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新會(huì)某復(fù)雜商住樓結(jié)構(gòu)選型及分析建筑工程論文
摘 要：文章以新會(huì)某復(fù)雜商住樓作為工程實(shí)例。該商住樓存在高位轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)及預(yù)應(yīng)力無(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)，分析其結(jié)構(gòu)選型的特點(diǎn)、設(shè)置原則，為相關(guān)類(lèi)似工程設(shè)計(jì)提供參考。
關(guān)鍵詞：高位轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)；預(yù)應(yīng)力無(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)選型；設(shè)置原則
隨著社會(huì)的進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)生活質(zhì)量和物質(zhì)的需求也日益增長(zhǎng)。原來(lái)那些使用功能單一，外觀守舊的建筑物已滿(mǎn)足不了現(xiàn)代人的需求。取而代之的是具有綜合使用功能，外形美觀創(chuàng)新的建筑，更得到人們的青睞�？茖W(xué)技術(shù)的日新月異，建筑科技也隨之得到了飛躍的發(fā)展。全國(guó)各地的高層建筑拔地而起，日益增多�，F(xiàn)代的高層建筑根據(jù)人們的需求，都朝著綜合服務(wù)多功能和復(fù)雜體型的方向發(fā)展。這方面對(duì)于工程師們來(lái)說(shuō)，是時(shí)代賦予我們的一個(gè)不可避免的挑戰(zhàn)，我們必須克服它。針對(duì)多功能和復(fù)雜體型的建筑，工程師必須要選取合適的結(jié)構(gòu)選型，以達(dá)到建設(shè)費(fèi)用經(jīng)濟(jì)和結(jié)構(gòu)安全耐用的要求。
1 工程概況
本工程位于江門(mén)市新會(huì)區(qū)會(huì)城街道岡州大道中8號(hào)（XH2011-10號(hào)地塊），規(guī)劃用地面積7926平方米，興建15層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)商住樓一棟，地下為兩層地下室（占地面積5800平方米）。該工程總建筑面積26657.37平方米，建筑高度主體部分限高50米，地上15層，地下2層，其中地上3層為商業(yè)部分，其余12層住宅部分，塔樓負(fù)一層為商業(yè)部分，負(fù)二層為車(chē)庫(kù)。工程設(shè)計(jì)初期方案選定，塔樓部分結(jié)構(gòu)形式為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，地下車(chē)庫(kù)部分結(jié)構(gòu)體系為框架結(jié)構(gòu)，江門(mén)市新會(huì)區(qū)抗震設(shè)防烈度為7度，建筑設(shè)計(jì)使用年限為50年。
2 設(shè)計(jì)階段
2.1 結(jié)構(gòu)選型
根據(jù)規(guī)劃部門(mén)的要求，該地塊建筑地上主體部分限高50米，地下室只允許從室外地坪下挖6米。針對(duì)這些限制條件，投資方出于自身利益最大化的角度提出了一系列經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，其中主要要求塔樓負(fù)一層作為地下商場(chǎng)，負(fù)二層作為樓上住戶(hù)配套的停車(chē)庫(kù)，塔樓地上三層作為商鋪、酒樓食肆或者寫(xiě)字樓，其余四至十五層為住宅。我們結(jié)合規(guī)劃部門(mén)的要求，投資方的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和現(xiàn)時(shí)市場(chǎng)上購(gòu)房者、商戶(hù)的需求決定，將首層室內(nèi)地坪±0.000提高到相對(duì)室外地面標(biāo)高0.8米處，住宅原來(lái)的層高3米調(diào)整到2.95米，負(fù)二層地下車(chē)庫(kù)的層高壓縮成2.8米，以騰出更多的空間給商業(yè)部分；商業(yè)部分負(fù)一層層高4米，首層層高5米，二層層高4.2米，三層層高4.6米。
負(fù)二層地下車(chē)庫(kù)層高2.8米，若要做有梁樓蓋，再加上梁底下的各種管線(xiàn)，車(chē)庫(kù)所需要的凈空高度明顯是不夠的，故決定負(fù)一層樓板采用無(wú)梁樓蓋。同理，商業(yè)部分為了迎合市場(chǎng)的需求，增大其凈空高度，故首層、二層、三層樓板亦決定采用無(wú)梁樓蓋。四層以上為住宅，故四層是轉(zhuǎn)換層，五層至十五層為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。
圖1 五層至十五層結(jié)構(gòu)平面圖
圖2 四層結(jié)構(gòu)平面圖
圖3 三層結(jié)構(gòu)平面圖
2.2 預(yù)應(yīng)力無(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)
