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超高層寫字樓建筑結(jié)構(gòu)的選擇
1 工程概況
本項(xiàng)目位于山西省太原市，主要功能為 5A 級(jí)寫字樓，地上部分建筑面積約為 9． 5 萬(wàn) m2，單層建筑面積約為 2 000 m2。
項(xiàng)目地上 43 層，結(jié)構(gòu)高度 181． 1 m( 室外地坪至主樓主要屋面板頂) ，標(biāo)準(zhǔn)層層高 4． 1 m，設(shè)備層層高 5． 0 m，主要功能為辦公; 地下 3 層，地下 2 層、3 層層高 3． 9 m，地下 1 層主樓部分層高為 7． 5 m，車庫(kù)部分層高為 4． 9 m，主要功能為停車場(chǎng)。
本工程標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面尺寸為 43． 2 m × 43． 2 m。標(biāo)準(zhǔn)層平面結(jié)構(gòu)布置如圖1 所示。本工程設(shè)計(jì)使用年限為50 年; 建筑抗震設(shè)防烈度為 8 度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為 0． 20g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組; 建筑場(chǎng)地類別為Ⅲ類，場(chǎng)地土特征周期為 0． 45 s; 基本風(fēng)壓為 0． 40 kN/m2，地面粗糙度類別為 B 類。
2 結(jié)構(gòu)安全等級(jí)、抗震設(shè)防分類
根據(jù)工程概況本工程為辦公樓，屬于《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限為 50 年的一般房屋，確定本工程建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)。由于本工程地上部分建筑面積約為 9． 5 萬(wàn) m2，單層建筑面積約為 2 000 m2，結(jié)構(gòu)單元內(nèi)經(jīng)常使用人數(shù)不超過 8 000 人，依據(jù)《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》本工程抗震設(shè)防類別為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類，簡(jiǎn)稱丙類。
3 結(jié)構(gòu)選型
3． 1 結(jié)構(gòu)高度
根據(jù)建筑功能及平面布置，本工程結(jié)構(gòu)體系可采用混凝土框架—核心筒結(jié)構(gòu)、型鋼( 鋼管) 混凝土框架—鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)。各結(jié)構(gòu)體系的適用最大高度見表 1。
根據(jù)表 1“型鋼( 鋼管) 混凝土框架—鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)”結(jié)構(gòu)高度超出比例為 20． 7%，結(jié)構(gòu)體系采用型鋼( 鋼管) 混凝土框架—鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)較為適合。
3． 2 計(jì)算結(jié)果對(duì)比
本工程以上幾種結(jié)構(gòu)體系的計(jì)算結(jié)果如表 2，表 3 所示。1)計(jì)算對(duì)比所采用的計(jì)算程序均相同。2) 由于結(jié)構(gòu)體系均為框架—核心筒，并且在各結(jié)構(gòu)體系中鋼筋混凝土核心筒內(nèi)的剪力墻布置及墻厚均相同，故僅對(duì)框架進(jìn)行對(duì)比。3) 材料及結(jié)構(gòu)布置:底層混凝土強(qiáng)度等級(jí)均為 C60，以上各層段混凝土標(biāo)號(hào)均相同; 混凝土框架—核心筒結(jié)構(gòu)墻、柱、梁、樓板均采用混凝土結(jié)構(gòu); 型鋼混凝土框架—鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)、矩形鋼管混凝土框架—鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)、圓形鋼管混凝土框架—鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)除柱外，墻采用混凝土結(jié)構(gòu)，梁采用鋼梁，樓板采用組合樓板，板厚換算厚度與混凝土框架—核心筒結(jié)構(gòu)中采用的樓板厚度相同。4) 主要計(jì)算參數(shù): 混凝土容重: 25． 00 kN/m3; 鋼材容重:78． 00 kN /m3; 計(jì)算振型數(shù): 30; 場(chǎng)地類別: Ⅲ; 設(shè)計(jì)地震分組: 一組; 特征周期 TG= 0． 45; 周期折減系數(shù): 0． 90; 結(jié)構(gòu)的阻尼比( % ) :4． 00( 混凝土框架—核心筒結(jié)構(gòu)采用 5． 00) 。
通過以上計(jì)算結(jié)果對(duì)比可知，鋼管混凝土框架—鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)中的圓形鋼管混凝土框架—鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)具有底層柱截面小、結(jié)構(gòu)總質(zhì)量小、最大層間位移角小、結(jié)構(gòu)安全儲(chǔ)備高以及節(jié)點(diǎn)連接相對(duì)簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)。綜合結(jié)構(gòu)適用高度及計(jì)算結(jié)果的判斷，本工程結(jié)構(gòu)體系采用圓形鋼管混凝土框架—鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)體系較為適合。
4 加強(qiáng)層的設(shè)置
由于結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度不能滿足要求，根據(jù)建筑豎向功能布置，15 層，30 層為建筑避難層同時(shí)為設(shè)備層，43 層為頂部觀光層。
本工程可在 15 層、30 層及 43 層設(shè)置加強(qiáng)層。各加強(qiáng)層設(shè)置結(jié)果如表 3 所示。通過表 3 可知，加強(qiáng)層設(shè)置在 15，30，43 層時(shí)最大層間位移角最小，但設(shè)置在 43 層時(shí)會(huì)影響屋頂觀光層的使用，故結(jié)合建筑避難層及設(shè)備層在 15，30 層設(shè)置加強(qiáng)層較為合適，既可以滿足結(jié)構(gòu)最大層間位移角的要求，也可以減少對(duì)建筑功能的影響。
5 結(jié)語(yǔ)
通過對(duì)比可知，圓形鋼管混凝土框架—鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)具有以下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn): 1) 結(jié)構(gòu)高度超過規(guī)范規(guī)定的高度限值最少為 20． 7%。2) 底層柱截面最小占用建筑面積最少，結(jié)構(gòu)柱所占面積約為 2 ×16 =32 m2。3) 結(jié)構(gòu)總質(zhì)量輕，對(duì)地基基礎(chǔ)的負(fù)擔(dān)相應(yīng)較小，方便地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)。4) 主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件均可在工廠加工制作，施工現(xiàn)場(chǎng)僅進(jìn)行安裝調(diào)整，可以大大的加快施工進(jìn)度，縮短施工周期，節(jié)省投資。
當(dāng)結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度不能滿足要求時(shí)，可利用建筑避難層、設(shè)備層的空間設(shè)置加強(qiáng)層。這是提高結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度，減小結(jié)構(gòu)最大層間位移角的一個(gè)有效措施。因此，本工程結(jié)構(gòu)體系采用帶有加強(qiáng)層的圓形鋼管混凝土框架—鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)。
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