高層建筑地下室結構的抗震設計(4頁).docx
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1、第 36 卷第 6 期建 筑 結 構2006 年 6 月高層建筑地下室結構的抗震設計胡慶昌1 錢稼茹2 孫金墀1(1 北京市建筑設計研究院北京 100045 ;2 清華大學土木系 北京 100084) 提要 針對高層建筑的嵌固設計問題 ,重點討論高層建筑的嵌固條件和嵌固在地下室頂板時結構的抗震設計。給出了地下室結構水平地震作用基于底部剪力法的計算公式、地下室結構構件和框架的計算公式 ,以及抗震墻的設計原則。提出了高層建筑嵌固在基礎頂部的抗震設計的基本要求。 關鍵詞 高層建筑 嵌固部位 地下室結構 抗震設計Seismic Design of Basement Structure of Tall 2、BuildingsPHu Qingchang1 , Qian Jiaru2 , Sun Jinchi1 (1 Beijing Institute of Architectural Design , Beijing 100045 ,China ; 2 Key Laboratory for Structural Engineering and Vibration of the Ministry of Education , Tsinghua University , Beijing 100084 ,China)Abstract :Necessary requirements to ascertai3、n the position of fixity of tall buildings and seismic design of basement structures are discussed. The calcutation formulae are developed for herizontal seismic action of basement structure with base shear method on the members and structure of basement . Keywords :tall building position of fixity 4、; basement structure ; seismic design1 高層建筑的嵌固部位多數單塔或多塔高層建筑帶有面積較大的地下室及層數不多的裙房 ,裙房可能相連形成大底盤。建筑() 1 規定 , 高層建筑地抗震設計規范GB50011 2001下室結構滿足一定條件時 ,地下室頂板可作為上部結構的嵌固部位。若不滿足規范要求 ,可將嵌固部位設置在基礎頂面。嵌固在地下室頂板的條件及要求:(1) 地下室層數不少于 2 層 ,全部地下室宜有與地下室頂板相連的封閉外墻。(2) 地下一層結構側向剛度應不小于地上一層結構側向剛度的2 倍。結構的層側向剛度可近似按等效剪切剛度計算 ,即:G0 A0h125、(1a)G1 A1h0 A0 , A1 =Aw + 0 . 12 Ac()1b式中: G0 , G1 分別為地下一層及地上一層的混凝土剪切模量; A0 , A1 分別為地下一層及地上一層豎向結構構件的總折算受剪面積; Aw 為沿計算方向地上一層或地下室范圍地下一層的抗震墻全部有效截面面積; Ac 為地下一層或地上一層的全部柱截面面積; h0 , h1 分別為地下一層及地上一層的層高。(3) 地下室結構范圍可按圖 1 采用。單塔結構無相連裙房時 ,地下室范圍可包括距主體結構較近的地下室外墻;單塔結構和多塔結構有相連裙房時 ,主體結構和裙房應分別符合式(1) 的要求 ,地下室范圍也可包括距主體結構6、較近的地下室外墻。圖 1地下室結構范圍(4) 地下室結構布置應保證地下室頂板及地下室各層樓板有足夠的平面內整體剛度和承載能力 ,能將上部結構的地震作用傳遞到全部地下室結構范圍的抗側力構件。