某超限高层结构与设计
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深圳某高层住宅超限结构抗震设计摘要:深圳某高层住宅为部分框支剪力墙结构体系,结构主体高度148.50m,属于高度超限的特别不规则高层建筑工程。
简要介绍了结构体系、超限情况及抗震性能目标。
并采用YJK、ETABS、SAUSAGE等软件,对结构进行小震反应谱分析、小震弹性时程分析、中震反应谱分析和大震弹塑性分析。
并对结构的转换层及楼板弱连接部位进行复核。
分析结果表明,该结构满足抗震性能目标设定的在指定地面运动下的各项抗震性能水准要求。
关键词:超限高层;抗震性能设计;弹塑性分析;转换层;楼板弱连接1 工程概况本工程总建筑面积106817平方米,地下4层,地上部分设有3栋塔楼,彼此独立,无大面积裙房连系,其中2号楼为超高层住宅塔楼,地上48层,地下4层,在15层和32层设置避难层,塔楼高度148.50m。
结构设计使用年限为50年,结构安全等级为二级。
抗震设防类别为丙类,设计地震分组为第一组,场地类别为Ⅱ类,抗震设防烈度为7度(0.10g),特征周期为0.35s。
基本风压为0.75kN/m2(承载力计算取0.825 kN/m2),地面粗糙度为D类。
2 结构体系与超限情况2.1 结构体系由于建筑的住宅属性,塔楼在六层楼面设置转换层,采用部分框支剪力墙结构体系。
塔楼平面为L形,标准层平面布置示意见图1。
底部加强区的剪力墙厚度200~1000mm,非底部加强区的剪力墙厚度200~500mm,框架(支)柱尺寸(400~2200mm)x(400~2200mm),框支梁尺寸(800~1500mm)x2000mm,框架梁尺寸(200~800mm)x(400~2000mm)。
墙柱混凝土强度等级自下而上从C60渐变到C30。
2.2 超限情况根据《高规》JGJ3-2010[1]及《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》[2]判定,该结构存在以下超限项次:(1)7度设防烈度下B级高度部分框支剪力墙建筑的最大适用高度为120m,本栋结构高度148.50m,超B级高度23.75%;(2)结构X向位移比大于1.2,不大于1.4;Y向位移比大于1.4,小于1.6,属于扭转偏大;(3)标准层开洞面积约为总面积的7%,小于30%,开洞后Y向楼板有效宽度为2.000+1.595=3.595m,小于5m,因此塔楼存在楼板不连续;(4)平面布置中在Y方向凹凸处两侧尺寸投影大于该方向平面总尺寸的30%,因此塔楼存在凹凸不规则;(5)在6层楼面设置转换层,因此存在构件间断;(6)在二~四层存在局部穿层柱,因此存在局部不规则。
广州某高层住宅超限高层结构设计随着城市人口的不断增长和土地资源的日益紧张,高层住宅成为解决居住问题的重要选择。
然而,当建筑高度超过一定限度时,结构设计就面临着诸多难题和挑战。
首先,让我们来看看该项目的基本情况。
这是一座位于广州市中心的高层住宅,总高度超过了规范规定的限值,属于超限高层结构。
建筑主体采用了框架剪力墙结构体系,以确保结构的稳定性和抗震性能。
在结构设计过程中,抗震设计是至关重要的一环。
广州地处地震多发区,因此必须充分考虑地震作用对建筑结构的影响。
通过对场地地震安全性的评估,确定了合理的地震动参数。
同时,采用了多种抗震分析方法,如反应谱分析、时程分析等,对结构在地震作用下的响应进行了详细的计算和评估。
