摘要：中国古建筑历史悠久，造型独特，有极高的艺术成就。采用现代技术建造造古建筑可以在继承和保护的同时对古建筑文化进行创新，让传统建筑文化获得新生。钢筋混凝土结构技术成熟，可塑性强，耐久性好，已经成为大部分现代仿古建筑的首选。本文通过对仿古塔楼长寿阁结构设计的探讨，为其他类似仿古塔楼的结构设计提供参考和建议。
关键词：仿古塔楼、钢筋混凝土、结构设计
1、工程概况
长寿阁位于广西壮族自治区贺州市八步区广西园艺博览会园区内。长寿阁建筑主体高度约40m，建筑面积为1495.7㎡，占地面积为1306.2㎡。内共五层，其中一层为展览厅，二层至五层为观景平台，内设电梯一部楼梯两个。建筑外观为方形塔式仿宋仿木结构，外围观景回廊，融入贺州本土传统建筑元素。含了重檐、出檐、歇山、十字坡顶、斗栱等等富有特色的造型，颇具唐楼遗风、宋阁韵味。
古建筑塔楼一般为木结构，较容易实现传统建筑的造型。然而木结构的保护防火较为麻烦，取材不易，建造高大空间的塔楼也偏不安全。因而长寿阁结构体系采用钢筋混凝土框架结构。
2、结构计算参数选取
贺州抗震设防烈度为6度，地震加速度0.05g，建筑场地类别为二类，50年重现期基本风压为0.30kN/㎡。长寿阁为框架结构，结构高度约40m，框架抗震等级为三级。建筑位于强风化岩的陡坡边，根据《抗规》要求，水平地震影响系数最大值应乘以增大系数。建筑场地离突出台地边缘的距离L1与相对高差H的比值L1/H＜2.5；突出台地边缘的侧向平均坡降0.3＜H/L=0.5＜0.6；取局部突出地形顶部地震影响系数的放大系数λ=1+ξα=1.4。风压考虑山顶地形修正后的基本风压取为0.6 kN/㎡。
3、结构建模
结构计算选用1.7.0.0版盈建科建筑结构设计软件。由于挑檐位于楼层中间，由室内往外挑出的梁较多，用盈建科建模较为复杂，决定采用两个模型包络设计的办法进行结构计算。第一个模型（简称为挑檐模型）将每一个层间挑檐单独建一层，分别建基础梁、一层、二层、10.6m挑檐、三层、17.4m附楼、四层、五层、29.9m挑檐层以及坡屋面共10个标准层。29.9m挑檐和坡屋面共同组成十字坡屋面。由于十字坡屋面造型复杂，将屋面分为水平梁和坡屋面梁两个标准层。挑檐模型的优点是逐层建模，较为简便，并且挑檐层可生成悬挑板，荷载不丢失，计算梁板配筋相对准确。考虑到10.6m挑檐、17.4m附楼位于楼层中间，并无楼板，不能完全传递水平地震力，地震指标计算并不准确。故将10.6m挑檐、17.4m附楼分别和三层、四层采用梁面降标高的办法合并。合并后模型（简称为整体模型）共有基础梁层、一层、二层、三层、四层、五层、29.9m挑檐层以及坡屋面层分别建立共8个标准层。采用两个模型综合考虑对比的办法进行结构设计。
4、上部结构计算结果
整体模型和挑檐模型的部分计算结果比值如下（整体模型/挑檐模型）：结构总质量为96.2%；地震倾力矩X向为95.6%，Y向为97.2%；地震基底剪力X向95.4%，Y 向97.4%。两个模型结果相差均在5%以内，基本一致。
整体模型和挑檐模型前三个周期计算结果分别为（S）：1.59、1.55、1.31；1.61、1.57、1.34。两个模型的前两个周期均为平动周期，平动系数均为1.0；第三周期均为扭转周期，扭转系数均为1.0。周期比均小于0.9，满足规范要求。两个模型的周期基本一致。
整体模型和挑檐模型的质量、倾覆力矩、基底剪力和周期计算结果基本一致。可以判断，挑檐和附楼标准层的合并对盈建科软件计算结构总的地震力几乎没有影响。采用两个模型包络设计是可行的。