地下室頂板厚度不宜小于 180mm , 混凝土強度等級不應低于 C30 ,應采用雙層雙向配筋 ,每層每個方向配筋率不宜小于0125 % 。地下室頂板不宜采用無梁樓蓋。(5) 裙房與主體結構相連時 , 其嵌固部位應隨同主體結構 ,且應滿足嵌固的有關要求;裙房與主體可采用不同基礎結構 ,但應加強連接 ,保證在地震作用下共16構基本自振周期的水平地震影響系數; GB ,eq同工作。2 嵌固在地下室頂板時的抗震設計要7、求211 地下室 構水平地震作用 算可采用底部剪力法 算地下室 構水平地震作用。作用在無裙房主體 構或有裙房主體 構( 兩者之 不分 ) 地下室底部的 水平地震作用 準 FBk 可按下式 算:FBk = FEk + FB(2a)FB = 1 GB ,eq(2b)GB , i HB , i()()FB , i = nFB2ci = 1 ,2 , , nGB , j HB , jj = 1式中: FEk 上部 構在地下室 部的 水平地震作用 準 ; FB 地下室 構引起的 水平地震作用 準值; 地下室 構水平地震作用降低系數 ,可按表 1 取 ( 參考日本1981 年“建筑基準法”2 ) ;1 上8、部 地下室 構等效 重力荷 ,可取地下室 構 重力荷 代表 的85 % ; FB , i 為層 i 地下室的水平地震作用 準值( 地下室 構的 號由上向下 ) ; GB , i , GB , j 分 集中于地下室 i , j 的重力荷 代表 ; HB , i , HB , j 分 地下室 i , j 至基 的 算高度; n 地下室 數。取值表 1n23401901850180裙房與主體 構之 分開 ,主體 構與裙房地下室的水平地震作用 分 算。上部 構以外范 大的地下室 構 ,如多 的框架 ,可按其受荷范 算地下室 構引起的 水平地震作用 準 ,地震影響系數可取max ,并按地下室 數考 水平9、地震作用降低系數。212 地下室 構構件的內力 地下室 構 j 的地震剪力 準 VB , j 可按下式 算:jVB , j =FEk +i=1FB , i(3) 采用地下室 構的地震剪力 準 算水平地震作用 生的地下室 構構件的內力 準 ; 地下室結構的豎向構件的內力標準值應包括上部結構重力荷 代表 生的效 。213 混凝土 度等 地下室 構構件的混凝土 度等 不低于上部 構相 構件的混凝土 度等 。214 抗震等 地下一 與上部 構的抗震等 相同 ,以下可逐 降低一 ; 于丙 建筑 ,7 度 不宜低于四 ,8 度 不宜低于三 ,9 度 不宜低于二 ; 于乙 建筑 ,6 度 不宜低于四 ,7 10、度 不宜低于三 ,8 度 不宜低于二 ,9 度 研究。除 9 度外 ,上部 構以外范 大的地下室 構可采用三四 。215 框架柱 (1) 地上一 框架柱下端 按相 抗震等 考 柱底部彎矩增大系數 ,地上一 柱的 向配筋 按柱下端的內力 配置 ,避免塑性 由柱端向上 移。(2) 地下室 板 的梁、地下一 柱及外 的彎矩 考 地上一 柱下端在地下室 部屈服引起的作用 ,即內柱:下上( )Myb + 0 . 8 MycMyc4a沿地下室外 的柱( 梁垂直于外 ) :上- Mc()Myb Myc4b():沿地下室外 的柱包括角柱Myc上()Tb = 0 . 8 hw4c式中: M上yc 地上一 柱底截11、面按 配 筋及 力 的抗震正截面承 力; M下yc 地下一 柱截面按 配 筋及 力 的抗震正截面承 力; Myb 地下室 板 , 梁柱 點兩 梁端反 或 方向的 配抗震受彎承 力之和; Mc 地下室外 壁圖 2嵌固在基礎頂部時抗震墻底部加強部位的高度( 下 第27 頁)17得框支層落地墻比較厚 ,框支層實際剛度要大于上部結構。由此可以看出 ,用剪切剛度比控制樓層剛度有一定局限性 ,可能不能反映樓層的真實剛度 ,使框支層設計偏于保守。