框支剪力墙范文（精选8篇）
框支剪力墙 第1篇
1 框支剪力墙设计施工技术要点
框支剪力墙结构计算和落地剪力墙合理刚度研究。
框支剪力墙结构由于底部框架抗侧刚度不高, 结构竖向侧刚度在转换层出容易发生突变, 一旦发生地震, 转换层部位水平侧移发生突变, 最终导致框支层的位移可能超过了规范规定的楼层层间最大位移和层高之比, 最终有可能导致结构的破坏。考虑到这种情况, 进行结构平面布置要注意提高剪力墙结构的整体抗侧移能力, 可以把转换层上部剪力层落地并贯通至基础形成落地剪力墙。落地剪力墙设置过少会导致抵抗水平地震的能力不足, 结构出现很大侧向变形时不能够满足使用要求和设计要求, 建筑的抗剪承载力很有可能也达不到标准。但是落地剪力墙配置过多会影响建筑底部建筑平面布置, 增加地震作用效果, 同时过多的落地剪力墙还会导致用料的增加, 加大结构自重的同时还会减少结构的自振周期, 容易造成经济上不必要的浪费。所以, 落地剪力墙的合理刚度直接关系到框支剪力墙的安全性和经济性, 所以合理确定落地剪力墙的刚度十分重要。
框支剪力墙工作特点。竖向载荷作用下的工作特点。墙和转换梁作为一个整体共同承受弯曲变形, 转换梁处于整体弯曲的边缘, 单独分析梁时, 其承受的弯矩由于剪力墙的共同工作作用大大降低, 在拉翼缘表面剪应力的作用下转换梁会出现轴向拉力, 随着上部墙肢长度变短, 这种整体弯曲的影响范围会迅速变小, 如果上部墙体是小墙肢, 这种影响将被限制在较小的范围内。转换梁内力的另外一种特点是拱的传力作用。竖向传力由于拱作用的存在导致上部墙体竖向载荷传递至转换梁时很大一部分载荷都是斜向符合的形式作用在梁上的。斜向载荷可以分解成为垂直和水平等效载荷, 垂直载荷作用下的弯矩将比不考虑墙体作用时小竖向载荷的作用下形成了转换梁中的轴向拉力, 支座区域内承受轴向压力。
2 框支剪力墙计算分析方法
框支剪力墙的计算分析方法在近些年的研究中取得了丰硕的成果, 目前主要有以下几种比较典型的研究方法:
级数求解法。假定墙梁界面应力函数是无穷级数形式。利用墙板和梁变形协调条件获得墙板应力和梁应力表达式。这种方法结果可以整理成为表格数据进行查阅, 无需再次进行计算, 方便简单直观。但是这种方法的适应性不强, 只适用于单跨实心墙, 计算多跨墙时会产生很大误差, 而开洞墙则不能够使用这种方法。
有限元法。国外学者把支撑梁或者框架上的墙板简化成为多条纵梁剪力墙板系统, 并通过建立基本微分方程并且离散为差分方程。这种计算方法和级数求解法相比有着更高的精度, 但是这种计算方法也有着自身的局限性, 只能用于实心墙板。
拉杆拱方法。竖向载荷作用下的框支梁剪力墙墙体的作用和一个单独拱相类似, 框支梁相当于拉杆, 墙体上开洞时洞口中间除了主拱之外还有次要的拱传递压力, 这种计算方法适用于单跨框支剪力墙, 计算多跨墙时误差较大。
等代框架方法。这是一种比较熟知的计算方法。把框支剪力墙简化为等代框架, 在梁柱交接处进行刚域假定。这种计算方法对于水平载荷作用的计算结果和和有限元分析比较符合结果, 在进行竖向载荷作用下偏差较大, 同时由于采取了杆件体系力学原理, 并不能够得出框支梁的应力分布。
3 框支梁剪力墙设计方法