为了提高结构的抗震性能,采取了一系列的措施。
剪力墙的布置经过了精心优化,不仅保证了结构的整体刚度,还有效地控制了结构的扭转效应。
框架柱和梁的截面尺寸和配筋也经过了严格的计算和设计,以满足承载能力和变形要求。
除了抗震设计,风荷载也是不可忽视的因素。
广州地区常年受到季风的影响,风荷载较大。
通过风洞试验和数值模拟,确定了建筑表面的风压力分布,并据此进行了结构的抗风设计。
在设计中,加强了建筑的外围结构,提高了其抗风能力,确保在大风天气下结构的安全和稳定。
在基础设计方面,由于建筑高度较高,上部结构传递给基础的荷载较大。
经过对地质条件的详细勘察和分析,选用了合适的基础形式,如桩基础或筏板基础,以保证基础能够承受上部结构的荷载,并有效地控制基础的沉降。
在材料的选择上,使用了高强度的钢材和高性能的混凝土,以提高结构的强度和耐久性。
同时,对钢材和混凝土的质量进行了严格的控制和检测,确保材料的性能符合设计要求。
在结构计算和分析中,采用了先进的计算机软件和技术。
这些软件能够准确地模拟结构在各种荷载作用下的力学行为,为设计提供可靠的依据。
然而,软件计算结果并不是唯一的依据,还需要结合工程经验和规范要求进行综合判断和分析。
某超限高层建筑塔楼结构设计介绍摘要:本文所介绍塔楼建筑物主体高度250m,核心筒部分及屋顶钢架高度升至280m,高宽比为7.7,属超b级高层建筑,针对本工程的具体特点,文章着重论述了结构设计的策略。
分别采用etabs 和satwe软件对结构进行了弹性小震场地谱、规范谱分析、时程分析、中震不屈服分析、静力弹塑性分析,通过对计算结果的分析比较,证明结构设计成功解决了结构超限问题,结构设计是安全可靠的。
本文的有关方法和结论可为相关工程提供参考。
关键词:超高层;钢管混凝土叠合柱;动力弹塑性分析;时程分析;设计中图分类号:tu398 文献标识码:a 文章编号:1 工程概况本文介绍的为深圳某超高层塔楼建筑面积108937(不含避难层)m2,主要包括办公用途,建筑物主体高度250m,核心筒部分及屋顶钢架高度升至280 m(超b级),高宽比为7.7,地上部分65层。
工程的结构设计基准期为50年,塔楼的安全等级为二级,抗震设防烈度为7度,场地特征周期为0.35s,基本地震加速度为0.1g,建筑场地类别为ii 类,抗震设防类别为丙类,设计地震分组为一组。
2 结构设计策略由于本工程地处深圳市,该地区的特点为:风荷载大、地震作用相对较小,因此提高结构的抗侧刚度是结构设计的关键。
根据以上特点和建筑功能的要求,钢筋混凝土框架-核心筒结构体系是一种经济可行的结构体系。
作者在结构初步设计阶段也曾对该塔楼采用了钢-混凝土混合结构体系,由于钢梁的刚度仅为同高度的混凝土梁的30%左右,计算结果表明,混合结构体系很难满足规范对结构的刚度要求,若要满足要求,则必须设置2~3个加强层,这样将带来结构受力的复杂性和设备层使用的不便性。
因此,本塔楼采用钢筋混凝土框架-核心筒结构体系。
由于核心筒高宽比较大(比值为18.7),如何充分发挥核心筒的抗侧效率工程面临的一个挑战,在设计中通过加厚外围墙体厚度(即筒体翼缘墙体的厚度),以使核心筒获得较大的抗侧刚度,筒体翼缘墙体的厚度随着建筑高度增加逐渐减小(核心筒墙体厚度由1300mm逐渐变化到400mm厚),以获得较大的使用空间。
某超限高层住宅结构设计一、项目概况本项目位于城市中心繁华地段,总建筑面积约为_____平方米,地上_____层,地下_____层。
建筑高度为_____米,属于超限高层住宅。