6 結語工程為在高烈度地震圖 7El Centro 波作用下區設計的超限高層建筑 ,經最大樓層位移過彈性、彈塑性計算分析 ,并采取可靠的技術措施滿足抗震設防要求 ,12、取得了較好的效果 ,目前結構已施工完成。通過工程的設計實踐和分析研究 ,得到以下幾點結論。(1) 超高的底層大空間抗震墻結構 ( 框支剪力墻) ,必須保證框支層的抗震性能 ,工程按剪切剛度比控制 ,轉換層上、下結構剪切剛度比接近 1 。彈塑性分析結果顯示 ,轉換層以下各層剛度較大 ,罕遇地震條件下結構仍基本處于彈性狀態。(2) 按剪切剛度比控制 ,框支層采取加強措施后 ,適當提高分布筋配筋率 ,角部增設型鋼等措施。(4) 框支柱應采取措施提高柱的延性、變形能力。有條件應設計成型鋼混凝土柱。(5) 為降低轉換層位置的高度 , 可采用箱形結構轉換層的方法。當為滿足建筑功能要求 ,需在轉換梁上開較多13、較大的洞時 , 轉換梁可采用型鋼混凝土結構 ,并采用有限元程序進行計算分析。(6) 抗震規范中對框支抗震墻結構的框支層數有一定限制 ,通過本工程的實踐看 ,只要將框支層的承載力、剛度加強 , 使其在罕遇地震條件下仍處于彈性狀態 ,則框支層層數可以適當增加。參 考 文 獻 1 建筑抗震設計規范 ( GBJ11 89) S . 北京: 中國建筑工業出版社 ,1989.2 鋼筋混凝土高層建筑結構設計與施工規程(J GJ3 91) S . 北京:中國建筑工業出版社 ,1991.3 建筑抗震設計規范 ( GB50011 2001) S . 北京: 中國建筑工業出版社 ,2001. 4 高層建筑混凝土結14、構技術規程 (J GJ3 2002 J 186 2002) S . 北京:中國建筑工業出版社 ,2002.薄弱層會上移至轉換層以上 ,設計時轉換層以上相鄰的幾層應該按剪力墻底部加強區處理 ,加強的層數不小于兩到三層。(3) 框支層的剪力墻應采取增加延性的措施 ,如 5 胡慶昌. 建筑結構抗震設計與研究 M . 中國建筑工業出版社 ,1999.6 龔思禮. 建筑抗震設計手冊( 第二板) M . 中國建筑工業出版社 ,2002.( 上接第17 頁)柱或暗柱的平面外受彎承載力 ,暗柱沿外墻長度可取柱寬加2 倍墻厚;Tb 為地下室外墻頂部暗圈梁的拉力; hw 為地下室外墻高度。(3) 地下室頂板梁柱節15、點應按 Myb 驗算核芯區受剪承載力。(4) 與地上一層框架柱相連的地下室各層柱的截面尺寸不應小于地上一層對應的柱截面 ,與地上一層框架柱相連的地下室各層柱的每側縱筋面積不宜少于地上一層對應柱底部每側縱筋面積的111 倍。216 抗震墻設計(1) 抗震墻底部加強部位的高度應從地下室頂板算起 ,部分框支抗震墻結構位于地下室內的框支層不計入規范允許框支層數之內。(2) 與地上一層相連的地下室各層抗震墻的截面件的縱向鋼筋配筋率不應小于地下一層對應的抗震墻。3 嵌固在基礎頂部的抗震設計要求(1) 不能滿足嵌固在地下室頂板的要求時 , 可按嵌固在基礎頂部設計。B 級高度高層建筑不宜嵌固在基礎頂部。(2)16、 不考慮地下室結構水平地震作用降低系數。(3) 地下室結構抗震等級宜按地上結構抗震等級取。地下室內的墻柱截面尺寸、混凝土強度等級及配筋構造不宜低于上部結構相應構件的要求3 。(4) 抗震墻底部加強部位的高度應從基礎頂部算起 ,對框架 - 抗震墻結構、抗震墻結構和筒體結構尚宜高出地下室頂板不少于 2 層 ,對部分框支抗震墻結構尚宜高出框支層不少于 2 層( 圖 2) 。主體結構周邊有相連裙房且裙房為抗震墻結構時 ,宜高出裙房一層。尺寸和邊緣構件的縱向鋼筋配筋率不應小于地上一層參 考文 獻對應的抗震墻; 若地下一層抗震墻的截面尺寸和邊緣 1 建筑抗震設計規范( GB50011 2001) S .構件的縱向鋼筋配筋率大于地上一層對應的抗震墻 2 日本 1981 年“建筑基準法”.時 ,地下二層及以下各層抗震墻的截面尺寸和邊緣構 3 UBC19971163312110 條.27