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关键词：钢筋混凝土高层带转换结构初步设计
中图分类号： TU37文献标识码：A 文章编号：
引言
中国正处于经济飞速发展的时代，随着大中城市高层建筑普及，中小城市建筑物也开始向高处发展，本文以镇江益华广场酒店式公寓初步设计为例，浅析钢筋混凝土带转换高层建筑概念设计。
结构概念设计是保证结构具有优良抗震性能的一种方法。应选择对抗震有利的结构方案和布置，高层建筑结构的扭转问题可以说是概念设计围绕的主要问题。在结构设计过程中能否做到几何形心、刚度中心、结构重心基本重合，取决于建筑物平面结构形式。为避免建筑物因水平荷载作用而发生的扭转破坏，应在结构设计时选择合理的结构形式和平面布局，为使楼层水平力作用沿平面分布均匀，减轻结构的扭转振动，应使建筑平面尽可能采用方形、矩形、圆形、正多边形等简单平面形式。应将凸出部分厚度与宽度的比值控制在规范允许的范围之内，同时，在结构平面布置时应尽可能使结构处于对称状态。
一般高层建筑设计过程中控制的参数主要有：刚度比，位移比，周期比，刚重比，层间受剪承载力比，剪重比，轴压比。控制刚度比和层间受剪承载力比，主要为控制结构竖向规则性，以免竖向刚度突变，形成薄弱层。控制位移比，主要为控制结构平面规则性，以避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应。控制周期比，主要为控制结构扭转效应，减小扭转对结构产生的不利影响。控制刚重比，主要为控制结构的稳定性，避免结构在风载或地震力的作用下整体失稳。
工程概述：镇江益华广场项目位于镇江新区大港街道段家村。拟建成公寓、酒店、商业、办公等多功能复合的大型商住综合体。其中，酒店式公寓1栋，设1层地下停车场。底层4层为商业用途，、6层以上为酒店式公寓，结构形式为现浇钢筋混凝土部分框支剪力墙结构，其中转换层设在地上5层楼面。地下室：层高为6.00m，裙房：首层层高为6.00m，二~三层层高为5.00m，四层层高为5,2m，五层层高为4.50m，六~十七层层高为3.10m，天面相对标高为62.90m。共17层.
设计等级及控制指标：本工程结构设计使用年限为 50 年，建筑结构安全等级为二级，结构重要性系数γ0=1.0 。公寓抗震设防类别为 丙 类，工程所在地区抗震设防烈度为 7 度，设计地震分组为第 1 组，基本加速度值为 0.15 g，按 7 度抗震措施设防。转换层一下框架及框支框架抗震等级为一级，标准层框架抗震等级二级，剪力墙底部加强部位抗震等级为一级，非底部加强部位为二级。
本工程根据建筑功能使用、防水及结构耐久性的要求，在地上主体结构各单体均设置防震缝，将裙楼与公寓塔楼划分成较规则的独立单元，从而避免了大底盘多塔楼体系和塔楼偏置，合理降低了结构体系的复杂程度，提高结构抗震性能。
计算分析的主要结果：
经过PMSAP刚性板模型复核，与SATWE刚性板模型二者计算结果基本一致，计算结果真实可信，说明结构体系、结构布置与构件尺寸基本合理。
本工程还进行了按弹性动力时程分析法验算，从时程分析主要结果与反应谱分析主要结果对比来看，二者基本一致，承载力设计时可取多条时程曲线计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值。
住宅转换层上下等效刚度比：按高规附录E之E.0.2条计算转换层上部与下部结构等效侧向刚度比，此时取消SATWE计算模型的1层地下室，并按SATWE模型中的剪弯刚度模式计算，结果：X方向等效刚度比=0.2799<1.3，Y方向等效刚度比=0.4393<1.3，可见X、Y两个方向的等效刚度比都满足要求。
转换层与上一层受剪承载力比：X方向受剪承载力比=1.67>0.8，Y方向受剪承载力比=1.90>0.8，可见转换层与上一层X、Y两个方向的受剪承载力比都满足要求，受剪承载力不突变。
转换层层间侧向刚度比结果,X方向侧刚比值=1.7031>1, Y方向側刚比值=1.2898>1,可见转换层侧刚大于上层70％或上3层平均值80％，刚度不突变。
结构整体稳定验算结果(SATWE)刚重比：X向刚重比EJd/GH2=15.37,Y向刚重比EJd/GH2=14.60
该结构刚重比EJd/GH2大于1.4，能够通过高规(5.4.4)的整体稳定验算；
该结构刚重比EJd/GH2大于2.7，可以不考虑重力二阶效应。