该建筑主要功能为住宅,同时配备有商业、物业管理等附属设施。
二、结构选型1、结构体系综合考虑建筑的使用功能、高度、抗震设防要求等因素,本项目采用了钢筋混凝土剪力墙结构体系。
剪力墙作为主要的抗侧力构件,能够提供较大的侧向刚度,有效地抵抗水平地震作用和风荷载。
2、基础形式根据地质勘察报告,采用桩筏基础。
桩型选择为钻孔灌注桩,以确保基础具有足够的承载能力和稳定性。
三、计算分析1、地震作用分析按照现行的抗震设计规范,采用反应谱法进行地震作用分析。
考虑了多遇地震和罕遇地震两种工况,计算结构在地震作用下的内力和变形。
2、风荷载作用分析根据当地的气象资料,确定基本风压值。
采用风洞试验和数值模拟相结合的方法,分析结构在风荷载作用下的响应。
3、结构整体性能分析通过计算分析,评估结构的自振周期、振型、位移比、剪重比等整体性能指标,确保结构满足规范要求。
四、超限情况及应对措施1、高度超限本项目建筑高度超过了规范规定的限值。
为解决这一问题,采取了以下措施:提高剪力墙的抗震等级,增加剪力墙的配筋。
加强底部加强区的设计,增大墙厚和配筋率。
2、扭转不规则由于建筑平面布置的不规则性,导致结构存在扭转不规则的情况。
采取的措施包括:调整剪力墙的布置,使结构的质心和刚心尽量重合,减小扭转效应。
对周边构件进行加强,提高其抗扭能力。
3、楼板不连续在建筑的某些部位,楼板存在大开洞或局部缺失的情况,造成楼板不连续。
针对这一问题,采取了以下处理方法:对开洞周边的楼板进行加厚,并提高配筋率。
采用弹性楼板假定进行计算分析,准确考虑楼板变形对结构内力的影响。
五、构造加强措施1、剪力墙边缘构件按照规范要求,严格控制剪力墙边缘构件的配筋,确保其具有足够的延性和承载能力。
2、连梁设计合理设计连梁的截面尺寸和配筋,使其在地震作用下能够有效地耗能,同时保证连梁的承载能力。
某超限高层住宅结构设计摘要:该项目为110米框支剪力墙结构的超限高层住宅,采用satwe及midas building进行弹性时程分析,采用push&epda进行大震下的推覆分析,同时用midas gen进行了楼板的应力分析。
通过分析得出结构能满足抗震性能设计的要求,可供同类工程参考。
关键词:超限高层;框支剪力墙结构;时程分析;弹塑性分析中图分类号:1 工程概况本工程位于深圳市南山区,总用地面积约2.4万平方米,总建筑面积为12.6万平方米,由两栋25层的高层住宅和三栋32层的高层住宅组成。
由于该项目场地为山地且微风化岩石面较浅,a、b、c座无全埋地下室,嵌固端取在基础面,建筑的结构计算高度为110.3米。
本文以c座为例进行介绍(图1)。
结构设计使用年限为50年,安全等级为二级,结构重要性系数γ。
= 1.0,抗震设防类别为丙类,所在地区抗震设防烈度为7度,设计地震分组为第一组,基本加速度值为0.10g,50年一遇基本风压0.75kn/m2,地面粗糙度类别为c类。
2 抗侧力及竖向承重体系结构为底部大空间部分钢筋混凝土框支剪力墙结构体系。
根据建筑功能要求并结合结构受力的需要,利用电梯井、楼梯间设置筒体剪力墙,标准层墙厚为 200~300mm,转换层周边等局部位置设落地剪力墙,其它位置均为框支墙柱转换墙体,以满足建筑对裙楼及地下室设计大空间的要求。
为减少转换层的上、下层刚度突变,通过计算分析,落地剪力墙及筒体厚度一般在400mm左右,局部设200~600mm厚的墙体。
转换层布置见图2。
