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新天地大厦结构设计
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摘要：本文介绍了带有高位转换层的结构计算设计过程，并且对该结构在设计过程中遇到的不平衡土压力和基础设计作了一些简介。
关键词：框支剪力墙；复杂高层；转换层
1工程概况
某市新天地大厦位于市区最繁华的商业地段。用地大致呈矩形，面积约5250m，地势东北角高，西南角低，最大落差有4m。（参考《建筑中文网》）建筑底层南北长约72m，东西宽约65m，总建筑面积：46070m，其中地上面积：37438m，地下面积：8632m。地上24层，地下2层。总建筑高度：79.85m。
新天地大厦地下二层为停车场，地上一层至四层为商场、餐饮、五一二十四层为住宅，建筑类别为一类。
2结构概况
按照建筑功能，本建筑地下二层～四层为停车场、商场、餐饮，因此要求跨度较大的大空间，而上部建筑为住宅，高度为79.85m，为保证房屋的使用功能上部采用剪力墙结构是最为经济合理的。因此本工程采用部分框支剪力墙结构，框支转换层位于五层楼面，属于高位转换。同时该场地内东北和西南高差达到4m，因此存在较大的不平衡土压力，也是本工程结构设计必须重点考虑的问题。
本工程室外地面存在一定高差，地下一层到±0.00。之间的地下室有一侧是露出地面的，±0.00楼面不宜当作本工程的嵌固端，因此本工程的嵌固端选在负一层楼面，结构计算时房屋总共为25层，84.3m高。由于本工程属于复杂高层建筑，因此根据规范，需要采用两种不同的模型进行计算，本工程采用PKPM软件的结构空间有限元分析软件SATWE模块和复杂空间结构分析与设计软件PMSAP模块进行计算对比分析。
本工程设计使用年限为50年，建筑结构安全等级为二级，地基基础设计等级为甲级，抗震基本烈度为六度，建筑抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度按六度。水平地震影响系数最大值为0.04，场地特征周期0.35秒。混凝土强度转换层以下墙柱为C45，楼面为C35，转换层以上为C35和C30。主楼转换层以下部位剪力墙及框支柱抗震等级按一级，框架梁抗震等级按二级。转换层以上部位底部加强区剪力墙抗震等级为一级，框架抗震等级为二级，非加强区剪力墙抗震等级为三级(短肢剪力墙抗震等级为二级)。框架抗震等级为二级。
3结构计算分析
①将负一层楼面当作上部结构的嵌固端，必须满足负二层的楼层侧向刚度不小于负一层的2倍。
计算满足要求。
②本工程为部分框支剪力墙结构，转换层设置在5层楼面，属于高位转换。采用剪弯刚度算法时，转换层上部与下部等效侧向刚度比宜接近1，不大于1.3；采用层间剪力比层间位移算法时，转换层下层侧向刚度不小于上层侧向刚度的60‰根据计算分析，采用SATWE和PMSAP计算结果；
从上面的结果可以看出，分别采用PMSAP和SATWE分别计算，其上下层刚度比结果相差小于10%，而且采用PMSAP计算的刚度较小，但是两个计算结果都满足规范的要求，因此本工程转换层结构的布置是合理的、可行的。
③对于本工程结构主体，分别采用不同的计算模型；
从上面表格可以看出来，采用两种计算模型计算出来的结果，它们的周期和转角都很接近，而且以扭转为主的第一周期和以平动为主的第一周期之比为，采用SATWE计算时，比值为0.83，采用PMSAP计算时为0.84，都满足规范要求的复杂高层建筑以扭转为主的第一周期和以平动为主的第一周期之比不应大于0.85的要求。而且质量参与系数大于90%，证明取15个振型就能够满足设计要求。
从上面的计算结果可以看出，采用SATWE和PMSAP计算的结果基本上一致的，该结构刚重比EJd/GH2大于2.7，可以不考虑重力二阶效应。最大楼层层间位移比小于规范要求的1/800的限值，满足规范要求。
通过上面对该工程分别采用SATWE计算结果和PMSAP计算结果的对比，可以看出本工程采用本结构形式和结构布置能够满足规范的要求，因此能够以本模型进行结构的分析设计。 4考虑不平衡土压力对结构的影响
在本工程中，场地内存在较大的高差，最高处达到4m，因此当房屋地下部分施工完毕，进行回填时，不平衡的土压力会对结构产生不利的影响，因此本工程对这种不平衡土压力进行了分析。
