矩形截面，沒有考慮存在樓板形成T型截面而引起的梁剛度增加，造成結(jié)構(gòu)的實際剛度大于計算剛度，算出的地震作用剪力偏小，使結(jié)構(gòu)不安全。因此計算時應(yīng)將梁剛度放大，放大系數(shù)邊梁取1.5、中梁取2.0為宜。
5.3框架結(jié)構(gòu)活荷載的最不利布置、組合
當(dāng)該結(jié)構(gòu)活荷載較大時，是否進(jìn)行活荷載的最不利布置、組合對計算結(jié)果的影響非常大。使程序給定的梁設(shè)計彎矩放大系數(shù)，也不一定能反映出工程實際應(yīng)力分布的情況，有可能造成結(jié)構(gòu)不安全或保守。而且由于PKPM中無法區(qū)分荷載規(guī)范表4.1.1中第1（1）項與第1（2）～12項，根本就很難實現(xiàn)“荷載規(guī)范”區(qū)分不同荷載種類采用不同的樓面荷載折減系數(shù)的要求。因此，結(jié)構(gòu)計算時應(yīng)考慮區(qū)分不同構(gòu)件進(jìn)行分步計算，并在荷載輸入時將樓面活荷載折
5.4參數(shù)調(diào)整
對于高層建筑來說，各參數(shù)的控制將直接影響結(jié)構(gòu)的安全性與合理性。合理調(diào)整參數(shù)有助于提高結(jié)構(gòu)整體控制的效率，同時使結(jié)構(gòu)設(shè)計更加安全、經(jīng)濟(jì)合理。
5.4.1軸壓比：限制結(jié)構(gòu)的軸壓比，以保證結(jié)構(gòu)的延性要求。當(dāng)不滿足規(guī)范要求時可以通過增大該墻、柱截面或提高該樓層墻、柱混凝土強(qiáng)度的辦法調(diào)整。
