回字形建筑的結(jié)構(gòu)設計與分析

回字形建筑的結(jié)構(gòu)設計與分析摘要：回字形這種獨特的建筑結(jié)構(gòu)形式在設計時應綜合分析比較，不僅要考慮其平面立面、體型的規(guī)則性、是否設置結(jié)構(gòu)縫等，還要考慮其結(jié)構(gòu)類型的選取。合理的結(jié)構(gòu)方案對滿足建筑功能、減少結(jié)構(gòu)設計工作量、節(jié)省造價起到關(guān)鍵作用，本文對設計過程中結(jié)構(gòu)方案形式及設計方法思路進行對比、分析、總結(jié)，為類似工程提供設計經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：回字形建筑；結(jié)構(gòu)方案；規(guī)則性；結(jié)構(gòu)縫

一、工程概況

本項目位于北京大興區(qū)，共分為A，B兩棟建筑，本案例為A棟建筑，面積約3萬m2，地上部分為4～5層辦公、會議及培訓中心，地下1層為多功能會議大廳及設備間、人防等?？傞L度約76m，總寬度71m，層高除首層4.5m，頂層4.8m外，其余均為4.1m，地下室層高9.7m?？偢叨?1.6m（不含突出屋頂?shù)男》块g）軸網(wǎng)尺寸約為7.8mX8.4m，局部大跨度為24mX54m。建筑場地的抗震設防烈度為8度，0.2g，第二組。

二、結(jié)構(gòu)方案分析

1、不設結(jié)構(gòu)縫

根據(jù)《建筑抗震設計規(guī)范（2016年版）GB50010》（以下簡稱《抗規(guī)》）3.4.5條及條文說明：體型復雜的建筑并不一概提倡設置防震縫，可設置、可不設置時，不設縫。本項目平面長、寬總尺寸可不設置溫度伸縮變形縫，施工階段的溫度應力可通過設置后澆帶解決，且不用設置防止不均勻沉降的沉降縫。

基于以上設縫原則，初步判定不設置結(jié)構(gòu)縫。其平面體型參見圖1：

由圖中可以看出：根據(jù)《抗規(guī)》第3.4節(jié)要求，此結(jié)構(gòu)初步判斷平面尺寸凹凸規(guī)則，中間樓板開大洞，屬于樓板局部不連續(xù)，計入平面不規(guī)則1項。平面第五層用于南部多功能大廳屋面只做到第四層（豎向收進），而導致此層平面凹凸不規(guī)則，計入平面不規(guī)則2項。

從結(jié)構(gòu)立面上看，豎向抗側(cè)力構(gòu)件連續(xù)，但第五層和第六層（小房間層）均存在局部體型收進，根據(jù)規(guī)范要求，第六層不計入體型收進范圍。屬于豎向不規(guī)則1項。

綜上所述，本項目根據(jù)建筑尺寸的規(guī)則性初步判斷為2項平面不規(guī)則以及1項豎向不規(guī)則，且在計算模型時還應保證扭轉(zhuǎn)位移比不大于1.2，樓層抗側(cè)力構(gòu)件的受剪承載力不小于相臨樓層的80%。

根據(jù)《抗規(guī)》3.4.1條及3.4.3條文要求，目前已有表3.4.3-1，2中的三項不規(guī)則，屬于特別不規(guī)則結(jié)構(gòu)，應進行專門研究和論證，故本方案不采納。

2、設結(jié)構(gòu)縫

結(jié)合以上分析結(jié)果，現(xiàn)采用設置防震縫將結(jié)構(gòu)分割成兩部分即：北側(cè)的單體A及南側(cè)的單體B，地下室仍為整體不分開（詳圖2）。

單體A，平面體型凹凸不規(guī)則，屬于1項不規(guī)則。但豎向僅頂層出屋面小房間局部收進，不計入豎向不規(guī)則項。

單體B，平面凹凸規(guī)則，但樓板局部開大洞，屬于樓板局部不連續(xù)，計入1項不規(guī)則，豎向第5層均存在豎向體型收進，第6層豎向收進由于是頂層小房間不計入不規(guī)則項。