框支梁设计。国内较为普遍采用的转换截面设计方法主要有普通梁截面设计方法和偏心受拉构件截面设计方法等。普通梁截面设计方法直接取用高层建筑结构计算分析程序, 例如TBSA、PKPM系列和TAT等计算出的转换梁内力结果, 这种截面设计方法没有考虑转换梁和上部墙体之间的共同工作特性。而偏心受拉杆件设计方法则把转换梁从上部倒T形深梁受拉区划出来按照偏心受拉杆件的分析方法进行截面设计。转换梁承托上部墙体满跨或者基本满跨时转化梁和上部墙体之间共同工作能力较强, 这种情况下的上部墙体和转换梁共同工作能力较强, 上部墙体和转换梁受力状况可以等效成为一个倒T形深梁。转换梁就是这个组合中深梁的受拉翼缘。跨中区有着很大的轴向拉力, 这种情况下的转换梁不能够按照普通梁进行计算需要把倒T形的受拉区域分离处理视作偏心受拉构件进行截面设计, 准确计算纵向受力钢筋配筋量偏少, 不能够满足承载力要求。
普通梁截面设计方法。采用高层建筑结构三维空间分析软件进行计算, 求出转换梁的内力结果, 按照普通梁进行受弯构建承载力计算。
偏心受拉杆件截面设计方法。采用偏心受拉杆件截面设计方法的关键工作是如何通过有限元分析方法分析得到转换梁截面上应力等效成为截面内力, 这项工作比较繁琐。
深梁截面设计方法。转换梁跨度通常都数倍于上部层高跨度, 通常承受着上部结构传递下来的巨大竖向载荷。进行设计时要保证转换梁有着足够的强度和刚度, 控制转换梁的尺寸不能够过大占据建筑空间。根据圣维南原理, 影响转换梁受力特征的墙体高度应该和转换梁跨度有关。相关分析说明转换梁承托上部墙体和转换梁受力特征同一倒T形深梁, 转换梁是这一共同工作系统中的受拉翼缘, 跨中区还存在着较大的轴向应力。
4 结束语
高层建筑在城市建设中越来越广泛的应用逐渐改变了建筑物本身的结构设计, 人们的客观需求要求同一栋建筑物要能够完成多种建筑功能, 不同楼层有着不同的功能和结构, 顶部设置住宅和旅店等, 中间用作办公, 下部则用作商店等, 形成建筑下部的大空间。这种建筑功能的要求使建筑结构也要相应的发生变化, 简而言之就是结构上部满足住宅功能要有较多的墙体, 而下部的公共空间则要求尽可能的自由灵活, 网柱要大, 墙体要尽量少。这种结构形式的实现就需要设计合理的框支剪力墙来实现, 所以如何合理的设计框支架剪力墙直接高层建筑结构多功能特性的发挥, 进行相关研究有着充分的现实意义。
参考文献
[1]Mahin SA, Bertero VV, Chopra AK, etal.Response of the Olive View Hospital Main Building during the San Fernando Earthquake[R].Report UCB/EERC-76/22, Earthquake Engineering Research Center, University of California, 2012.
[2]陈纯森.台湾集集大地震高层建筑倒塌破坏与混凝土施工之探讨[J].建筑结构, 2012, 32 (1) :41~45.
[3]郝锐坤, 徐培福, 黄宝清.底层大空间上层鱼骨式剪力墙结构十二层模型纵向拟动力试验研究[J].建筑科学, 2013 (4) :9~15.
[4]中国建筑科学研究院高层建筑技术开发部.多层及高层建筑结构空间分析程序编制原理[R].中国建筑科学研究院, 2011.
[5]宁淦泉.地震区高层建筑框支剪力墙结构设计与试验研究[R].北京市建筑设计研究院, 2011, 4.
[6]高向宇, 周福霖, 罗学海, 等.带有转换层的大底盘多塔楼结构模型振动台试验研究[J].建筑结构, 2012 (12) :7~11.
框支剪力墙 第2篇
框支剪力墙结构高位转换配筋有哪些问题?