不平衡的土压力对结构主要会造成结构如下几个方面的问题：第一：结构整体倾覆；第二：结构的滑移：第三结构的抗侧力构件内力的增大；因此本工程从这三个方面出发进行分析。
本工程的主楼位于地势较高的这一侧，结构的重心也位于地势较高的这一侧，而且本工程质量比较大，倾覆力臂很长，因此抗倾覆力矩很大，经初步分析不平衡土压力不会造成该房屋的倾覆。本工程基础采用的是独立基础，基础截面较大，地基的承载力很高，摩擦系数较大，因此其抗滑移力很大，而且最低处还有一层地下室埋在土里面，这个约束了土的滑移，因此本工程在不平衡土压力作用下不会产生滑移。对于第三个问题，本工程将不平衡的土压力简化为集中作用在楼层处的水平力，由于楼板无较大的洞口，满足刚性楼板的假定，因此把这个水平力简化为作用在上下楼层柱顶的水平力，在采用PKPM建立模型的时候就将这个力当作荷载输入进去，进行整体计算，从而计算出竖向抗侧力构件的内力和配筋。通过此方法，既考虑了不平衡土压力的作用，同时又简化了计算方法，避免了繁琐的手工计算，提高了设计效率。
5基础设计
本工程场地内土质较好，地下室底板距离中风化灰岩仅2m左右，而中风化灰岩承载力特征值达5000Kpa。承载力很高，若采用桩基础，则桩长太短，而采用筏板基础，则持力层为强风化灰岩，承载力特征值不是很高，而且由于结构的重心和底板的形心相差较大，基础会出现较大的偏心，对上部结构不利，同时造价较高。因此考虑直接采用柱下独立基础和条形基础。这样就可以利用承载能力很高的中风化层作为持力层，且很方便的调节基础中心和荷载的形心。由于地基承载力很高＞300kPa,根据地基基础设计规范，必须进行抗剪验算，本工程中，柱子的最大轴力为N＝26663kN，混凝土采用C40，经计算，基底面积为2.3×2.3，混凝土抗剪面积为6.8m，最大剪力为6390，满足抗剪要求。根据上面的计算结果我们可以看出，当高层建筑位于具有较高承载力的岩石层时，控制其截面高度的是抗剪承载力，而不是抗冲切和抗弯承载力。
6结论
高层建筑结构的结构选型是一个至关重要的工序，在满足规范要求和建筑功能的情况下，选用合理的房屋结构形式是做好房屋设计的关键。因此在进行设计工作时候我们应该注重房屋结构的概念设计，合理的结构形式，能够在保证房屋的安全性同时为业主产生较大的经济效益。 来源: 《建筑中文网》.
关键词：框支剪力墙；复杂高层；转换层
1工程概况
某市新天地大厦位于市区最繁华的商业地段。用地大致呈矩形，面积约5250m，地势东北角高，西南角低，最大落差有4m。（参考《建筑中文网》）建筑底层南北长约72m，东西宽约65m，总建筑面积：46070m，其中地上面积：37438m，地下面积：8632m。地上24层，地下2层。总建筑高度：79.85m。
新天地大厦地下二层为停车场，地上一层至四层为商场、餐饮、五一二十四层为住宅，建筑类别为一类。
2结构概况
按照建筑功能，本建筑地下二层～四层为停车场、商场、餐饮，因此要求跨度较大的大空间，而上部建筑为住宅，高度为79.85m，为保证房屋的使用功能上部采用剪力墙结构是最为经济合理的。因此本工程采用部分框支剪力墙结构，框支转换层位于五层楼面，属于高位转换。同时该场地内东北和西南高差达到4m，因此存在较大的不平衡土压力，也是本工程结构设计必须重点考虑的问题。
本工程室外地面存在一定高差，地下一层到±0.00。之间的地下室有一侧是露出地面的，±0.00楼面不宜当作本工程的嵌固端，因此本工程的嵌固端选在负一层楼面，结构计算时房屋总共为25层，84.3m高。由于本工程属于复杂高层建筑，因此根据规范，需要采用两种不同的模型进行计算，本工程采用PKPM软件的结构空间有限元分析软件SATWE模块和复杂空间结构分析与设计软件PMSAP模块进行计算对比分析。
本工程设计使用年限为50年，建筑结构安全等级为二级，地基基础设计等级为甲级，抗震基本烈度为六度，建筑抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度按六度。水平地震影响系数最大值为0.04，场地特征周期0.35秒。混凝土强度转换层以下墙柱为C45，楼面为C35，转换层以上为C35和C30。主楼转换层以下部位剪力墙及框支柱抗震等级按一级，框架梁抗震等级按二级。转换层以上部位底部加强区剪力墙抗震等级为一级，框架抗震等级为二级，非加强区剪力墙抗震等级为三级(短肢剪力墙抗震等级为二级)。框架抗震等级为二级。
3结构计算分析