3 超限判定依据《高规》(jgj3-2010)及《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》(建质[2010]109号)规定:1)高度超限:7度区的钢筋混凝土部分框支抗震墙结构超过100米时为超限高层建筑,本塔楼结构计算高度为110.35m,超过限制;2)扭转不规则:较多层考虑偶然偏心的扭转位移比大于1.2;综上所述,本工程为超限的复杂高层建筑,应进行超限抗震专项审查。
某超限高层住宅剪力墙结构设计与抗震分析摘要:在超高层住宅建筑中,剪力墙结构为其主要的结构形式。
合理布置剪力墙,能够使超高层建筑具有更强的抗震性、舒适性和安全可靠性。
一般对于建筑高度100m以内的建筑,剪力墙布置较为简单,主要是根据建筑所需的内外墙布置,适当将这些砌体墙在合适的位置改成剪力墙,既满足建筑功能又满足结构安全需要即可。
但对于超高层建筑,尤其超限高层,由于建设方追求户型的品质,结构高宽比远大于规范值,又要求户内剪力墙尽量的薄,这就给我们结构设计带来很大的挑战。
下面就以武汉绿城·黄浦湾项目1#楼为实例介绍一下超高层住宅结构剪力墙设计及抗震分析的一些经验。
关键词:超限高层、性能目标、剪力墙、弹塑性时程1、工程概况武汉绿城·黄浦湾项目坐落武汉江岸区二七滨江商务区。
项目总占地面积47954平方米,拟建建筑面积384674平米,其中地上建筑面积279997㎡,地下建筑面积88997㎡;综合容积率5.84。
拟建建筑含6栋169.9米的超高层;3栋140米超高层;2栋100米以下高层。
本工程 1#楼地下二层,地上层数为 51 层,房屋高度为 169.90m,建筑面积24914m2,为钢筋混凝土剪力墙结构,属于 B 级高度建筑,按《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》(2015 版)要求须进行结构抗震专项审查。
1#楼超限情况见下表:2、结构布置及设计理念1#楼结构标准层布置根据上图及结构超限统计表格可以看出,本工程建筑高度169.9m,接近《高层建筑混凝土结构技术规程》 (JGJ3-2010)中对6度区B级剪力墙结构高度限值(170m),结构等效高宽比8.6,超规范限值(规范限值)约45%,且该建筑位于长江边,按规范地面粗糙度取B类,风荷载较大,结构层间位移角受风荷载控制。
本工程属于江景豪宅,建筑开间较大,且要求户内剪力墙不能做的太厚(厚度不大于300mm为宜)。
为了满足建筑功能又能满足结构计算指标的要求,本工程设计时,在剪力墙布置方面采取以下措施:(1),建筑四周剪力墙加厚,按400~500mm控制,增强结构整体抗扭及抗侧能力,以满足规范位移比、位移角及刚重比等要求;(2),建筑图中A轴与M轴面需要大开间,不能设置较长的横向墙肢,为解决结构抗侧刚度不足问题,跟建筑专业协商,在阳台部位将剪力墙加厚,形成一个大端柱带一段墙肢的结构型式,既增加结构抗侧刚度,又能减小户内剪力墙厚度。
广州市某超限高层住宅结构设计摘要:本文介绍广州市一超限高层住宅的结构选型、静力分析以及对结构分析的结果进行归纳和比较,同时对结构在大震作用下进行静力弹塑性推覆分析,根据推覆分析结果对关键构件采取加强措施,保证结构安全。
关键字:超限高层静力弹塑性分析 pushover一、工程概况本工程位于广州市海珠区,总用地面积为9629平方米,地面基本平整,设计为高档住宅小区,该栋为61层的超高层住宅(a1栋)、地下3层,地上61层,建筑总高度199.70米,十四层、三十一层、四十七层为避难层,建筑物高宽比为5.7 。
