帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

李從春

(中國建筑西南設(shè)計(jì)研究院,四川成都 610081)

帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

李從春

(中國建筑西南設(shè)計(jì)研究院,四川成都 610081)

以實(shí)際工程為例,對(duì)帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中整體抗震性能進(jìn)行了分析,對(duì)層剛度比、轉(zhuǎn)換層上下結(jié)構(gòu)等效剛度比等參數(shù)進(jìn)行了重點(diǎn)分析,并對(duì)各層地震作用進(jìn)行了對(duì)比分析。通過結(jié)構(gòu)計(jì)算調(diào)整及構(gòu)造措施提高本工程尤其是轉(zhuǎn)換層附近結(jié)構(gòu)抗震性能。

轉(zhuǎn)換層; 層剛度比; 構(gòu)造措施

帶轉(zhuǎn)換層多塔樓高層建筑結(jié)構(gòu)是高層商住樓中常用的一種結(jié)構(gòu)體系。轉(zhuǎn)換層上下結(jié)構(gòu)體系的轉(zhuǎn)變和豎向構(gòu)件的不連續(xù)性,易使轉(zhuǎn)換層附近的剛度和內(nèi)力發(fā)生突變。本文結(jié)合實(shí)際工程對(duì)此種復(fù)雜高層的抗震設(shè)計(jì)談?wù)勛约旱捏w會(huì)。

1 工程概況

成都地區(qū)某工程,26層,結(jié)構(gòu)總高度80m(圖1),一層地下室,底部 4層為大底盤,4層以上為 3個(gè)基本對(duì)稱的等高塔(圖2),塔樓高 22層,采用梁式轉(zhuǎn)換層,轉(zhuǎn)換層位于 4層頂。設(shè)防烈度為7度(0.1g),擬建場地類別Ⅱ類,設(shè)計(jì)地震分組 3組。結(jié)構(gòu)抗震等級(jí):框支柱為特一級(jí),框支框架為一級(jí),底部加強(qiáng)區(qū)剪力墻為一級(jí),非底部加強(qiáng)區(qū)剪力墻為二級(jí)。

圖1 建筑剖面

2 結(jié)構(gòu)計(jì)算與分析

本工程采用SATWE和PMSAP對(duì)本工程進(jìn)行彈性分析,對(duì)單塔和多塔兩種情況下結(jié)構(gòu)的周期、位移、剛度比等整體參數(shù)進(jìn)行了控制,最后結(jié)合兩者計(jì)算結(jié)果進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.1 結(jié)構(gòu)整體參數(shù)計(jì)算與分析

通過對(duì)比可以看出SATWE與PMSAP對(duì)結(jié)構(gòu)整體參數(shù)的計(jì)算結(jié)果基本一致。結(jié)構(gòu)周期比、層間位移角及位移比均滿足規(guī)范要求(表1、表2)。

圖2 結(jié)構(gòu)平面圖

樓層抗側(cè)剛度比和樓層抗剪承載力比是判斷薄弱層的重要指標(biāo),依《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ3-2002) (以下簡稱《高規(guī)》)“對(duì)豎向不規(guī)則的高層結(jié)構(gòu),包括某樓層抗側(cè)剛度小于其上一層的 70%或小于其上相鄰三層側(cè)向剛度平均值的 80%,或結(jié)構(gòu)樓層層間抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的承載力小于其上一層的 80%?！奔礊榻Y(jié)構(gòu)薄弱層。表 3中剛度比即為本層側(cè)移剛度與上一層側(cè)移剛度70%的比值或上三層平均側(cè)移剛度 80%的比值中之較小者,抗剪承載力比即為本層抗剪承載力于上層抗剪承載力之比。從表 3可以看出轉(zhuǎn)換層上下沒有明顯的結(jié)構(gòu)薄弱層。

圖3 轉(zhuǎn)換層上、下等效側(cè)向剛度計(jì)算模型

按照《高規(guī)》附錄E的規(guī)定按圖 3計(jì)算模型對(duì)轉(zhuǎn)換層上下結(jié)構(gòu)等效抗側(cè)剛度比進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算結(jié)果見表 4?？梢钥闯鲛D(zhuǎn)換層上、下結(jié)構(gòu)等效抗側(cè)剛度比滿足規(guī)范要求。