根据抗震设计“强柱弱梁”的原则，高位转换的框支结构其柱子配筋从嵌固点到转换层楼面均应同时满足计算要求和“高规”10.2.11条的构造规定，当地下室顶层作为上部结构的嵌固端时，尚应符合“高规”4.8.5条的规定，
“框支梁”是指转换层上的框架梁，其配筋应按计算和“高规”10.2.8条规定执行(当“框支梁”抬的墙较短或抬柱子，不属“偏心受拉”构件时，可不执行该条第2款规定)。转换层的非框架梁如抬有墙或柱时，其配筋按计算和按“高规”10.2.8条的“非抗震设计”要求构造规定执行，转换层以下各层框架梁则按计算要求和“高规”6.3.2条规定配筋。
框支剪力墙的结构概念设计 第3篇
随着城市化的进一步发展,建筑住房需求的加大,土地日渐稀缺,多层建筑的数量急剧减少,高层建筑越来越多的应用到城市建设中。高层建筑从混凝土结构角度按结构类型分为框架结构,剪力墙结构,框架剪力墙,框支剪力墙,简体结构等几种类型。一般来说需要实现大空间的结构如写字楼,商场常采用框架结构、框架—剪力墙结构,高层住宅采用剪力墙结构,高度超过80 m的大空间结构常采用简体结构,而对于要求上部为住宅,下部为大空间商场的建筑一般就需采用复杂高层建筑结构设计中的带转换层的高层建筑结构。
2 带转换层的高层建筑结构
所谓的带转换层的高层建筑结构即在高层建筑结构的底部,当上部楼层部分竖向构件(剪力墙、框架柱)不能直接连续贯通落地时,应设置结构转换层,形成带转换层的高层建筑结构。带转换层的高层建筑结构又分为带托墙转换层的剪力墙结构(部分框支剪力墙结构)及带托柱转换层的简体结构。 现在常用的是部分框支剪力墙结构。
3高层住宅从体型分类
从建筑角度看,高层住宅一般分为板楼和塔楼两种。板楼最大的特点是每个住户都能够南北相通。从外观看,板楼建筑的长度明显大于宽度。板楼有两种类型,一种是长廊式的,各住户靠长廊连在一起,第二种是单元式拼接,若干个单元连在一起就形成一个板楼;而塔楼每一层均由公共通道将若干的住宅连接到公共竖向支通措施处,一般做不到南北通透,公摊面积比板式住宅要大,采光易受楼体遮挡,舒适性较差,但是容积率一般都比较高,对于土地资源紧缺的大城市,可以大大提高土地的利用率。目前的塔式楼外形一般呈“蝶形楼”和“井字楼”多一点,这样的布置可以弥补日照的不足。
4结构设计方面
4.1底部剪力墙的布置
框支剪力墙结构中落地剪力墙的布置与建筑的户型及体型有很大的关联,板式结构由于南北通透,一般为一梯两户,房间开间与进深布置比较均匀对称,这样相对应的落地剪力墙与框支柱的布置就比较均匀合理;而塔式结构由于户型结构一般为一梯四户以上,户型布置不对称,这样底部大空间部分的落地剪力墙与框支柱的布置相应就不太均匀,形不成规则的空间结构。相较于板式结构,整体比较乱,剪力墙零散,从使用上讲不太好用。落地剪力墙的位置,一般是楼座四角,楼座凹凸处,单元墙处,楼梯、电梯间等,转换层以下各层为框支剪力墙结构的薄弱部位,在满足功能要求的前提下,尽量增加落地剪力墙的数量。落地剪力墙刚度的控制须满足《高层建筑混凝土结构技术规程》附录中E.0.1,E.0.2,E.0.3款中对于剪切刚度与剪弯刚度的要求。
4.2受力分析
好的结构受力是刚度从下到上逐渐变小,而框支剪力墙结构由于上下剪力墙有一部分不贯通,导致转换层上下部分的刚度突变,下部刚度小,上部刚度大,同时竖向构件的不连续使传力途径复杂,在水平作用下,框支转换层会产生很大的内力与塑性变形,抗震性能差,易造成震害。
4.3经济角度