無(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)因?yàn)闆](méi)有設(shè)梁，板面荷載直接傳給柱，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳力路徑簡(jiǎn)捷，凈空利用率高，造型美觀，便于布置管線(xiàn)和施工的優(yōu)點(diǎn)。但普通無(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)若要滿(mǎn)足樓板撓度和抗裂驗(yàn)算的要求，其厚度會(huì)比較大，使結(jié)構(gòu)質(zhì)量增大，且無(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)之間缺乏梁的連接，故結(jié)構(gòu)整體抗側(cè)剛度較弱，對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震能力非常不利。采用預(yù)應(yīng)力無(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)能夠減少樓板的厚度，從而減輕結(jié)構(gòu)的重量，壓底層高，且可根據(jù)建筑的使用功能和使用荷載來(lái)設(shè)定預(yù)應(yīng)力的大小，既能很好的控制裂縫，又可避免樓板出現(xiàn)過(guò)大的反拱�？紤]到施工方便和工期的要求，故該工程采用無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土無(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)。
經(jīng)計(jì)算，樓板厚度為250mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40，預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)要求混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%。預(yù)應(yīng)力筋公稱(chēng)直徑15.2mm，極限強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為1860MPa，低松弛鋼絞線(xiàn)；fptk=1860N/mm2，fpy=1320N/mm2，張拉控制應(yīng)力σcon取鋼絞線(xiàn)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的75%，即1395MPa。預(yù)應(yīng)力損失主要來(lái)自于張拉端錨具變形導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力鋼筋內(nèi)縮引起的預(yù)應(yīng)力損失和預(yù)應(yīng)力鋼筋與孔道壁摩擦引起的預(yù)應(yīng)力損失。預(yù)應(yīng)力損失估算σ1=0.25σcon，即每根預(yù)應(yīng)力筋的有效預(yù)應(yīng)力為σ0=0.75σcon=0.75×1395=1046N/mm2，取1000N/mm2。張拉端采用夾片式錨具，固定端采用擠壓錨具，SLABCAD的復(fù)雜樓板有限元程序計(jì)算板在恒載和活載作用下的彎距，然后進(jìn)行抗裂、承載力以及施工階段驗(yàn)算。根據(jù)計(jì)算，為防止樓板受柱沖切破壞，必須設(shè)置柱帽。無(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)因柱間缺乏框架梁的連接，受力變形時(shí)，柱間內(nèi)力不能很好相互傳遞，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體抗側(cè)剛度較弱，層間位移相對(duì)較大，需要在柱間設(shè)置暗梁，并且在樓板邊緣設(shè)置一圈梁，以提高結(jié)構(gòu)的整體性。在施工階段，未施加任何樓面荷載，僅有樓板自重的情況下，樓板可能會(huì)由于反拱過(guò)大導(dǎo)致開(kāi)裂，必須進(jìn)行施工階段板的裂縫驗(yàn)算，配置適當(dāng)?shù)钠胀ㄤ摻睢?/p>
2.3 高位轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)
高層建筑轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)一般分為梁式轉(zhuǎn)換、桁架式轉(zhuǎn)換、箱型轉(zhuǎn)換和厚板轉(zhuǎn)換四種。本工程轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)宜采用梁式轉(zhuǎn)換，梁式轉(zhuǎn)換傳力路徑明確，施工相對(duì)簡(jiǎn)單，管線(xiàn)設(shè)置方便，在實(shí)際工程中應(yīng)用最為廣泛。轉(zhuǎn)換梁應(yīng)直接支承上部豎向構(gòu)件，盡量避免二次轉(zhuǎn)換。上部豎向構(gòu)件應(yīng)盡量布置在轉(zhuǎn)換梁的支座附近，避免布置在梁跨中，以免轉(zhuǎn)換梁跨中彎矩過(guò)大，增加梁的截面，導(dǎo)致凈空高度減少。
