建筑结构方案调整之我见

论文栏目:建筑结构论文

一、结构方案调整
1.结构选型
在结构方案设计环节中，结构选型是关键要点之一。选型完成后，就对其采取结构合理布置，然后再进行结构的初步分析，从而进行结构布置的优化。对建筑上部结构的选型应当结合建筑物的功能要求以及当前结构设计规范的相关技术要求，对多个结构方案采取技术经济方面的充分比较，然后再加以确定。所选取的结构方案应当体现科学性、先进性、经济性和可实施性。结构的科学性应当是充分体现在结构受力合理、传力途径明确；先进性就是要采用新技术、新材料、新结构和新工艺；经济性就是要降低材料的消耗、减少劳动力的使用量以及建筑物的维护费用等；可实施性就是可以用现有的施工技术建造，且施工方便。
2.基于力学概念的结构方案调整
工程实践表明，可通过基于概念设计来对结构方案采取合理调整，同时通过结构从宏观上来把握结构方案。如对于需要增大剪力墙结构的抗扭，则应当考虑在端部设置剪力墙，采用L、T等截面形状的剪力墙来增大结构的抗扭刚度。当结构扭、平第一自振周期之比不满足规范要求时，若结构抗侧刚度不大，则可在结构平面周边增设或加大剪力墙；若结构抗侧刚度较大，可减少结构中部剪力墙。同时，通过合理调整连梁的高度可有效地避免连梁出现超筋现象，也可有效地提高结构的抗侧力刚度。
二、实例分析
1.剪力墙的合理减小
某框—剪结构在进行地震分析时，由于顶点侧移未能满足规范限位要求，故自然而然就想到要增设剪力墙，但结果却总不能如愿。剪力墙越加越多，越加越厚，刚度越加越大，但侧移却总不能满足规范限值要求。后经过分析，在原最初的结构上减少了剪力墙，却奇迹般地满足了侧移限值的要求。这是因为，框架-剪力墙结构是通过楼板使框架部分和剪力墙部分共同工作的。在结构下部，剪力墙承受很大的地震剪力和倾覆力矩，剪力墙帮了框架的忙；但在结构上部，框架帮了剪力墙的忙。也就是说，对框架-剪力墙结构，有时采用减少剪力墙的办法反而能使侧移限值得到满足。如某酒店建筑其结构类型采用框架-剪力墙结构，在进行结构分析时，剪力墙厚度为500mm时，考虑扭转较大，不满足规范要求，故将墙厚改为600mm，其余不变，两次计算结果比较见表1。从表1的计算结果可以充分地看出，剪力墙变厚了，但侧移反而加大（X向由1／1247增大为1／l036，Y向出1/1272增大为l／923），框架部分承受的倾覆力矩反而加大（x向由21.60%增大为29.85%，Y向由23.38%增大为32.08%），这与框-剪结构协同工作原理有关。在侧移加大的同时，位置也上升，原因就是在框-剪结构上部，剪力墙需要框架的帮忙。剪力墙越厚，则框架的负担越重，要求其抗侧力刚度越大。所以，当剪力墙部分的侧力刚度加大而框架部分的抗侧力刚度不变时，由剪力墙加厚而增加的水平力只能由框架单独承受。
2.L形剪力墙的布置
某大厦地面以上28层，裙房5层，地下3层，总结构高度100.85m。平面尺寸为11.59×10.0m，其中，1～3层前厅入口处是三层共享空间的大堂，19层（设备层）以上平面左右两侧各收进2m，形成退台，结构抗震设防烈度为8°。初步设计的主楼建筑方案有两个，都是利用电梯间和部分钢筋混凝土墙体构成内筒，周边则由梁柱形成外框。但两个方案的外框柱距却大相径庭。其中，稀柱方案柱距为11.59m，外框仅有12根柱子；密柱方案柱距为3.82rn，外框柱子达36根。各个方案的结构平面布置见下图所示。实践表明，通过减小框架柱的截面可以有效地改善稀柱的剪力滞后问题。为此，对本结构方案二采取调整，采用“L”形剪力墙来替换主楼四角正方形柱。计算结果表明，通过对结构四角的方柱由“L”形剪力墙代替，使剪力墙截面比方柱截面减小。但其具有更大的抗侧刚度，有效地提高了结构的整体抗扭转刚度。当两个方案的结构自振周期、水平地震剪力、地震及风载作用下的顶点位移和层间位移都相当接近时，它们外框周边柱子的内力发生来重新分配。采取“L”形剪力墙作为角柱，其虽然其轴向力有所增大，但弯矩的增加更多，仍使其处于较好的受力状态，更好地发挥了“L”形剪力墙的作用，结构整体受力、配筋均较为合理。对于密柱结构方案来说，该方案外框柱子较多，使结构梁板布置较为方便，但其对于建筑功能上使用来说并不方便。尤其是对于本建筑底部二层大堂的大空间，必须拔掉中跨的两根柱子。因而需采用转换结构，造成竖向刚度发生突变，转换层的柱内力也变化较大。即使可以解决建筑功能的使用要求，但却造成该结构设计的难度增大。
对于稀结构方案来说，由于所布置的框架柱截面尺寸过大，难以满足柱轴压比的要求，造成了很多短柱对结构抗震不利的情况。剪力滞后现象严重，结构受力不尽合理。通过对上述两个方案采取比较分析并优化设计后，遂采用稀柱+四角“L”形剪力墙方案。优化调整后的结构方案不仅能有效减小柱子的截面尺寸（底层柱所有柱子的截面面积之和为22.44m2），而且可以减小结构自重，改善了由于柱距较大而产生的内力不均匀、剪力滞后等现象。还可以较好地解决设备层以上层退台的柱子支承问题，使结构受力更为合理。充分利用窗下墙体将外框梁的截面做高，可采用钢筋混凝土普通扁梁板结构。它能较好地满足建筑专业功能要求，使公用管道布置、施工等也较方便。从实践结果可以表明，经过调整后的结构方案均针对原来两个方案的外框柱不同程度地显示出了剪力滞后现象。通过对主楼四角由正方形柱调整为“L”形剪力墙，有益的改善了结构的受力性能，使得结构分析计算设计很快确定了最佳结构方案。
三、结语
本文通过结合工程实践经验，提出了基于力学概念的结构方案调整。同时结合实例，对原结构设计方案的相关计算结果不满足规范要求以及不合理性，依据分析结论对结构方案进行了局部的调整与改进。通过对比分析表明，改进后的结构方案在性能上获得了明显改善。