转换层结构由于受力复杂,故现行规范对框支层以下的框剪部分从内力调整及构造角度方面进行加强,这样导致材料耗用量增大,自重大,施工难度加大。在相同的地震烈度的前提下,一般情况,若采用框支剪力墙转换结构,整个楼座结构每平方米的含钢量比纯粹的剪力墙结构提高20 kg左右。为改善抗震性能,减轻自重并节省投资,结构设计时需考虑以下几个问题:1)减轻上部结构的自重。减小垂直荷载,相应地减少了转换构件及基础内力,从而减少了转换层部分及基础部分的混凝土量及耗钢量。2)减轻结构楼板厚度。住宅的开间一般不会太大,除客厅外,常规板厚100 mm～120 mm即可,板厚在可能的条件下尽量做薄,这样不仅减轻自重,而且板内构造配筋也会减小。3)剪力墙数量及厚度。上部结构的剪力墙按开间扩大剪力墙的间距,将部分开间的墙体用轻质隔墙代替,能有效减小混凝土用量。剪力墙厚度一般沿高度上升而减小,在满足规范要求的最小墙体厚度前提下,常规墙厚从250 mm减到200 mm,从200 mm减到160 mm。
4.4转换层设计
转换部位上下层竖向构件传力的不连续,导致上部不落地剪力墙结构的内力只能通过转换层传给框支结构层。1)高层转换层有厚板转换与梁系转换两种。厚板转换材料用量大,结构经济指标差,地震作用也差,从减轻自重出发及抗震作用方面考虑,优先考虑梁系转换。转换梁梁高不小于跨度的1/6,梁宽比框支柱稍窄一点,尽量做宽,以增加转换梁的抗剪及抗扭能力。2)加强梁的抗扭刚度。转换层楼板加厚,可以增强转换梁的抗扭刚度,也可以局部框支梁封底,框支梁是否封底,受建筑户型的影响。3)加强转换梁与中筒连接。转换梁与中间筒体连接处负弯矩大,钢筋锚固也存在问题,因此,考虑在筒体部分设置扶壁柱,以加强此处连接。4)控制转换层上下层的刚度比。框支剪力墙结构在转换层楼板处上下刚度突变,上部结构的刚度大,尽量减小其刚度,使上下层刚度尽量接近,以改善结构的抗震性能。减小上部结构的刚度有以下几种方法:a.增大剪力墙间距。b.剪力墙设结构洞。在较长的剪力墙合理部位设置结构洞,用轻质墙体填充,可以有效减小结构的刚度。c.减小上部结构的连梁高度。上部结构中窗户及门洞对应的连梁高度尽量做低至400 mm,连梁高度做小,剪力墙刚度相应降低。d.增大转换层上一层楼层的高度。由于转换层下部为大空间,且转换梁高度高,这样导致层高较高。具体设计的时候,需要各个专业密切配合,设备管线尽量避让高转换梁,以降低层高。转换层以上是住宅,层高较低,造成转换层上下层剪切刚度比加大,可以利用设备转换需要的空间将转换层上层的住宅层高加高。由于转换层楼板厚度不小于200 mm,可以在转换层楼板上设置承重的地垄墙,地垄墙顶板为设备层顶板,设备层顶板与结构主体剪力墙之间设缝脱开成为一个结构层,层高加大,刚度相应减小,可减小转换层上下层剪切刚度比的差距。
5结语
框支剪力墙结构抗震性能差,消耗混凝土量与钢量又高。对于地震烈度低,总层数小的板式结构,底部可以出现比较大的空间,对于地震烈度高,尤其是点式结构,落地剪力墙不规则,空间使用不齐整,可能采用该结构形式得不偿失。对于具体项目,有时也采用单方向密柱框架剪力墙结构,上部住宅户型尽量平整简单,框架梁设置到填充墙对应的位置,外围框架柱整体外偏,在不太影响上部住宅使用的前提下,也可以较好的实现底部大空间的要求。总之,结构设计在满足建筑使用要求的同时,要做到受力合理,经济合理,需要对各种结构方案反复比较,尽力优化。
参考文献
[1]GB50011-2010,建筑抗震设计规范[S].
某超限高层框支剪力墙结构减震分析 第4篇
消能减震技术是突破传统抗震设计方法并有效地改善结构抗震性能、减小地震反应的一项新技术。从20世纪70年代起,在国内外学者的努力下,关于消能部件的理论和实验研究已经很深入,尤其是结合大型通用有限元软件的仿真计算技术的突破,为消能减震技术进一步广泛应用到实际工程尤其是高层建筑奠定了良好的基础。
1 工程概况
1.1 结构布置
该工程位于7度区,场地土Ⅱ类,4层地下室深约14 m,地上设5层裙房,主楼总层数为45层,檐口高度约178 m。地面6层采用框支剪力墙结构,7层～45层采用纯剪力墙结构,结构体系较为复杂,结构抗侧力刚度变化较大。虽然抗震计算基本满足设计规范对水平承载力的要求,但由于结构有明显薄弱层,因此加设被动控制装置,提高结构安全储备。结构长103 m,宽28 m,高宽比为6.35。
1.2 阻尼器布置
结构平面形状为小角度圆弧形,Y向为弱向,因此沿径向在轴①和轴②处布置阻尼器,共计30个。如图1,图2所示。