本工程轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)設(shè)置在三層。轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)在地面以上3層及3層以上均屬高位轉(zhuǎn)換。高位轉(zhuǎn)換層在行業(yè)規(guī)范中比低位轉(zhuǎn)換層提出了更高的要求。在《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》（JGJ3-2010）的附錄E中，當(dāng)轉(zhuǎn)換層設(shè)置在1、2層時(shí)，轉(zhuǎn)換層與其相鄰上層結(jié)構(gòu)的等效剪切剛度比γe，在非抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)小于0.4，抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)小于0.5；當(dāng)轉(zhuǎn)換層設(shè)置在第2層以上時(shí)，轉(zhuǎn)換層與其相鄰上層結(jié)構(gòu)的等效剪切剛度比γe在非抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)小于0.5，在抗震設(shè)計(jì)時(shí)γe大幅提高到不應(yīng)小于0.8，且要求轉(zhuǎn)換層與其相鄰上層的側(cè)向剛度比不應(yīng)小于0.6。編制規(guī)范的單位和專(zhuān)家們對(duì)高層轉(zhuǎn)換層提出如此苛刻的要求，是因?yàn)檗D(zhuǎn)換層與相鄰層的結(jié)構(gòu)形式不同，容易造成結(jié)構(gòu)的整體剛度在轉(zhuǎn)換層上下形成突變，這樣對(duì)結(jié)構(gòu)的整體抗震能力極為不利。轉(zhuǎn)換層位置的提高，由于下部大空間的要求，下部幾層層高相對(duì)較大，而且結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件較多不連續(xù)，轉(zhuǎn)換層下部落地剪力墻較少，容易造成轉(zhuǎn)換層上部較剛，下部較柔的情況，對(duì)結(jié)構(gòu)抗震不利，下部側(cè)向位移偏大。
對(duì)結(jié)構(gòu)的剛度和側(cè)移的控制，是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。不能為了轉(zhuǎn)換層上下剛度不發(fā)生突變，而去削減轉(zhuǎn)換層上部結(jié)構(gòu)的剛度，這樣結(jié)構(gòu)的側(cè)移將會(huì)偏大。為提高轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，必須加大部分能落地的豎向構(gòu)件的截面尺寸，例如電梯間和樓梯間的剪力墻的截面可以加大，減少框支柱承受的剪力。另外加大剪力墻連梁的尺寸，從而增大連梁的剛度，能減少結(jié)構(gòu)的整體側(cè)移，但效果不是很大。
轉(zhuǎn)換層以下，落地剪力墻的剛度一般會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于框支柱的剛度，導(dǎo)致落地剪力墻幾乎承受了全部的地震剪力，而框支柱所承受的剪力非常少。但實(shí)際上，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，轉(zhuǎn)換層樓面可能會(huì)發(fā)生顯著的內(nèi)面變形，且落地剪力墻出現(xiàn)裂縫以后，其剛度會(huì)減少，從而導(dǎo)致框支柱的剪力增加。因此根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》（JGJ3-2010）第10.2.17條，高位轉(zhuǎn)換層框支柱設(shè)計(jì)時(shí)，每根柱承受的剪力至少應(yīng)取結(jié)構(gòu)基底剪力的3%，而且每層框支柱承受的總剪力至少應(yīng)取結(jié)構(gòu)基地剪力30%。
3 結(jié)語(yǔ)
文章通過(guò)新會(huì)某復(fù)雜商住樓作為工程實(shí)例，對(duì)其結(jié)構(gòu)選型進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：
�。�1）預(yù)應(yīng)力無(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳力路徑簡(jiǎn)捷，凈空利用率高，造型美觀，便于布置管線(xiàn)和施工的優(yōu)點(diǎn)。在建筑限高、地下室限挖的條件下，能夠突顯其降低層高，增大凈空的優(yōu)點(diǎn)。既能夠減少樓板的厚度，減輕結(jié)構(gòu)重量，節(jié)省材料，又能很好的控制裂縫，是一種既安全又經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)形式。
�。�2）含高位轉(zhuǎn)換層的建筑在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)的剛度和側(cè)移的控制，是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。高位轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)中應(yīng)特別注意其對(duì)結(jié)構(gòu)剛度突變的影響。在行業(yè)規(guī)范中，高位轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的剛度突變要求比低位轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的要嚴(yán)格得多。
參考文獻(xiàn)
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作者簡(jiǎn)介：張健榮（1985- ），男，廣東江門(mén)人，碩士，江門(mén)市新會(huì)區(qū)會(huì)城鎮(zhèn)勘測(cè)有限公司，國(guó)家注冊(cè)土木工程師（巖土），研究方向：預(yù)應(yīng)力混凝土。
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