二、结构选型本工程根据标准层为高档住宅,采用全剪力墙结构,剪力墙作双向布置。
局部剪力墙在地下室转换,这样既满足地下车库、首层架空的需要,同时满足上部住宅房间内墙柱不突出墙面的要求。
基础选型:根据工程地质勘察报告及本工程三层地下室的结构特点,基础采用基岩上的天然地基,持力层为中风化泥岩,土层承载力特征值fak≥2200kpa。
抗浮问题:本工程地下三层底板面标高为-12.5m,局部地下室局部柱仅靠自重及覆土重无法平衡丰水期地下水浮力,采用抗拔锚杆满足抗浮要求及减少底板跨度。
竖向构件尺寸:剪力墙(核心筒除外)从地下室至首层厚度为500~600mm,二层以上厚度为600~200mm。
核心筒从地下室至八层厚度为 800mm。
九层以上厚度为600~300mm。
地下室外壁:500~300mm。
楼盖结构体系:地下室底板采用平板式布置,板厚h=1000mm;地下一、二层楼盖结构采用平板式布置,h=400mm;地下室顶板(首层)结构采用梁板式布置,板厚h=200mm;二~六十一层楼盖结构采用梁板体系,板厚h=100mm~240 mm;天面层楼盖结构采用梁板体系,板厚h=120mm~240mm。
三、超限类型及采取措施超限类型:本工程高度超过《高层建筑混凝土结构技术规程>(jgj3-2002)》表4.2.2-2中关于全部落地剪力墙结构体系b级高度的要求,也超过《广东省实施(jgj3-2002)补充规定》附件的表1中关于全部落地剪力墙结构最大适用高度的要求。
文章编号:100926825(2007)0820068202某超限高层的结构设计收稿日期6223作者简介陈桂宝(2),男,工程师,一级注册结构师,北京中铁工建筑工程设计院,北京 53陈桂宝摘 要:对超限高层的设计过程及超限情况进行了分析,并针对不同方面的超限程度分别提出了切实可靠的解决方法,通过对结构方案调整过程中不同结构方案对应计算结果的比较,充分体现出概念设计的重要性。
关键词:超限高层,重力二阶效应,时程分析,概念设计中图分类号:TU318文献标识码:A1 工程概况该高层为交通银行兰州分行营业办公楼,位于兰州市城关区南关什字东南侧,北临庆阳路,地下2层,地上15层,地下1层为车库,地下2层为金库,战时为一般人员掩蔽所,抗力等级为六级,地上为办公楼。
房屋建筑总高度为90.650m ,总建筑面积为11996m 2。
该工程按建筑设防分类为A 级丙类建筑,抗震设防烈度8度,设计基本地震加速度为0.2g ,设计地震分组为第二组,建筑场地类别为Ⅱ类,场地的卓越周期为0.4s ,水平地震影响系数的最大值为0.16。
结构设计使用年限为50年,建筑物安全等级为二级,地面粗糙度为C 类。
因为该高层建筑高度较高且宽度较薄,属对风荷载比较敏感的建筑,所以基本风压按100年重现期的风压值采用W 0=0.35kN/m 2。
地基基础设计等级为乙级,地下室防水等级为二级。
2 规则性分析该建筑物平面呈鱼体形,二层(标高19m)以上,内收为弧形。
地下2层,基础埋深为-8.80m 。
地上15层平面长度为(直线)69.908m ,宽度为(直线)21.815m ,结构总高度为(室内外高差1.050m)90.650m 。
对弧形平面,验算结构高宽比时平面宽度如何取值,高规无明确的规定,各设计单位的取法也不尽相同,经与本院总工研究及咨询专家最后统一意见为:取弧形平面宽度加房屋弧弦长一半计算,即B =10.45+5.35=16.80m ,高宽比70.6/16.8=4.2>4。