2 分析计算方法
消能减震结构在常遇地震下验算可采用反应谱法和动力时程分析方法,消能减震结构在罕遇地震下验算宜采用静力弹塑性分析法或弹塑性动力时程分析法[2]。由于阻尼器消能减震过程是非线性滞回过程,采用动力时程分析方法更合理。
时程分析方法建立在动力方程的基础上,动力平衡方程形式如下:
其中,t为时间;K为刚度矩阵;C为阻尼矩阵;M为对角质量矩阵;u,
计算采用的常遇地震场地波如图3所示,罕遇地震EL Centro波如图4所示。阻尼器采用流体粘滞速度相关型阻尼器,规格为:C=1 000 kN·s/m,α=0.15,其中,C为阻尼系数;α为阻尼器的阻尼指数。常遇地震验算使用ETABS计算,罕遇地震验算采用ABAQUS计算,梁柱采用空间杆件模型,剪力墙采用弹塑性损伤模型,时程分析采用显式的直接积分方法。阻尼器模拟均使用ETABS和ABAQUS自带的阻尼单元。阻尼器计算模型的非线性力—变形关系如下:
f=kdk=cd
其中,k为弹簧刚度;c为阻尼系数;a为阻尼指数;dk为阻尼器的变形;dc为阻尼器的变形速度。
3 地震作用下消能减震计算
经过优化布置,全楼设置30个阻尼器。对有阻尼器和无阻尼器两种情况下的模型进行计算分析。
3.1 楼层剪力计算
从常遇地震场地波及大震下EL Centro波作用下楼层Y向剪力计算结果可以看出,设置阻尼器后,楼层剪力有较明显的减小。在常遇地震场地波作用下,原模型Y向基底剪力34 384 kN,加阻尼单元后为30 845 kN,减少了10%。在罕遇地震场地波作用下,原模型Y向基底剪力255 927 kN,加阻尼单元后为212 760 kN,减少了17%。
3.2 位移计算
在小震场地波及大震EL Centro波作用下楼层Y向层间位移计算结果见图5,图6。可以看出,设置阻尼器后,楼层层间位移有较明显的减小。
3.3 结构动力特性
如表1所示为无阻尼器结构和有阻尼器结构的前9阶周期和模态。从表1可以看出,结构在液压油阻尼器作用下,各阶模态没有发生变化,说明阻尼单元设置合理,因为液压油阻尼器是速度相关型阻尼器,模态分析不改变结构刚度。
3.4 阻尼器对相邻构件的内力影响
如表2所示为和阻尼器相连的第3层柱及该层剪力墙在常遇地震下结构内力变化。从表2可以看出,结构在阻尼器作用下,构件剪力、弯矩、轴力均减小,阻尼器对单个构件内力影响明显。
4 结语
1)阻尼器可耗散部分地震能量,降低结构的地震反应,因此,消能减震结构的安全储备应比非消能减震结构有所提高。
2)阻尼器的布置对其作用发挥有影响,应该布置在相对楼层位移较大的地方,对于有扭转的结构,应根据地震作用下结构扭转的情况不对称设置抗扭转的阻尼器。阻尼器的合理布置,一般需有一个试算调整过程。本工程阻尼器布置基本合理,没有因为布置阻尼器引起扭转产生的剪力。
3)加设阻尼器后,墙、柱内力均有不同程度的减小,达到预期效果。
4)对框支剪力墙结构,由于存在明显薄弱层,通过合理布置阻尼器,可减小结构变形,减小层间位移,减小框支层剪力。
摘要：针对某超限高层框支剪力墙结构进行减震分析,比较了在常遇和罕遇地震下阻尼器的减震性能,并使用ETABS和ABAQUS软件进行包含阻尼单元的整体动力弹塑性分析,初步分析结果表明阻尼器的减震效果是明显的,分析方法可供设计人员参考。
关键词：减震分析,框支剪力墙结构,阻尼器,弹塑性分析
参考文献
[1]GB 50011-2001,建筑抗震设计规范[S].
[2]李爱群,张志强,徐庆阳.建筑减震粘滞阻尼器工程应用新进展[J].建筑结构,2006,36(sup):67-68.
[3]王翠坤,赵鹏飞.深圳大梅沙酒店模型振动台试验及减震阻尼器设计研究[J].建筑结构,2006,36(sup):73-74.
[4]阴毅,周云,梅力彪.潮汕星河大厦结构消能减震有限元时程分析[J].工程抗震与加固改造,2005(6):89-90.
[5]周云.粘弹性阻尼减震结构设计[M].武汉:武汉理工大学出版社,2006.
