某高層建筑屋頂增層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

吳楠

摘 要：為了能夠最大程度發(fā)揮建筑的實(shí)用性，相關(guān)人員在設(shè)計(jì)時(shí)要讓結(jié)構(gòu)承載能力的系統(tǒng)不發(fā)生變化的情況下，以某寫字樓作為例子，從而提出屋頂增層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案。相關(guān)人員將增層結(jié)構(gòu)前后結(jié)構(gòu)所承受的能力做出了詳細(xì)的比較，并且對(duì)相應(yīng)的部件進(jìn)行了復(fù)核驗(yàn)算，可以得知該方案可以實(shí)施，進(jìn)而提出合理化建議。

關(guān)鍵詞：高層建筑；增層；生根

經(jīng)濟(jì)發(fā)展的腳步不斷的加快，隨著高層建筑也在大量的建造，因此對(duì)施工品質(zhì)也帶來了更高的要求。為了能夠最大程度發(fā)揮建筑的實(shí)用性，相關(guān)人員在設(shè)計(jì)時(shí)要讓結(jié)構(gòu)承載能力的系統(tǒng)不發(fā)生變化的情況下，以某地區(qū)20層寫字樓作為例，提出合理化建議。

1 工程概況

某寫字樓是地下2層，地上22層。建筑用地面積6897m2，該工程總建筑面積是61232.6m2（其中包含地下19523.1m2，地上41709.5m2），檐口高度75.91m。由于功能的相關(guān)要求，現(xiàn)在要在該建筑標(biāo)高74.16m處增層，在主體結(jié)構(gòu)上在多加兩層，并且中心部分要向上再延伸一層，其中第1層建筑層高是4.95m、及其屋頂?shù)母叨仁?9.23m；第2層建筑樓層總體高度是4.92m、標(biāo)高是88.10m；中心部分的標(biāo)高是3.74m，屋頂?shù)母叨仁?1.02m。在新增加的層墻等相關(guān)混凝土的強(qiáng)度等級(jí)是C40。

該寫字樓以前的結(jié)構(gòu)形式為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架的結(jié)構(gòu)方式，并且主體體系是具有A級(jí)高度的建筑，所具備的安全等級(jí)是二級(jí)，其中預(yù)防地震所設(shè)有的類別是丙類，該結(jié)構(gòu)形式使用最長時(shí)間不能超過50年。建筑場(chǎng)地屬于Ⅲ類。標(biāo)準(zhǔn)層平面是52m×42m矩形，中心部分大概是28m×15m，只有在塔樓的外面才有相應(yīng)的框架柱，并且長邊有8根柱，短邊有6根柱。

2 增層結(jié)構(gòu)方案

該寫字樓新增的兩層是利用相關(guān)混凝土結(jié)構(gòu)的方式建造的，從而確保能夠讓原有結(jié)構(gòu)所具有的特性處于一致的狀態(tài)。相關(guān)單位為了減少剛度出現(xiàn)突變的現(xiàn)象，就應(yīng)當(dāng)和建筑人員做好恰當(dāng)?shù)慕涣鳎⑶以诒３衷瓉淼慕Y(jié)構(gòu)上在延伸一層，直到增加的層數(shù)完成以后，還要保持以往的結(jié)構(gòu)形態(tài)。

相關(guān)人員在對(duì)第一層加層時(shí)所設(shè)計(jì)的方法大致體現(xiàn)在以下內(nèi)容：層高是4.95m，屋頂標(biāo)高是79.23m。相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)對(duì)新增混凝土柱設(shè)置79.1m左右的標(biāo)高，并且柱截面尺寸和相關(guān)柱子要保持相鄰的狀態(tài)；在混凝土里面的梁所設(shè)計(jì)的尺寸是600mm（寬）×1500mm（高）；相關(guān)人員要在筒體轉(zhuǎn)角處設(shè)置適當(dāng)?shù)慕侵O(shè)計(jì)的尺寸是950mm×850mm。在該寫字樓中相關(guān)單位使用的是鋼筋混凝土樓板的結(jié)構(gòu)方式建造的。相關(guān)人員在對(duì)第一層加層時(shí)所設(shè)計(jì)的方法大致體現(xiàn)在以下內(nèi)容：層高為8.7m，屋頂標(biāo)高是88.1m，其中相應(yīng)的混凝土柱上升到88.1m標(biāo)高處，并且下層筒體的相應(yīng)角柱都上升到了88.2m標(biāo)高處。相關(guān)人員還對(duì)筒體頂部和筒之間要設(shè)置出恰當(dāng)?shù)捻斄海扇?00mm×1500mm的截面尺寸。在該寫字樓中，通過采取鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)形式，而且相應(yīng)的樓面通常是使用鋼梁。相關(guān)人員在對(duì)局部筒體向上延伸一直到標(biāo)高91.26m，層高是3.65m，并且將樓面采取的是鋼筋混凝土梁板的形式來建造的。

3 加層前后結(jié)構(gòu)整體性能參數(shù)對(duì)比

為了能夠更進(jìn)一步對(duì)增層前后結(jié)構(gòu)的有關(guān)功能進(jìn)行合理的分析，從宏觀的角度出發(fā)，對(duì)相應(yīng)的計(jì)算指標(biāo)做出了詳細(xì)的比較。

3.1 總質(zhì)量

3.2 結(jié)構(gòu)自振周期

原結(jié)構(gòu)與加層后結(jié)構(gòu)的前3個(gè)結(jié)構(gòu)自振周期對(duì)比見表2。由表2可知：原結(jié)構(gòu)和加層結(jié)構(gòu)的第一扭轉(zhuǎn)自振周期Tt與平動(dòng)為主的第一自振周期T1之比均滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2002）第4.3.5條對(duì)A級(jí)高度高層建筑不應(yīng)大于0.9的要求。