计算结果分析
1）本工程采用的SATWE、PMSAP两个程序的计算结果是可信的，未出现原则性的冲突或矛盾的结果，说明结构体系、结构布置与构件尺寸基本合理。
2）（规范规定：在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移，A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍；）计算结果显示，在考虑偶然偏心的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移与该楼层平均值的比值，在裙楼的边缘处较大；但均满足规范要求；为了确保结构的安全性，在设计时适当提高端部竖向构件的箍筋配筋量，以增强其抗侧能力。
3）结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比，本工程塔楼该比值均小于0.85，满足规范要求。
4）经验算，本工程该项指标符合关于侧向刚度规则的要求：
楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度70%或相邻三层侧向刚度平均值的80%中之较小者，同时各层位移角均小于上一层的1.3倍，或其上三层位移角平均值的1.2倍。
5）经验算，本工程塔楼的框架柱轴压比均不大于0.60，满足规范要求：一级抗震等级的剪力墙底部加强部位，其重力荷载代表值作用下墙肢的轴压比分别不超过0.5。一级抗震等级的框架柱，轴压比不超过0.75。
结语
由于地震作用具有不确定性，工程可能遭遇大震或更强烈的地震，因此，高层建筑概念设计和性能控制显得尤为重要，本工程结构设计遵循简明、清晰的原则，结构构件必须满足承载力极限状态和正常使用极限状态的计算要求。在设计使用年限内，结构和结构构件在正常维护条件下应能保持其使用功能，而不需要进行大修加固。通过结构体系和结构布置优化，采取稳定性加强措施，控制结构破坏模式，提高结构延性和耗能能力，达到优化设计的目的。
参考文献：
赵西安．现代高层建筑结构设计[M]．北京：科学出版社，2004.
GB50011-2001，建筑抗震设计规范。北京：中国建筑工业出版社，2008．
JGJ3-2002，高层建筑混凝土结构技术规程。北京：中国建筑工业出版社，2002．
中图分类号： TU37文献标识码：A 文章编号：
引言
中国正处于经济飞速发展的时代，随着大中城市高层建筑普及，中小城市建筑物也开始向高处发展，本文以镇江益华广场酒店式公寓初步设计为例，浅析钢筋混凝土带转换高层建筑概念设计。
结构概念设计是保证结构具有优良抗震性能的一种方法。应选择对抗震有利的结构方案和布置，高层建筑结构的扭转问题可以说是概念设计围绕的主要问题。在结构设计过程中能否做到几何形心、刚度中心、结构重心基本重合，取决于建筑物平面结构形式。为避免建筑物因水平荷载作用而发生的扭转破坏，应在结构设计时选择合理的结构形式和平面布局，为使楼层水平力作用沿平面分布均匀，减轻结构的扭转振动，应使建筑平面尽可能采用方形、矩形、圆形、正多边形等简单平面形式。应将凸出部分厚度与宽度的比值控制在规范允许的范围之内，同时，在结构平面布置时应尽可能使结构处于对称状态。
一般高层建筑设计过程中控制的参数主要有：刚度比，位移比，周期比，刚重比，层间受剪承载力比，剪重比，轴压比。控制刚度比和层间受剪承载力比，主要为控制结构竖向规则性，以免竖向刚度突变，形成薄弱层。控制位移比，主要为控制结构平面规则性，以避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应。控制周期比，主要为控制结构扭转效应，减小扭转对结构产生的不利影响。控制刚重比，主要为控制结构的稳定性，避免结构在风载或地震力的作用下整体失稳。
工程概述：镇江益华广场项目位于镇江新区大港街道段家村。拟建成公寓、酒店、商业、办公等多功能复合的大型商住综合体。其中，酒店式公寓1栋，设1层地下停车场。底层4层为商业用途，、6层以上为酒店式公寓，结构形式为现浇钢筋混凝土部分框支剪力墙结构，其中转换层设在地上5层楼面。地下室：层高为6.00m，裙房：首层层高为6.00m，二~三层层高为5.00m，四层层高为5,2m，五层层高为4.50m，六~十七层层高为3.10m，天面相对标高为62.90m。共17层.