高层框支剪力墙结构设计实例分析 第5篇
在一些高层住宅建筑中, 由于使用功能和美观要求, 设计师有时将建筑的底层设计成大空间的架空层、大堂或者会所等。为了满足这种建筑使用功能的要求, 通常在底部采用框支剪力墙结构, 上部采用剪力墙结构。可以说, 这类结构已成为高层住宅建筑发展的一大趋势, 但是, 框支剪力墙结构由于部分剪力墙不落地, 墙、柱截面的突变, 导致传力路线曲折和应力集中, 易形成薄弱层, 不利于抗震。因此, 设计时应结合实际情况, 选择合适的结构转换层形式, 对薄弱层部位从抗震承载力和延性两方面采取措施提高抗震性能。同时应注重概念设计, 从整体上形成良好的结构抗震体系。
1工程概况
某工程由7栋32层住宅楼组成。地下室3层, 为车库及设备用房;首层架空层, 层高为6.3 m;2层以上为住宅, 层高为3 m。本工程设计使用年限为50年, 安全等级为二级, 建筑物抗震类别丙类;基本风压为0.70 kN/m2 (50年一遇) , 100年一遇风压为0.77 kN/m2;地面粗糙度为B类;地震设防烈度:7度, 设计地震基本加速度值:0.1 g, 设计地震分组:第一组。拟建场地土类型属中硬土, 场地类别属Ⅰ类;地基基础设计等级为甲级。为满足建筑的使用功能及立面要求, 结构于二层设置了梁板式结构转换层, 除电梯和楼梯剪力墙直接落地及适当位置布置剪力墙外, 其余剪力墙由转换梁托换, 以框支柱支承。
2结构设计及构造措施
底层框架柱网及落地剪力墙的布置是本工程的关键, 世界上许多国家在地震中总结出的一条教训是:底层柔弱的房屋抗震性能低, 破坏严重。因此在布置柱网及剪力墙时根据《高层建筑混凝土结构技术规程》中的要求, 在尽量满足建筑的使用功能的前提下, 保证结构构件有充分的竖向承载能力及侧向刚度;特别对于底部大空间结构应注意防止结构沿竖向的刚度过于悬殊而降低其抗震性能;剪力墙力求对称、均匀、成组的布置, 结构体系传力途径力求简捷明确。综合上述各方面的因素, 本工程底层框架柱网尽量与上部剪力墙对齐, 使剪力墙能落在框架梁上, 以保证竖向荷载及倾覆力矩能直接通过框架柱传给基础。在布置落地剪力墙时以电梯及楼梯间、消防电梯及管井形成剪力墙筒体, 其余位置适当布置剪力墙, 经与建筑专业反复商量推敲使得底层剪力墙的布置在不影响建筑的使用功能的前提下最大的满足结构的设计要求。
2.1 抗震等级的确定
在确定抗震等级对, 框支剪力墙结构中转换层以上剪力墙按一般剪力墙结构的抗震等级取用, 框支层框架和框支层落地抗震墙底部加强部位的抗震等级应按现行建筑抗震设计规范予以提高。本工程为7度抗震设防, 转换层以上非底部加强部位剪力墙及底部加强部位剪力墙抗等级按一级, 转换层以下的框支框架按特一级。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》 (JGJ3-2002) 中第4.8.1条的规定, 丙类建筑应符合本地区抗震设防烈度要求。当建筑场地为I类时, 除6度外, 应允许按本地区抗震设防烈度降低一度的要求采取抗震构造措施。
2.2 转换层结构布置
目前结构转换层的做法有:厚板转换层结构、巨型梁转换层结构、巨型桁架转换结构等型式。在工程实践中, 以转换梁的型式最常见, 它设计和施工简单, 受力明确, 广泛应用于底层大空间剪力墙结构中, 本工程经比较采用了巨型梁转换层结构型式。它是用大梁将上部剪力墙托住, 托梁由框支柱支承。