3.3 地上結(jié)構(gòu)基底剪重比

本工程地下室頂板可作為地上結(jié)構(gòu)的嵌固端，取地上結(jié)構(gòu)底層的剪力及剪重比進(jìn)行對(duì)比可知：原結(jié)構(gòu)和加層后結(jié)構(gòu)的X向與Y向剪重比均滿足《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2001）第5.2.5條不小于3.2%的規(guī)定。

3.4 相鄰層抗側(cè)剛度比、抗剪承載力比

原結(jié)構(gòu)與加層后結(jié)構(gòu)的層抗側(cè)剛度比最小值（樓層剛度采用高規(guī)建議方法，按地震剪力除以地震層間位移確定。該比值為下層層剛度與上層層剛度的比值）、層抗剪承載力比最小值可以得知：原結(jié)構(gòu)和加層后結(jié)構(gòu)的X向與Y向?qū)觿偠缺取向與Y向?qū)涌辜舫休d力比均滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2002）第4.4.2條和第4.4.3條的規(guī)定，無薄弱層出現(xiàn)。

3.5 軸壓比

原結(jié)構(gòu)與加層后結(jié)構(gòu)的地下4層和地上1層墻、柱的最大軸壓均滿足規(guī)范要求。

3.6 層間位移角及扭轉(zhuǎn)位移比

多遇地震作用下，原結(jié)構(gòu)與加層后結(jié)構(gòu)的最大層間位移角可知：原結(jié)構(gòu)和加層后結(jié)構(gòu)的X向與Y向最大層間位移角均滿足《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2001）第5.5.1條對(duì)框架-核心筒規(guī)定的1800限值。考慮質(zhì)量偶然偏心的兩個(gè)方向水平地震分別作用下，原結(jié)構(gòu)與加層后結(jié)構(gòu)樓層扭轉(zhuǎn)位移比可知：原結(jié)構(gòu)和加層后結(jié)構(gòu)的X向與Y向最大位移與層平均位移的比值及最大層間位移與平均層間位移的比值均滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2002）第4.3.5條規(guī)定的1.5的限值。

3.7 小結(jié)

（1）相關(guān)單位在對(duì)結(jié)構(gòu)實(shí)行加層以后，與沒有實(shí)施加層之前的結(jié)構(gòu)品質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)的比較，明顯的看出結(jié)構(gòu)品質(zhì)得以提升，在加層以后總體品質(zhì)提高了一倍以上；因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的相關(guān)參數(shù)都在一定程度上提高，會(huì)讓加層以后的時(shí)間有所增加，從原來的1.52秒逐漸增加到1.82毛，這種情況屬于合理范圍。（2）新加層部分的結(jié)構(gòu)受力體系仍為框架-核心筒，與原結(jié)構(gòu)體系的一致性良好。加層后屋頂結(jié)構(gòu)標(biāo)高為90.85m，仍滿足8度抗震設(shè)防地區(qū)A級(jí)高度鋼筋混凝土高層建筑最大適用高度100m的要求。（3）加層后結(jié)構(gòu)的重要計(jì)算指標(biāo)（包括：層剪重比、樓層剛度比、層間位移角、位移比、層抗剪承載力比、墻柱軸壓比）均能滿足相應(yīng)規(guī)范要求。（4）加層后的框架柱、框架梁、主要混凝土墻體的承載力均基本滿足規(guī)范要求，僅少數(shù)連梁有抗剪截面不足的超限信息顯示，可通過局部小范圍加固補(bǔ)強(qiáng)進(jìn)行處理。

4 增層結(jié)構(gòu)施工注意事項(xiàng)

（1）在澆注新混凝土?xí)r，原混凝土表面應(yīng)鑿毛，清除干凈后，適當(dāng)濕潤，并新涮一層界面劑，以確保新舊混凝土形成一體。（2）施工時(shí)，應(yīng)采取確保施工質(zhì)量和施工安全的措施。在剔除原有結(jié)構(gòu)前必須對(duì)可能影響到的原結(jié)構(gòu)（包括梁、板）進(jìn)行可靠支護(hù)，并對(duì)新設(shè)支護(hù)的下方主體支承結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)核驗(yàn)算。（3）梁板開洞、錨筋及灌漿、加固，需要由有一定經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)施工隊(duì)伍完成。孔洞宜采用機(jī)械鉆孔，事先應(yīng)探測(cè)原鋼筋位置以免對(duì)原結(jié)構(gòu)造成損傷。如無特殊說明，剔鑿混凝土?xí)r，原結(jié)構(gòu)中鋼筋不得切斷。

結(jié)束語

通過以上內(nèi)容的論述，可以得知：相關(guān)單位在對(duì)結(jié)構(gòu)實(shí)行加層以后，與沒有實(shí)施加層之前的結(jié)構(gòu)品質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)的比較，明顯的看出結(jié)構(gòu)品質(zhì)得以提升；因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)高度以及品質(zhì)都有所提高，可以看出使用增層結(jié)構(gòu)這種設(shè)計(jì)手段有著顯著的效果，因此相關(guān)單位在對(duì)高層屋頂進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，采取增層結(jié)構(gòu)的方案能夠在一定程度上提高結(jié)構(gòu)品質(zhì)，從而給建筑行業(yè)做出貢獻(xiàn)。

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