綜上可以得出：經(jīng)初步分析，單體A為1項不規(guī)則，屬于不規(guī)則結(jié)構(gòu)，后期計算時位移比可大于1.2但不應大于1.5；單體B為2項不規(guī)則，屬于不規(guī)則結(jié)構(gòu)，后期計算時扭轉(zhuǎn)位移比不應大于1.2。

參照《高層混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ3-2010）》中的規(guī)定，地上部分通過結(jié)構(gòu)縫分開而底部整體連接的部分（大底盤）為地下室，不屬于多塔結(jié)構(gòu)，不需進行包絡設計。

三、結(jié)構(gòu)體系的選取

1、鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)

根據(jù)《抗規(guī)》規(guī)定，8度0.2g地區(qū)混凝土框架結(jié)構(gòu)最大適用高度為40m，本建筑高度21.6m<24m，滿足要求按多層設計，樓層內(nèi)最大彈性層間位移不小于1/550。

單體A按框架結(jié)構(gòu)建模型，經(jīng)初步計算，柱最大截面950～1000mm，最大位移比大于1.2（如前所述共計2項不規(guī)則），其余整體指標如層間位移角、周期、振型等均滿足規(guī)范要求。詳見表1。

單體B按框架結(jié)構(gòu)建模型，由于其樓板大開洞，連續(xù)跨數(shù)量少，局部存在大跨度屋面，經(jīng)初步計算，柱最大截面1000～1200mm，最大位移比大于1.2（如前所述共計三項不規(guī)則，屬于特別不規(guī)則結(jié)構(gòu)），且其第一振型出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)（規(guī)范明確要求不準許），隨經(jīng)多次調(diào)整模型中的構(gòu)件尺寸及布置，但總體指標無法達到規(guī)范要求。其計算結(jié)果見表1。

2、鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)

根據(jù)《抗規(guī)》規(guī)定，8度0.2g地區(qū)混凝土框架結(jié)構(gòu)最大適用高度為100m，本建筑高度21.6m，滿足要求按多層設計；樓層內(nèi)最大彈性層間位移不小于1/800。

單體A按框架-剪力墻結(jié)構(gòu)建模型，經(jīng)初步計算，柱最大截面700～800mm，墻體厚度450mm，最大位移比小于1.2（如前所述共計1項不規(guī)則），其余整體指標如層間位移角、周期、振型等均滿足規(guī)范要求。詳見表1。

單體B按框架-剪力墻結(jié)構(gòu)建模型，經(jīng)初步計算，柱最大截面700～1200mm，最大位移比不超1.2（如前所述共計2項不規(guī)則），其余整體指標如層間位移角、周期、振型等均滿足規(guī)范要求。詳見表1。

綜上可知：采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)無論從整體抗震總體指標方面還是在構(gòu)件截面尺寸方面均滿足設計和使用要求。

四、大跨度屋面方案分析

單體B南側(cè)第四層（局部屋頂）存在局部大跨度結(jié)構(gòu)，平面尺寸54mx24m，考慮到網(wǎng)架自重輕，安裝簡單，施工周期短，結(jié)合項目情況，將其與傳統(tǒng)混凝土井字梁結(jié)構(gòu)方案進行對比分析。

1、采用鋼網(wǎng)架

根據(jù)《空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程JGJ7-2010》要求，網(wǎng)架采用雙向正交正放四角錐型，網(wǎng)格尺寸3mx3m，網(wǎng)架厚度2m，平面形狀為矩形，采用多點支撐。其短向跨度中間12m位置由網(wǎng)架結(jié)構(gòu)局部抬高起屋脊，屋面采用壓型鋼板屋面保溫板，網(wǎng)架球型節(jié)點與屋面板之間采用薄壁C型鋼檁條連接。此網(wǎng)架支座與底部混凝土結(jié)構(gòu)連接時，采用X向約束，Y向南側(cè)約束，Y向北側(cè)自由的方案，有利于釋放內(nèi)部自應力，降低混凝土結(jié)構(gòu)的水平受力減少配筋。其計算截面及用鋼量詳見表2.