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两个模型计算楼层侧移刚度与上一层侧移刚度70%的比值或上三层平均侧移刚度80%的比值中之较小者的结果有不同。长寿阁为双轴对称结构，两个方向计算结果差异不大，暂选取X向进行讨论。整体模型1~8层计算结果分别为：5.47、4.73、1.26、1.31、1.27、0.81、0.41、1.0；挑檐模型1~10层分别为：5.40、2.37、0.54、0.48、2.81、0.75、4.17、1.05、0.57、1.0。两个模型的屋面计算结果超规范原因相同，取整体模型作讨论。整体模型第6~8层X向侧移刚度分别为(kN/m)：3.1921E+05、1.8916E+05、2.8091E+07。第6、7层的侧移刚度比值为1.69，可满足规范要求；第8标准层侧移刚度远远大于第6、第7标准层。这是由于坡屋顶有大量斜梁，软件将斜梁垂直方向的刚度也算作楼层的侧移刚度，因而导致坡屋面的侧移刚度过大，实际上对结构设计的影响不大。挑檐模型的4~7标准层层高较矮， 10.6m挑檐和17.4m附楼在主楼范围内无楼板，不能完全传递水平地震力，不算当作真正意义上的结构楼层，此计算结果仅供参考。整体模型将挑檐和副楼建到同一个标准层，能更好的反映结构的侧移刚度。综合考虑可知长寿阁的侧移刚度可满足规范的要求。
整体模型第7层与第8层抗剪承载力之比为0.35；挑檐模型第4层与第5层比值为0.44，第9层和第10层比值为0.35。两个模型屋顶处出现薄弱层的原因与侧向刚度突变的原因一样，均为屋面斜梁引起。而挑檐模型第4层为薄弱层则是因为挑檐独立为标准层，第5标准层层高2.2m，刚度较大。但实际上挑檐层无楼板，传递水平力的能力不大，计算结果也仅作参考。综合考虑以上因素，楼层抗剪承载力可满足规范要求。
考虑偶然偏心在规定水平力作用下，整体模型的最大层间位移与平均层间位移的比值为1.20，挑檐模型为1.37，均可满足规范要求。
综上所述，长寿阁的各项指标均能满足规范要求。两个模型的计算数据也表明长寿阁的整体抗震性能较好。
在进行结构施工图绘制时，综合两个模型进行包络设计。
5、基础设计
长寿阁基础采用桩基和独立基础混合的形式。根据地勘资料，粉质粘土层地基承载力特征值fak=200kpa，可作为建筑的持力层。主楼中间四棵柱子标准组合最大值为5400kN；周边柱子最大标准组合为2200kN；平台柱子标准组合最大值约为650kN。经试算，主楼范围内的柱子采用800厚C30筏板基础，其余柱子采用混凝土独立基础可满足要求。但考虑到建筑位于山顶，四周均为边坡陡坎，为了保证建筑物的长期使用安全及稳定性，主楼建筑范围内采用桩基础，平台柱子采用独立基础。由于大型施工机械难以进场施工，决定采用人工挖孔桩，桩端持力层为粉砂岩层。经沉降计算，主楼范围内柱子轴力较大，但桩基础进入岩层，沉降较小，几乎为零；独立基础虽然上部荷载不大，但持力层为粉质粘土，最大沉降达到40~50mm，超过了规范允许的沉降差。为了防止不均匀沉降导致裂缝，在主楼周边设置一圈后浇带，以减小不均匀沉降的影响。
6、结论
进行仿古建筑结构设计时，在考虑保持古建的造型风格同时也要满足现行建筑结构设计规范的要求。古建塔楼造型复杂，层间梁和挑檐较多，采用软件进行结构计算时可将挑檐和附楼单独建立标准层以及合并到楼层建立两个模型，进行对比分析，包络设计，以保证结构的安全。采用现代技术进行仿古建筑设计，可继承和保护古建文化，并让传统建筑文化在新技术的支持下焕发新机。
参考文献：
[1]现代建筑设计与古建筑设计的融合探讨[J]. 刘爽. 工程技术研究. 2016(06)
[2]典型3层中空楼阁形式的仿古建筑模态分析[J]. 王宗泽,代金洁. 中国科技论文. 2016(01)
[3]某文化商业街仿古建筑结构设计[A]. 蔡思思,崔巨宏.第十五届全国现代结构工程学术研讨会论文集[C]. 2015
论文作者:文祥康
论文发表刊物:《基层建设》2017年第10期
论文发表时间:2017/7/24
标签：模型论文; 刚度论文; 长寿论文; 结构论文; 屋面论文; 两个论文; 建筑论文; 《基层建设》2017年第10期论文;