某商業(yè)辦公大樓抗風(fēng)設(shè)計(jì)

張偉 陳旭

【摘要】本文對(duì)一個(gè)特殊外形的商業(yè)寫(xiě)字樓進(jìn)行了抗風(fēng)試驗(yàn)，評(píng)估了該大樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。提出了建筑外形的改進(jìn)設(shè)計(jì)建議，降低了結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載，取得了較好地經(jīng)濟(jì)效益。

【關(guān)鍵詞】高層建筑 抗風(fēng)設(shè)計(jì) 氣動(dòng)外形

一、項(xiàng)目簡(jiǎn)介

某商業(yè)寫(xiě)字樓高度為187米，該大樓結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，內(nèi)部中空有通透天井，外部連廊用支撐連接（見(jiàn)圖1）。我國(guó)現(xiàn)行建筑結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載規(guī)范尚不能涵蓋該超高層建筑的抗風(fēng)設(shè)計(jì)參數(shù)取值。因此，需對(duì)該商業(yè)大樓進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的抗風(fēng)試驗(yàn)。

二、試驗(yàn)簡(jiǎn)介

該大樓風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ陀捎袡C(jī)玻璃制成，模型表面共布置樓582個(gè)測(cè)點(diǎn)，以測(cè)量不同位置的表面風(fēng)壓。為了考慮臨近建筑物的干擾影響，試驗(yàn)?zāi)M了大廈周?chē)?50m直徑內(nèi)的主要建筑。大廈周?chē)ㄖ捎肞VC板制成模型模擬。模型實(shí)驗(yàn)照片見(jiàn)圖2。

三、結(jié)果分析

基于風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)和動(dòng)力學(xué)理論計(jì)算了該大樓在設(shè)計(jì)風(fēng)速下的動(dòng)力響應(yīng)和基底剪力，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖2-4。從圖示結(jié)果來(lái)看，在相應(yīng)設(shè)計(jì)風(fēng)速下，建筑頂部最大位移達(dá)到13厘米，頂部的側(cè)移與其高度的比值最大為1/1445，滿(mǎn)足我國(guó)“高層民用建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程”（IGJ3-2012）規(guī)范的要求。在相應(yīng)設(shè)計(jì)風(fēng)速下（50年重現(xiàn)期），各風(fēng)向角等效風(fēng)荷載引起的樓底部最大內(nèi)力分別為16300KN。在相應(yīng)設(shè)計(jì)風(fēng)速下（10年重現(xiàn)期），各風(fēng)向角最大加速度為12厘米/秒²。

四、外形優(yōu)化

從圖3-5可以看出，本大樓的風(fēng)致位移、加速度的最大值都是出現(xiàn)在120度風(fēng)向角。雖然這些參數(shù)均未超高規(guī)范限制，但是，若能減小該風(fēng)向角下的風(fēng)致基底剪力，將可能極大程度地降低結(jié)構(gòu)造價(jià)。

從建筑外形優(yōu)化的角度，項(xiàng)目組提出了抗風(fēng)設(shè)計(jì)建議：將圖1所示斷面圖中的端部由鏤空改成封閉。經(jīng)試驗(yàn)和理論計(jì)算，該優(yōu)化方式能極大地減小120度風(fēng)向角的風(fēng)致響應(yīng)和基地剪力，進(jìn)而有效減低結(jié)構(gòu)造價(jià)、取得巨大地經(jīng)濟(jì)效益。

五、總結(jié)

通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)和理論計(jì)算，該大樓能夠經(jīng)受住設(shè)計(jì)風(fēng)速下的風(fēng)荷載。進(jìn)行外形優(yōu)化后，大樓的風(fēng)荷載和風(fēng)致響應(yīng)得到有效控制，最終降低了總造價(jià)，取得了較好地經(jīng)濟(jì)效益。相關(guān)研究可為類(lèi)似的超高層建筑抗風(fēng)設(shè)計(jì)提供參考。