由于建筑物周边地形原因, 3层地下室有一个侧面不是全部埋在地面以下, 所以偏于安全的考虑建筑物的计算高度, 从地下室负3层的地面标高算起, 建筑主体高度为112.2 m。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》 (JGJ3-2002) 中规定本工程已经属于B级高度。考虑到型钢混凝土结构具有更大的结构承载能力及良好的结构延性, 变形能力和耗能能力较强, 可以有效地控制结构转换层的刚度突变, 为减小转换层下部附近层的层间位移起到了较显著的作用, 所以本设计底部框支梁与框支柱决定采用型钢混凝土结构。作为解决超限问题的一种措施, 是本设计的重要组成部分。底部框支柱的钢骨采用实腹式十字型钢, 框支梁的钢骨采用工字型钢。同时在转换层以下, 通过加厚落地核心筒的墙体厚度 (核心筒外壁厚度600 mm) 以及提高框支层墙柱的混凝土强度等级, 同时在建筑的左右两翼增设两道落地剪力墙, 使抗侧力结构的侧向刚度和承载力不会产生太大的突变。
底层剪力墙截面尺寸的确定:除满足竖向承载力作用下轴压比限值外, 依据《高层建筑混凝土结构技术规程》 (JGJ3-2002) 中第10.2.3条的规定, 通过计算上、下层等效剪切刚度比γ (γ= (G2A2/G1A1) (h1/h2) , 式中G1、G2为底层和转换层上层的混凝土剪变模量, A1、A2为底层和转换层上层的折算抗剪截面面积, h1、h2为一层、二层层高, 以γ不大于2为原则, 调整底层剪力墙的厚度, 本工程经按上述方法计算调整, 底层剪力墙厚度为600 mm。
2.3 标准层结构布置
标准层墙柱布置时尽量使结构的刚度中心与质量中心重合, 以减少地震作用下的扭转效应, 因此把剪力墙均匀布置在建筑物的周边。平面形状变化尤其凹凸较大时, 在凸出部分的端部附近布置剪力墙, 同时增强边角部位剪力墙的刚度, 加大平面远端刚度。结合楼梯间及电梯间布置筒形剪力墙, 用来结构控制位移, 提高抗震性能。并且在布置剪力墙时纵横剪力墙尽量组成L形T形, 在纵横两个主轴方向上使剪力墙刚度基本上一致。在设计过程中, 与建筑专业紧密配合, 尽量使上部墙体直接落在框支柱或框架转换梁上, 而不随便采用次梁转换。标准层结构的竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度自下而上逐渐减小, 混凝土强度等级由C45渐变至C30。剪力墙厚度由300 mm渐变至200 mm。
标准层住宅在外围剪力墙局部开设角窗, 削弱了剪力墙结构体系的整体性, 针对这一不利因素, 在角窗处设置了1 200 mm高的梁 (上翻600 mm) , 以提高在地震作用下的结构的整体抗扭能力。标准层的核心筒位于平面中心, 电梯间开洞使楼面有较大的削弱, 结构设计时将核心筒内楼板板厚加厚至150 mm, 并采取双层双向配筋, 以加强其刚度。
3结构计算及结果分析
本工程采用中国建筑科学研究院PKPM系列SATWE软件计算分析, 以TAT软件作对比分析。两者总体计算结果比较接近, 但是墙体的局部内力及配筋存在差异。由于SATWE的墙元模型假设更符合实际情况, 因此以SATWE的计算结构为施工图的主要设计依据。
3.1 振型及周期
本工程计算振型数为24个, 计算结果显示抗震计算时的振型参与质量与总质量之比为:X向为96.05%, Y向为96.01%;可见计算时采用的振型数是足够的。
计算基本周期及扭转因子, 空间振型的周期:T1=2.82 (Y方向平动系数1.0;T2=2.49;X向平动系数0.98) ;T3=2.18 (扭转系数0.98) 。根据大量工程实例的统计, 正常情况下框架剪力墙结构的第一自振周期大概范围为:T1= (0.08～0.12) n (n为建筑物的层数) , 本工程第一振型的周期约为0.09n属于在正常范围之内。
按刚性楼板假定进行结构整体计算时, 在考虑偶然偏心影响的地震作用下, 结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比, B级高度高层建筑不应大于0.85。本工程扭转周期比Tt1/T1=0.773, 满足规范要求结构的水平位移在规范的允许范围之内, 结构的刚度合理。
