第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 深圳大学设计教学楼异形体结构设计 刘畅卢星存张剑 （深圳大学建筑设计研究院，深圳518060） 提要：本文简要介绍了深圳大学设计教学楼演播厅、展览厅的异形体结构设计.
该异形体的柱、墙由下至上向外 双向倾斜，同时两个异形体之间无柱，最大间距为18n，结构设计时采用合理的有限元计算模型，对其进行了承 载力、变形及舒适度的计算分析，较真实的反映了结构构件的受力性能，可以为类似工程提供一定的经验参考.
关键词：斜柱，竖向振动频率，竖向振动加速度 1工程概况 深圳大学设计教学楼位于深圳大学南校区，由教学办公楼、演播厅及展览厅组成，总建筑面积4.5万 m²，设置一层地下室，用作车库、设备用房及核六级人防工事：教学办公楼地上十层，演播厅及展览厅地 上三层.
演播厅及展览厅与办公楼设置抗震缝脱开，本文仅介绍演播厅、展览厅的结构设计，其建筑高度 为16.700米，其建筑效果图见图1-1，由图可见，演播厅、展览厅为双向倾斜的异形体结构，以下简称异 形体.
图1-1演播厅、展览厅建筑效果图 2基础设计 基础形式为预应力高强混凝土管桩基础，持力层为强风化花岗岩.
桩型为Φ500AB型，壁厚125，单 桩竖向抗压承载力特征值为2300KN.
3异形体结构体系 异形体三层以下结构体系为现浇钢筋混凝土框架-剪力墙结构，框架柱为双向斜柱，最大倾斜角度23.5 度，建筑要求框架柱之间的墙体为现浇钢筋混凝土墙，以力求达到清水混凝土的立面效果，钢筋混凝土墙 自下而上亦双向倾斜，框架柱与周边钢筋混凝土墙构成左右两个双向不规则倾斜的钢筋混凝土异形筒体， 两个异形体之间最大距离将近18.0m.
异形体共两层，一层层高6.0m，二层层高5.1m.
二层异形体外楼面 为连廊及室外休息平台，三层为绘画教室.
三层楼面为转换层，三层以上结构体系为钢筋混凝土框架结构.
本工程地下一层，计算嵌固端设置在地下室顶板，地下一层与一层的侧向刚度比大于2.
异形体示意图、
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 各层结构布置图见图3-1~4. 11.06 州性 9.50 5.90) 009 1. 20 并6 图3-1异形体示意图 图3-2二层结构平面布置图 图3-3三层结构平面布置图
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 图3-4屋面结构平面布置图 4异形体结构设计的主要内容 1.框架柱、剪力墙自下而上双向倾斜，框架柱、剪力墙的轴力有水平分量，使得框架梁、楼板除承受 外荷载水平力外，还要承受额外的水平力，即框架柱、剪力墙轴力的水平分量，结构设计时需要采用合理 的有限元计算模型分析其受力特点，再根据计算结果进行施工图设计，以满足承载力及变形的要求： 2.两个异形体之间最大距离将近18.0m，最大悬挑6.5m，除异形体外，均为无柱空间，需要进行结构 的舒适度分析.
5异形体结构计算分析 5.1计算软件、模型 本工程采用建筑结构通用有限元分析与设计软件MIDASGenVer.800版，进行多遇地震下的静力计算 分析和舒适度分析.
结构分析模型由弹性梁单元与板单元构成： （1）梁、柱 MIDAS软件中梁单元由2个节点构成三维梁单元，以铁木辛柯梁理论为基础，可考虑剪切变形的影响， 这种梁单元具有拉、压、剪、弯、扭的变形刚度，因此可以同时模拟梁和柱单元.
（2）墙、板 由于MIDASGENVer.800无法建立斜墙单元，采用板单元来模拟斜墙.
并使用了以Mindlin板为基础 的厚板理论的厚板单元.
板单元的每个节点具有x、y、z轴方向的移动的线性位移自由度和绕x、y轴旋 转的旋转位移自由度如图5-1，板单元可以考虑平面外的弯曲刚度.
同时为了分析楼板中应力分布情况， 采用板单元建立楼板.
8AT4≤TE) 图5-1 MIDAS 中板单元 3
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 5.2.小震及风荷载下结构弹性分析结果 场地的抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，设计地震分组为第一组，建筑场地类 别为Ⅲ类，场地特征周期值为0.45s.
计入竖向地震作用.
50年一遇风荷载为0.75KN/m².
（1）周期与振型 结构的第一阶振型表现为Y向的平动，第二阶振型表现为X向的平动，第三阶振型表现为扭转，结构 扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一周期T1之比为0.85.
X方向的有效质量系数为93.6%，Y 方向的有效质量系数为95.8%，满足规范90%的要求.
前三个振型云图如表所示.
表5-1前三阶振型 周期（s） MIDAS振型计算结果 0.617 0.548 0.528 （2）剪重比 根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）第5.2.5条，应对结构的水平地震剪力系数进行检查，以 满足要求.
计算结果表明各层剪重比均大于规范中要求的0.016.
（3）层间位移角 本工程为柱、墙由下至上向外倾斜的异形体结构，楼层在发生剪切变形时，会引起楼层绕水平轴的转 动，整体结构的弯曲变形增大，即异形体结构的水平位移会比直筒结构大.
规范风荷载和地震作用下的层 间位移角计算结果如图5-2和图5-3所示.
由图可知，位移角满足规范要求.
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文 2014年 3 1 1 1 1 层 楼2 地震作用下X方 层 风荷裁作用下x 1 向层间位移角 方向层间位移角 .地震作用下y方！
.风荷裁作用下y 1 向层间位移角！
1 方向层间位移角 1 1 1. = 1/s50 = 1/550 = 1/800 1 1/800 1 1 0 0.0005 0.001 0.0015 0.002 0 0.0005 0.001 0.0015 0.002 位移角 位移角 图5-2风荷载作用下的层间位移角 图5-3地震作用下的层间位移角 （4）扭转位移比 计算结果表明，在规定的水平地震作用下，楼层的最大弹性水平位移（层间位移）与其平均值之比均 小于1.2，本工程不存在扭转不规则.
（5）楼层侧向刚度比 《高层建筑混凝土结构技术规程》第3.5.2条规定，本楼层侧向刚度与相邻上层的比值不宣小于0.9： 当本层层高大于相邻上层层高的1.5倍时，该比值不宜小于1.1：对结构底部嵌固层，该比值不宜小于1.5. 各楼层X、Y方向的刚度比如图5-4，5-5所示.
3 ...X向刚度比 Y向刚度比 0.9 0.9 层 0 2 4 0) 2 4 刚度比 刚度比 图5-4X向刚度比 图5-5Y向刚度比 6楼盖舒适度分析 楼板的自振频率是结构固有特性，与结构的质量和刚度有关.
当楼板跨度较大，楼板的自振频率较低 时，在人行荷载的频繁作用下容易引发共振.
为避免共振的发生在设计楼板时，楼板的自振频率应高于人 的活动频率.
《高层建筑混凝土结构技术规程》规定，楼盖结构的竖向振动频率不宜小于3HZ，竖向振动 加速度峰值不应超过规范所列表中的限值.
本工程依据《高层建筑混凝土结构技术规程》对设计教学楼异形体之间的悬挑范围内的楼板进行舒适 度评估，评估方法采用楼板整体振动特性与楼板局部振动特性的双控标准，即控制楼面结构的整体振动频 率基本不小于3HZ，且人行荷载作用下最大振动加速度应满足规范要求.
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