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)除其自身優(yōu)勢外，因其整體自重較低，能有效減少整個結(jié)構(gòu)的地震作用，減少其下部混凝土結(jié)構(gòu)的截面尺寸和配筋。

2、采用鋼筋混凝土井字梁

井字梁高按跨度（1/15～1/20）L，取為1.4m，梁間距為3.9mX3.6m，樓板厚度采用120m，撓度按1/300控制，施工時考慮1/500的預起拱，其計算結(jié)果及用鋼量詳見表2。

綜上，除考慮施工周期，經(jīng)濟性外，還應結(jié)合建筑使用功能要求，雖然網(wǎng)架結(jié)構(gòu)能有效減少自重，降低整個結(jié)構(gòu)的地震作用，但因網(wǎng)架所占用空間較大，且其屋面板封閉、防水、隔聲等效果較差，確定次方案時需經(jīng)過建筑專業(yè)及使用單位的認可。

結(jié)語

本文針對回字形建筑結(jié)構(gòu)的設計過程結(jié)合實際工程進行了詳細闡述和歸納總結(jié)。由于具體項目的的復雜性和特殊性，遇到實際問題應具體問題具體分析，結(jié)合建筑使用功能和經(jīng)濟性，規(guī)避復雜結(jié)構(gòu)形式，做出合理可行的結(jié)構(gòu)設計方案。

參考文獻：

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[3]《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》

GB50009-2012，北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012．

[4]《空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ7-2010，北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010

[5]《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范（2015年版）》GB50010-2010，北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010

上接第236頁

對于構(gòu)造鋼筋混凝土墻體，采取設計鉸接可以有很多方式，鋼筋連接需要注意，將承重墻體的鋼筋與構(gòu)造墻體分離式連接，增加延性好的金屬連接件；模型計算時應將模型進行對比，利用構(gòu)件定義功能削弱構(gòu)造墻體部位的剛度，并根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》合理取值周期折減系數(shù)，將布置了構(gòu)造墻體的模型與僅有梁的結(jié)構(gòu)計算模型調(diào)整相近；周期折減系數(shù)可根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》4．3．16條計算各振型地震影響系數(shù)所采用的結(jié)構(gòu)自振周期應考慮非承重墻體的剛度影響予以折減；4．3．17條當非承重墻體為砌體墻時，高層建筑結(jié)構(gòu)的計算自振周期折減系數(shù)可按下列規(guī)定取值：1、框架結(jié)構(gòu)可取0.6～0.7；2、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)可取0.7～0.8；3、框架-核心筒結(jié)構(gòu)可取0.8～0.9；4、剪力墻結(jié)構(gòu)可取0.8～1.0，對于其他結(jié)構(gòu)體系或采用其他非承重墻體時，可根據(jù)工程情況確定周期折減系數(shù)，構(gòu)造墻體可按樓板配筋模擬，且根據(jù)風壓分段復核板配筋。

由于構(gòu)造墻體厚度僅60mm~80mm，故實際墻體內(nèi)側(cè)與剪力墻存在厚度差120mm~140mm，此部分厚度差可采用砌筑高精砌體加一定的防水處理措施來保證構(gòu)造墻體部位的防水及保溫節(jié)能計算，使該部位建筑節(jié)能計算及熱橋計算能滿足當?shù)匾?guī)范要求；且由于構(gòu)造墻體作為外圍護結(jié)構(gòu)，就算鋁模爬架上升無外架，也不影響該處墻體砌筑及裝修。

五、結(jié)論

將分散的材料改變?yōu)榻y(tǒng)一標準集中加工、改善工人工作環(huán)境是建筑工業(yè)化的目的，也是目前裝配式建筑發(fā)展的主要方向；隨著人們生活要求的提高以及技術(shù)的不斷進步，裝配式節(jié)點連接及構(gòu)件的優(yōu)化也將不斷的更新；裝配式構(gòu)件的批量化生產(chǎn)的目的絕對不是產(chǎn)能提升帶來的建設高速發(fā)展，而是不斷適應建設需要，設計出更簡單的施工方式和更輕便的構(gòu)件，減少不必要的運力輸送及設備投入；裝配式構(gòu)件最終的指導，還是要以結(jié)構(gòu)受力計算模型輔助，連接構(gòu)件的二次深化模型的BIM系統(tǒng)預演拼裝；裝配式建筑的構(gòu)件連接及受力構(gòu)件不會止步于現(xiàn)有的做法，必將更新出