设计等级及控制指标：本工程结构设计使用年限为 50 年，建筑结构安全等级为二级，结构重要性系数γ0=1.0 。公寓抗震设防类别为 丙 类，工程所在地区抗震设防烈度为 7 度，设计地震分组为第 1 组，基本加速度值为 0.15 g，按 7 度抗震措施设防。转换层一下框架及框支框架抗震等级为一级，标准层框架抗震等级二级，剪力墙底部加强部位抗震等级为一级，非底部加强部位为二级。
本工程根据建筑功能使用、防水及结构耐久性的要求，在地上主体结构各单体均设置防震缝，将裙楼与公寓塔楼划分成较规则的独立单元，从而避免了大底盘多塔楼体系和塔楼偏置，合理降低了结构体系的复杂程度，提高结构抗震性能。
计算分析的主要结果：
经过PMSAP刚性板模型复核，与SATWE刚性板模型二者计算结果基本一致，计算结果真实可信，说明结构体系、结构布置与构件尺寸基本合理。
本工程还进行了按弹性动力时程分析法验算，从时程分析主要结果与反应谱分析主要结果对比来看，二者基本一致，承载力设计时可取多条时程曲线计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值。
住宅转换层上下等效刚度比：按高规附录E之E.0.2条计算转换层上部与下部结构等效侧向刚度比，此时取消SATWE计算模型的1层地下室，并按SATWE模型中的剪弯刚度模式计算，结果：X方向等效刚度比=0.2799<1.3，Y方向等效刚度比=0.4393<1.3，可见X、Y两个方向的等效刚度比都满足要求。
转换层与上一层受剪承载力比：X方向受剪承载力比=1.67>0.8，Y方向受剪承载力比=1.90>0.8，可见转换层与上一层X、Y两个方向的受剪承载力比都满足要求，受剪承载力不突变。
转换层层间侧向刚度比结果,X方向侧刚比值=1.7031>1, Y方向側刚比值=1.2898>1,可见转换层侧刚大于上层70％或上3层平均值80％，刚度不突变。
结构整体稳定验算结果(SATWE)刚重比：X向刚重比EJd/GH2=15.37,Y向刚重比EJd/GH2=14.60
该结构刚重比EJd/GH2大于1.4，能够通过高规(5.4.4)的整体稳定验算；
该结构刚重比EJd/GH2大于2.7，可以不考虑重力二阶效应。
计算结果分析
1）本工程采用的SATWE、PMSAP两个程序的计算结果是可信的，未出现原则性的冲突或矛盾的结果，说明结构体系、结构布置与构件尺寸基本合理。
2）（规范规定：在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移，A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍；）计算结果显示，在考虑偶然偏心的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移与该楼层平均值的比值，在裙楼的边缘处较大；但均满足规范要求；为了确保结构的安全性，在设计时适当提高端部竖向构件的箍筋配筋量，以增强其抗侧能力。
3）结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比，本工程塔楼该比值均小于0.85，满足规范要求。
4）经验算，本工程该项指标符合关于侧向刚度规则的要求：
楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度70%或相邻三层侧向刚度平均值的80%中之较小者，同时各层位移角均小于上一层的1.3倍，或其上三层位移角平均值的1.2倍。
5）经验算，本工程塔楼的框架柱轴压比均不大于0.60，满足规范要求：一级抗震等级的剪力墙底部加强部位，其重力荷载代表值作用下墙肢的轴压比分别不超过0.5。一级抗震等级的框架柱，轴压比不超过0.75。
结语
由于地震作用具有不确定性，工程可能遭遇大震或更强烈的地震，因此，高层建筑概念设计和性能控制显得尤为重要，本工程结构设计遵循简明、清晰的原则，结构构件必须满足承载力极限状态和正常使用极限状态的计算要求。在设计使用年限内，结构和结构构件在正常维护条件下应能保持其使用功能，而不需要进行大修加固。通过结构体系和结构布置优化，采取稳定性加强措施，控制结构破坏模式，提高结构延性和耗能能力，达到优化设计的目的。
参考文献：
赵西安．现代高层建筑结构设计[M]．北京：科学出版社，2004.
GB50011-2001，建筑抗震设计规范。北京：中国建筑工业出版社，2008．
JGJ3-2002，高层建筑混凝土结构技术规程。北京：中国建筑工业出版社，2002．