1、談高層建筑高位轉換框支剪力墻結構設計摘 要:本文介紹了高層建筑的高位轉換框支剪力墻結構體系, 闡述了該類超限工程的性能設計、抗震措施等設計流程, 對同類工程結構抗震設計具有一定的指導意義。 關鍵詞: 高層建筑, 高位轉換, 框支剪力墻中圖分類號：TU208文獻標識碼： A1. 工程概況1.1 建筑介紹本文介紹廣東的項目案例,工程地下6層, 地上47 層, 1 層9 層裙樓為商業層, 其中9 層為轉換層, 層高8 m,10 層為架空層, 層高5. 6 m, 11 層以上為標準層, 層高3. 3 m。房屋總高H 約173. 2 m。1.2 結構體系及布置裙樓東面和北面布置了大截面剪力墻, 其中西南
2、角和東北角、東南角墻體圍閉成四個筒體, 形成中部大核心筒和四周四個小筒體及部分Y 向剪力墻的抗側力體系, 框支柱采用鋼管混凝土柱, 轉換層板厚取300, 轉換梁及剪力墻底部加強區部分采用型鋼混凝土的結構形式( 見圖1, 圖2) 。圖1裙褲結構平面圖圖2標準層結構平面圖1.3 結構不規則及超限項目判斷1) 平面不規則: 根據satw e 模型分析, 考慮偶然偏心地震作用時, 裙樓樓層最大位移比為1.34( 9 層Y 向) , 相應層間位移角為1/ 2 544; 10 層以上主樓樓層最大位移比為1. 30( 10 層Y 向) , 相應層間位移角為1/ 1 113。按照DBJ/ T 15- 46-
3、2005 廣東省高層建筑混凝土結構技術規程補充規定, 為 類扭轉不規則結構。2) 豎向尺寸突變: 本工程9 層以上收進部位到室外地面的高度與建筑高度之比大于0. 2, 上部樓層收進后的水平尺寸為下部樓層水平尺寸的44%91%( Y 向) 和65%( X 向) 。超過JGJ 3- 2002 高層建筑混凝土結構技術規程4. 4.5 條要求, 屬尺寸突變。3) 結構高度: 根據JGJ 3- 2002 高層建筑混凝土結構技術規程, 7 度區B 級高度鋼筋混凝土高層建筑部分框支剪力墻結構體系的最大適用高度為120 m; 本工程總高約為171. 20 m, 高度超出該限值43%。4) 高位轉換。2. 抗震
4、性能目標本工程多項超限, 故將輔以基于性能的設計方法來評價結構在偶遇地震和罕遇地震下的性能。1) 性能目標的設定。綜合考慮超高程度和不規則程度, 本工程選用性能目標C 作為結構抗震設防的性能目標。即: 小震下滿足性能水準1 的要求, 中震滿足性能水準2 的要求, 大震下滿足性能水準3 的要求。2) 構件延性控制。本工程重要構件均可滿足中震彈性要求, 其彈性剪應力水平皆控制在0.2f ck 以內( 部分剪應力較大的構件, 加入型鋼輔助抗剪) 。3. 結構計算分析1) 在彈性階段, 使用SATWE, ETABS, MIDAS 三種力學軟件對結構體系進行分析; 并對結構進行彈性動力時程分析, 求得結
5、構的周期比、位移比、位移角、抗側剛度等總體指標滿足相關規范要求。2) 彈塑性階段, 采用PUSH-OVER 和EPDA, 選取合適的三條地震波對未配置鋼骨的結構體系作彈塑性分析, 結果顯示結構在完成罕遇地震彈塑性分析后, 塑性鉸主要出現在剪力墻連梁上, 這些連梁起到了很好的耗能作用; 框支柱和框支梁沒有出現塑性鉸, 底部加強區剪力墻絕大多數未出現塑性鉸, 有周邊個別剪力墻出現受拉裂縫, 滿足基本不屈服且不剪切破壞的性能目標; 裙樓落地剪力墻多數未出現塑性鉸, 滿足基本不屈服目標。4. 抗震加強措施1) 通過幾種程序分析, 本工程薄弱層極有可能出現在轉換層及其上一層, 故設計時著重加強這兩層的抗