2.2 地震作用對(duì)比分析

為了更好地研究由于轉(zhuǎn)換層上下結(jié)構(gòu)剛度的變化和水平抗側(cè)力體系的變化引起的地震作用的變化,將該結(jié)構(gòu)與對(duì)應(yīng)的剪力墻結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,見圖 4。通過對(duì)比分析可以看出,轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)各層對(duì)應(yīng)的樓層剪力均較剪力墻結(jié)構(gòu)大,轉(zhuǎn)換層以上部分樓層剪力相差較小,轉(zhuǎn)換層及以下部位相差很大,底部剪力增大了 46.3%。通過分析各樓層地震作用不難看出,轉(zhuǎn)換層地震作用發(fā)生了突變,較其他層明顯增大,且下部框支層也明顯較上部樓層大。

轉(zhuǎn)換層附近結(jié)構(gòu)為結(jié)構(gòu)的重要部位,且轉(zhuǎn)換層上下地震作用的變化較大,為此有必要提高轉(zhuǎn)換層附近結(jié)構(gòu)的抗震性能,本工程將轉(zhuǎn)換層及其上一層地震作用放大 1.15倍,提高其抗震承載力。

2.3 動(dòng)力時(shí)程分析

根據(jù)場地地質(zhì)情況,選取與本工程實(shí)際情況相符的兩條實(shí)際強(qiáng)震記錄和一條人工模擬加速度時(shí)程曲線。通過分析可以看出,樓層位移曲線變化平穩(wěn)、在轉(zhuǎn)換層附近無明顯突變。三條時(shí)程分析的最大樓層位移、最大層間位移角、最大樓層剪力及最大樓層彎矩的平均值,均略小于振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果。

3 構(gòu)造措施

轉(zhuǎn)換層及其附近樓層為結(jié)構(gòu)重要部位,且地震作用變化較大,需要提高該區(qū)域的承載力和延性。

3.1 加強(qiáng)框支柱的延性

框支柱的延性與混凝土強(qiáng)度等級(jí)、軸壓比、配箍率、縱筋配筋率有關(guān),為了提高框支柱的承載力和延性,在設(shè)計(jì)中采取以下構(gòu)造措施:

(1)對(duì)框支柱承擔(dān)剪力進(jìn)行調(diào)整。每層框支柱承擔(dān)剪力之和不小于基底剪力的 30%。

(2)混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用C60。

(3)框支柱的軸壓比控制在0.5以內(nèi)。

(4)框支柱縱筋配筋率≥1.6%,體積配箍率≥1.7%,箍筋形式為復(fù)合箍,且全高加密。

3.2 加強(qiáng)轉(zhuǎn)換層構(gòu)造措施

轉(zhuǎn)換層梁、板混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用 C60,轉(zhuǎn)換層板厚取180mm,雙層雙向配筋,配筋率為 0.30%。轉(zhuǎn)換梁箍筋全長加密。轉(zhuǎn)換層上、下層樓板厚度取 150mm,雙層雙向配筋。

3.3 加強(qiáng)轉(zhuǎn)換層上部墻體構(gòu)造措施

與轉(zhuǎn)換梁相近的上部剪力墻參與轉(zhuǎn)換梁共同作用,同時(shí)將分擔(dān)轉(zhuǎn)換梁的部分內(nèi)力。本工程對(duì)轉(zhuǎn)換層以上 3層剪力墻混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用 C60,并按一級(jí)加強(qiáng)抗震措施。

圖4 轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)與剪力墻結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果對(duì)比

4 體 會(huì)

(1)對(duì)于多塔結(jié)構(gòu)應(yīng)注意單塔模型和多塔模型雙重控制,分析轉(zhuǎn)換層附近結(jié)構(gòu)剛度變化及地震作用變化,注意結(jié)構(gòu)重要部位的加強(qiáng)處理。

(2)對(duì)結(jié)構(gòu)的重要部位和薄弱部位應(yīng)從計(jì)算調(diào)整和構(gòu)造措施兩方面進(jìn)行加強(qiáng),保證其有足夠的承載力和延性要求。

TU352.1

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2010-04-08