文章编号:1009-6825(2012)22-0051-03某超限高层结构分析与设计收稿日期:2012-06-04作者简介:李志刚(1973-),男,高级工程师李志刚林元庆章少华(中国核电工程有限公司郑州分公司,河南郑州450052)摘要:介绍了某超限高层结构的抗震分析与设计方法,针对该超限结构,在分析与设计中采取了抗震性能设计方法和比现行规范更为严格的抗震措施;同时重点介绍了双向密肋空腔楼盖分析与设计的重点和难点;对本工程关键部位如型钢混凝土梁柱节点采取精细化空间设计方法,制定严格的施工控制措施,以确保该结构达到预期的抗震性能设计目标和规范要求。
关键词:超限高层,抗震性能设计,框架—核心筒结构,双向密肋空腔楼盖,节点三维空间精细设计中图分类号:TU972文献标识码:A1工程概况郑州新东站升龙站前广场位于郑州市商鼎路与东风东路交叉口,其中B-14地块由两栋超高层5A 甲级写字楼及附属商业组成,本文主要介绍两栋超高层建筑中较复杂的B 塔,该结构主体高度147.950m ,地下3层,地上36层,结构顶设停机坪,其顶标高为155.0m ,地下3层为停车库,1层 5层为商业,6层以上为办公,其中6层及22层为避难层;该结构建筑标准层平面图见图1。
图1标准层建筑平面布置图3-538507375×29600×47375×243507175038507375×29600×47375×243507175027001550127506950×21265015502700424004250127506950×2126504250393003-73-83-93-113-133-143-153-163-53-73-83-93-113-133-143-153-163-E 3-D 3-C 3-B 3-A3-E 3-D 3-C 3-B 3-A建筑结构的安全等级为二级,结构设计使用年限为50年。
工程抗震设防类别为丙类,抗震设防烈度为7度,设计地震分组为第一组,设计基本地震加速度值为0.15g ;建筑场地类别为Ⅲ类,100年重现期的基本风压值为0.50kN /m 2,地面粗糙度为C 类。
2结构体系该塔楼采用框架—核心筒结构体系,其抗侧力体系由钢筋混凝土核心筒和外框架组成,结构楼盖采用双向密肋空腔楼盖,其楼盖外围为明框梁,内部由厚度450mm 的双向密肋空腔楼板及暗梁组成,双向密肋空腔楼板厚度450mm ,上下层板厚60mm ,空腔厚度330mm (见图2);商业采用框架结构,与塔楼设缝分开。
肋梁宽150肋梁宽150箱体模盒框架暗梁宽800~10006033060450≈500图2双向密肋空腔楼板剖面示意图3地基基础本工程塔楼地基基础为桩筏基础,桩基采用钻(冲)孔灌注桩,桩径800mm ,有效桩长为33m 和39m ,桩端持力层为第 瑏瑣层粉质粘土;为了提高单桩承载力和控制桩底沉渣厚度,采用桩端后压浆技术,压浆后单桩承载力特征值不小于6150kN ,典型筏板厚度为2700mm 。
4结构超限情况及设计对策本工程B 塔结构主体高度147.950m ,超过规范A 级高度高层建筑最大适用高度130m 的限值;建筑标准层平面见图1;结构在平面规则性上,考虑偶然偏心规定的水平力作用下,楼层的最大弹性水平位移和层间位移与该楼层平均值的比值在Y 方向上最大为1.30,大于1.20的限值,属于扭转不规则结构;在竖向规则性上,属于竖向规则结构;本工程属于超限高层。