6、震構造, 主要采用以下幾點: a. 采用/ 框支框架) 落地剪力墻和筒體0 的結構體系, 框支框架、主樓范圍內的剪力墻底部加強區的抗震等級提高至特一級; b. 框支柱擬全部采用鋼管混凝土柱, 框支梁部分采用型鋼混凝土梁, 落地核心筒和剪力墻底部加強區暗柱或加型鋼或加芯柱。2) 由于塔樓和裙樓的質心偏心距約為16 m, 占裙樓相應方向長度的15%, 故設計時, 利用主樓周邊四個筒體及部分Y 向剪力墻等, 為裙樓提供了相當大的抗側剛度, 吸引了大量的地震荷載。同時出于對框支柱安全度考慮, 按5高層建筑混凝土結構技術規程68.1.4 條和10.2.7 條, 裙樓柱承受的剪力按總基底剪力的20%調整(
7、 其中框支柱則按30%) 。轉換層板厚按300, 其上下各兩層的板厚加厚至150, 配筋雙層雙向布置, 轉換梁之間通過較強次梁連接, 加強其整體性。3) 轉換層的框支梁作為拉彎構件設計, 設計中轉換層樓板采用彈性膜模擬, 以考慮轉換梁中軸力的不利影響。本工程框支梁上剪力墻有部分偏置, 設計中采用“沿框支梁軸線附加扭矩進行計算”和“在正交方向增設較強的次梁”等方法來解決。4) 控制框支柱、框支梁、核心筒剪力墻、落地剪力墻及剪力墻底部加強區在罕遇地震作用下的彈性剪應力水平不大于0. 2f ck。適當提高剪力墻底部加強部位( - 1 層至轉換上三層) 的配筋率至0. 6% 1. 2%, 或通過加設型
8、鋼斜撐等以確保其在罕遇地震時不出現剪切破壞。5) 按中震彈性設計對框支柱、框支梁、核心筒剪力墻、落地剪力墻及剪力墻底部加強區進行強度設計, 以確保結構在中震時完好或無損傷構件; 按中震不屈服及小震彈性分析結果的大者,控制其余構件在地震作用下基本不屈服, 部分選定構件屈服但可修。5. 運用ABAQUS 對結構進行最終驗證通過ABAQUS 模型分析, 得到的結構塑性發展形態基本與此前分析結果吻合。結果顯示:1) 由于結構彈性剛度富余較大, 罕遇地震人工波作用下結構層間位移角較小, 滿足/ 大震不倒0 的基本要求; 2) 轉換層上層的5. 5 m 層高對結構位移角曲線有較明顯影響, 該層底部剪力墻有
9、個別墻肢開裂, 但未出現混凝土壓碎狀況; 3) 高位轉換層是本結構最為關鍵的部位, 雖已采用了中震彈性及局部設置鋼骨等措施, 但仍有個別轉換梁出現損傷, 還需繼續補充鋼骨; 4) 轉換層及其以下核心筒剪力墻由于采用了中震彈性配筋和局部添加鋼骨,暗撐等措施, 抗震性能較好, 但與轉換梁相連位置的角部有局部開裂, 需重新予以加強; 5) 鋼管混凝土框支柱除頂部和底部開裂外, 未出現混凝土受壓損傷和鋼筋塑性應變, 抗震性能良好; 6) 高位轉換層厚板在靠近西南角和東南角剪力墻筒體附近應力集中現象非常明顯, 本工程采用了300 厚的樓板和三層雙向配筋收到良好的效果, 基本沒有出現樓板壓碎, 有效保證了
10、地震力從上部剪力墻向下部各核心筒的傳遞。6. 結語1) 必須重視轉換層樓板剛度的重要性, 特別是復雜高層的高位轉換, 上部結構的水平剪力只有通過具有足夠剛度的轉換層樓板, 才能較好地傳遞給框支層。2) 對于高位轉換結構, 轉換層及其上一層一般情況下皆為結構的薄弱層, 最大位移角及最大內力突變都出現在這里, 設計時應重點加強此兩層, 保證其具有足夠的剛度和承載力。3) 高位轉換結構, 轉換層以下框支結構的側向剛度不能過小, 方可保證轉換層上下位移角及剪力突變不致太大。這也是保證結構在罕遇地震下實現/ 大震不倒0 目標的重要措施。參考文獻:1 JGJ 3- 2002, 高層建筑混凝土結構技術規程 S .2 DBJ/ T 15- 46- 2005, 廣東省高層建筑混凝土結構技術規程補充規定 S .
全部分類
標準檢索
招標公告
免費下載資料庫
10000份+資源包
千萬vip文檔暢享下載
下載文檔文件編輯即用
網站精選百萬好案
百萬工程地產工作者都在用
微信掃一掃登錄