①将负一层楼面当作上部结构的嵌固端，必须满足负二层的楼层侧向刚度不小于负一层的2倍。
计算满足要求。
②本工程为部分框支剪力墙结构，转换层设置在5层楼面，属于高位转换。采用剪弯刚度算法时，转换层上部与下部等效侧向刚度比宜接近1，不大于1.3；采用层间剪力比层间位移算法时，转换层下层侧向刚度不小于上层侧向刚度的60‰根据计算分析，采用SATWE和PMSAP计算结果；
从上面的结果可以看出，分别采用PMSAP和SATWE分别计算，其上下层刚度比结果相差小于10%，而且采用PMSAP计算的刚度较小，但是两个计算结果都满足规范的要求，因此本工程转换层结构的布置是合理的、可行的。
③对于本工程结构主体，分别采用不同的计算模型；
从上面表格可以看出来，采用两种计算模型计算出来的结果，它们的周期和转角都很接近，而且以扭转为主的第一周期和以平动为主的第一周期之比为，采用SATWE计算时，比值为0.83，采用PMSAP计算时为0.84，都满足规范要求的复杂高层建筑以扭转为主的第一周期和以平动为主的第一周期之比不应大于0.85的要求。而且质量参与系数大于90%，证明取15个振型就能够满足设计要求。
从上面的计算结果可以看出，采用SATWE和PMSAP计算的结果基本上一致的，该结构刚重比EJd/GH2大于2.7，可以不考虑重力二阶效应。最大楼层层间位移比小于规范要求的1/800的限值，满足规范要求。
通过上面对该工程分别采用SATWE计算结果和PMSAP计算结果的对比，可以看出本工程采用本结构形式和结构布置能够满足规范的要求，因此能够以本模型进行结构的分析设计。 4考虑不平衡土压力对结构的影响
在本工程中，场地内存在较大的高差，最高处达到4m，因此当房屋地下部分施工完毕，进行回填时，不平衡的土压力会对结构产生不利的影响，因此本工程对这种不平衡土压力进行了分析。
不平衡的土压力对结构主要会造成结构如下几个方面的问题：第一：结构整体倾覆；第二：结构的滑移：第三结构的抗侧力构件内力的增大；因此本工程从这三个方面出发进行分析。
本工程的主楼位于地势较高的这一侧，结构的重心也位于地势较高的这一侧，而且本工程质量比较大，倾覆力臂很长，因此抗倾覆力矩很大，经初步分析不平衡土压力不会造成该房屋的倾覆。本工程基础采用的是独立基础，基础截面较大，地基的承载力很高，摩擦系数较大，因此其抗滑移力很大，而且最低处还有一层地下室埋在土里面，这个约束了土的滑移，因此本工程在不平衡土压力作用下不会产生滑移。对于第三个问题，本工程将不平衡的土压力简化为集中作用在楼层处的水平力，由于楼板无较大的洞口，满足刚性楼板的假定，因此把这个水平力简化为作用在上下楼层柱顶的水平力，在采用PKPM建立模型的时候就将这个力当作荷载输入进去，进行整体计算，从而计算出竖向抗侧力构件的内力和配筋。通过此方法，既考虑了不平衡土压力的作用，同时又简化了计算方法，避免了繁琐的手工计算，提高了设计效率。
5基础设计
本工程场地内土质较好，地下室底板距离中风化灰岩仅2m左右，而中风化灰岩承载力特征值达5000Kpa。承载力很高，若采用桩基础，则桩长太短，而采用筏板基础，则持力层为强风化灰岩，承载力特征值不是很高，而且由于结构的重心和底板的形心相差较大，基础会出现较大的偏心，对上部结构不利，同时造价较高。因此考虑直接采用柱下独立基础和条形基础。这样就可以利用承载能力很高的中风化层作为持力层，且很方便的调节基础中心和荷载的形心。由于地基承载力很高＞300kPa,根据地基基础设计规范，必须进行抗剪验算，本工程中，柱子的最大轴力为N＝26663kN，混凝土采用C40，经计算，基底面积为2.3×2.3，混凝土抗剪面积为6.8m，最大剪力为6390，满足抗剪要求。根据上面的计算结果我们可以看出，当高层建筑位于具有较高承载力的岩石层时，控制其截面高度的是抗剪承载力，而不是抗冲切和抗弯承载力。
6结论
高层建筑结构的结构选型是一个至关重要的工序，在满足规范要求和建筑功能的情况下，选用合理的房屋结构形式是做好房屋设计的关键。因此在进行设计工作时候我们应该注重房屋结构的概念设计，合理的结构形式，能够在保证房屋的安全性同时为业主产生较大的经济效益。 来源: 《建筑中文网》.
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200812/12126.htm
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