针对本工程存在的超限情况,采取了如下主要设计对策:1)采用不少于两个不同的力学模型,并对其计算结果进行分析对比;2)对该结构进行弹性时程分析,对其结果进行分析比较,用以补充反应谱法的计算结果;3)对结构关键部位和构件按性能目标进行设计(性能目标见表1);4)对该结构进行大震下动力弹塑性时程分析,以确保结构实现“大震不倒”的抗震设防目标;5)结构底部部分楼层框架柱采用型钢混凝土柱,以提高框架柱的承载力和延性;6)双向密肋空腔楼盖采用有限元分析方法,其上下层板及肋梁根据有限元分析结果进行设计。
表1性能目标地震水准多遇地震设防烈度地震预估的罕遇地震层间位移角限值1/800—1/100核心筒墙体按规范要求设计,保持弹性底部加强部位抗剪弹性,抗弯不屈服底部加强部位满足抗剪截面控制条件核心筒连梁按规范要求设计,保持弹性允许出现抗弯屈服,不出现抗剪屈服允许破坏主楼框架柱按规范要求设计,保持弹性底部加强部位抗剪弹性,抗弯不屈服底部加强部位满足抗剪截面控制条件主楼框架梁按规范要求设计,保持弹性允许出现抗弯屈服,不出现抗剪屈服允许破坏5结构分析结构分析主要采用PMSAP 和ETABS 软件进行整体计算分析和比较,同时为了详细分析双向密肋空腔楼盖的受力特性以及在结构整体中的作用,在结构分析中还采用了MIDAS 软件专门针对双向密肋空腔楼盖进行有限元分析,结构计算模型、软件及主要用途见表2,结构计算模型如图3所示。
5.1小震弹性分析主要结果小震下PMSAP 和ETABS 计算的前六阶周期如表3所示,PM-SAP 计算的结构总质量为253655t ,ETABS 计算的结构总质量为254600t ;两种软件计算的结构周期比分别为0.846和0.847,满足规范不大于0.85的要求,结构具有较好的抗扭刚度;结构各楼·15·第38卷第22期2012年8月山西建筑SHANXIARCHITECTUREVol.38No.22Aug.2012层的层间位移角均满足规范的限值要求,结构X 向及Y 向的刚重比分别为4.66和3.52,满足规范的要求,同时可以不考虑重力二阶效应的影响。
本工程小震下的弹性时程分析,共选取了2组天然地震波和1组人工模拟地震波,其水平向对应的加速度峰值取55cm /s 2,双向输入分析,弹性时程分析结果表明:反应谱得到的楼层剪力在结构上部局部楼层略小于时程分析得到的楼层剪力平均值,反应谱法对高振型的影响考虑不够,在计算时对上部楼层的地震剪力适当放大,采用反应谱法计算的结果与时程分析法结果基本吻合,反应谱法能较好地反映该结构的地震响应。
表2计算模型编号计算程序主要用途模型1PMSAP 结构整体分析及计算模型2ETABS 对模型1整体计算结果的对比及分析模型3MIDAS双向密肋空腔楼盖的有限元分析图3结构计算模型a )PMSAP 模型b )ETABS 模型表3结构前六阶周期计算软件前六阶周期T 1T 2T 3T 4T 5T 6PMSAP 3.47303.15942.94091.02960.96840.9073ETABS 3.27422.80782.77320.90700.89610.8363形态XY扭转X扭转Y5.2中震及大震分析主要结果中震计算时的水平地震影响系数最大值取αmax 中震=0.34,其计算结果与小震相比,底部加强部位部分核芯筒剪力墙配筋由中震控制,部分框架柱抗剪配筋由中震控制,其承载力能满足中震的性能目标要求。
结构大震动力弹塑性分析结果表明,主要抗侧力构件没有发生严重破坏,多数连梁屈服耗能,大部分框架梁参与塑性耗能,大震下,其筒体剪力墙满足抗剪弹性的目标要求,未出现剪切型损伤,少量角部混凝土受压出现裂缝,核芯筒大震下的应力及损伤见图4,图5,框架柱未出现剪切型损伤,结构最大层间弹塑性位移角满足规范的要求,能实现结构大震不倒的目标。
图4剪力墙混凝土受压的应变等级图a )地震输入6sb )地震输入24s6双向密肋空腔楼盖的特点、结构分析与设计双向密肋空腔楼盖(楼盖1)是本工程分析与设计的重点与难点,也是建筑使用和销售亮点,楼盖为顶板、密肋梁及底板组成的整体空间结构(见图2,图6),与同一结构体系普通钢筋混凝土梁板楼盖(楼盖2)及钢梁混凝土楼板楼盖(楼盖3)相比具有以下几个特点:1)楼盖1外围框架布置(包括柱距及梁格布置)更为随意,同时可避免出现因核心筒墙体与外围框架柱无法对齐而出现大量斜拉梁和连梁平面外搭梁情况,提供更大的结构净高;2)楼盖作为空间整体参与结构受力,为结构提供更为适中抗侧刚度,框架与核心筒间传力更为均匀、直接、有效,避免出现剪力墙面外承受巨大弯矩而对结构抗震不利情况。
针对楼盖1以上特点,在分析模型处理及计算分析软件选用上遵循以下几个原则:1)真实模拟空间箱体平面内外刚度,特别是对结构整体刚度贡献;2)真实模拟空间箱体与周边构件的连接关系,特别是与剪力墙的连接关系;3)真实模拟箱体由于与周边连接不同而造成结构刚度的区域变化;4)真实模拟空间箱体受力特征及变形特点。
结构分析采用有限元分析软件PMSAP,ETABS 及MIDAS 程序,对楼盖1的顶板、肋梁及底板在ETABS 中采用等效抗弯刚度壳单元,在PMSAP 中采用夹心板来模拟,MIDAS采用全壳单元空间模型(此模型能真实模拟密肋梁与上下层板形成的空间效应);在设计过程中进行了大量实验模型(包括楼盖1,2,3及密肋楼盖)的分析与研究,重点研究楼盖1在不同工况荷载作用下变形性状及楼盖应力分布。
由分析可知:在竖向荷载作用下,楼盖应力分布在核心筒周边呈带状分布,在柱头区域呈岛状分布(见图7);在地震荷载下,应力在框架与核心筒间楼盖呈单向板梁拉压分布;楼盖在恒载作用变形云图见图8;同时由于其楼盖的整体作用,有一大部分竖向荷载可直接通过楼盖面外刚度传给竖向构件,使得框架暗梁的内力大幅下降(相对于普通楼盖2中梁);楼盖1不但承担竖向荷载而且承担一大部分水平荷载,在水平荷载作用下的上下层板呈现拉压弯复合受力状态。
图5剪力墙钢筋的拉压应变等级图a )地震输入6sb )地震输入24s图6双向密肋空腔楼盖有限元模型(MIDAS GEN )+=图7双向密肋空腔楼盖应力图(恒载)图8双向密肋空腔楼盖变形云图(恒载)在对有限元软件计算结果进行正确分析的基础上,可进行柱帽,核心筒周边实心板带布置及设计,确定肋梁及框架暗梁截面及配筋(见图9)。
在楼盖设计中应注意处理好以下几个关键节点及其构造:1)柱帽范围内框架暗梁,肋梁及柱帽本身三者配筋分配原则及比例,一般情况可根据计算结果先进行框架暗梁配筋,再配置此区域肋梁钢筋,肋梁钢筋贯通柱帽区域,最后将此区域内剩余钢筋配置到柱帽除暗梁及肋梁外剩余区域;2)对肋梁由于其数量较多,可根据软件应力分析结果进行适当归并及分类,采用支座负筋加架立钢筋配筋方式,在满足计算结果基础上,尽量做到经济,但在架立筋选用时需考虑肋梁轴向拉力对配筋影响。
7组合结构梁柱节点精细化空间设计及施工控制型钢与钢筋混凝土柱组合,组成劲性柱。
由于钢材强度高,·25·第38卷第22期2012年8月山西建筑型钢在本结构中起到降低构件截面尺寸,分担大部分弯矩,轴力和剪力,提高结构抗侧刚度,同时型钢翼缘板起到连接钢筋混凝土梁内纵筋作用;所以一旦无法确保型钢混凝土浇筑及型钢施工质量,柱由于承载力不足,可能发生压塌及失稳破坏,梁由于锚固失效出现垮塌,可能会出现严重的质量问题。