本工程存在着一定的扭转不规则, 即在考虑偶然偏心影响的地震作用下, 楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移与楼层平均值之比超过1.2倍, 但是其比值较小 (<1.31) , 特别是塔楼部分普遍都小于1.25, 最大值都在裙楼。这是由于裙楼处的水平刚度较大, 其平均层位移很小, 但是由于裙楼质心到端部尺寸很大, 尽管扭转角很小也容易造成扭转不规则指标超限。考虑到裙楼的层间位移绝对值都很小, 层间位移角值比规范限基本小一倍以上, 因此, 对于整个结构的影响是比较小的。
3.2 转换层刚度比
刚度比计算选用剪切刚度参数计算, 转换层上部结构与下部结构的侧向刚度比为:X方向γ=1.198, Y方向、γ=1.182, 转换层上下层侧向刚度比较小;转换层上下层的层间位移角比较接近, 在转换层处还是实现了侧向刚度渐变的要求的。
3.3 动力时程分析
本工程采用SATWE程序进行动力时程分析, 对结构进行了补充设计。波形采用mmw-3、lan3-3, lan5-3以层间剪力和层间变形为主要控制指标。与振型分解法结果相比, 大部分楼层墙、梁配筋基本一致, 说明整个结构的刚度设计合理。设计中对薄弱楼层的配筋采取了加强措施。
4结束语
(1) 底层框架柱网及落地剪力墙的布置是框支剪力墙结构的关键, 应充分重视选择合适的结构转换层型式, 对薄弱层部位从抗震承载力和延性两方面采取措施提高抗震性能。同时应注重概念设计, 采取必要的加强措施从整体上形成良好的结构抗震体系。
(2) 型钢混凝土结构具有更大的结构承载能力及良好的结构延性, 变形能力和耗能能力较强, 设计中可考虑在结构重要位置采用钢骨混凝土结构等高强高效的结构型式, 在提高结构延性的同时可以减小梁柱的截面。
(3) 控制好转换层上下结构的侧向刚度比是框支剪力墙结构设计的关键问题之一, 适当加大底部落地剪力墙厚度或适当减少转换层以上剪力墙的数量、长度是有效调整转换层上下结构侧向刚度比的方法之一。
高层建筑工程框支剪力墙结构设计 第6篇
厦门火车新站5号地块安置房, 包括地下室、1层裙楼和地上19层住宅塔楼。由于住宅部分不希望有较大的柱截面, 因而结构设计采用了底部大空间框支剪力墙, 上部为剪力墙的结构体系来满足建筑功能要求。
2 框支剪力墙结构概述
2.1 框支剪力墙的类型
(1) 整截面墙。整截面墙是不开洞或开洞面积不大于15%的整截面剪力墙。其受力特点为整体悬臂墙, 弯矩图既不突变也无反弯点。其变形特点为弯曲型变形。
(2) 整体小开口墙。整体小开口墙为开洞面积大于15%但仍较小的墙。其受力特点为弯矩图在连系梁处发生突变, 但在整个墙肢高度上没有或仅在个别楼层中才出现反弯点。其变形特点为以弯曲型为主
(3) 双肢墙及多肢墙。双肢墙及多肢墙为开洞较大、洞口成列布置的墙。其受力特点为与整体小开口墙相似。其变形特点为以弯曲型为主。
(4) 壁式框支。壁式框支为开洞尺寸大、连梁线刚度大于或接近墙肢线刚度的墙。其受力特点为弯矩图在楼层处有突变, 在大多数楼层中都出现反弯点。其变形特点为以剪切型为主。
2.2 框支剪力墙变形受力特点
(1) 对于纯剪力墙结构, 刚性结构, 变形为弯曲变形为主, 内力按等效刚度比例分配。对于纯框支, 柔性结构, 变形以剪切变形为主, 楼层剪力按柱的抗侧刚度D比例分配;对于框支—剪力墙结构, 中等刚度, 框支和剪力墙是通过平面内刚度无限大的楼板连接在一起, 使它们的水平位移协调一致, 不能各自变形, 变形为反S形或弯剪型。 (2) 框支剪力墙层间位移最大值发生在 (0.4~0.8) H范围内。 (3) 在水平力作用下, 框支剪力墙的框支上下各层剪力取用值比较接近。 (4) 框支剪力墙具有多道抗震防线, 是一种抗震性能良好的结构体系。
3 高层建筑工程的框支剪力墙结构布置
3.1 高层建筑工程的框支剪力墙结构布置原则
框支一剪力墙结构中剪力墙的布置原则一般为“均匀、分散、对称、周边”。宜符合下列要求:一是剪力墙宜均匀布置在建筑物的周边附近、楼梯间、电梯间、平面形状变化及恒载较大的部位, 剪力墙间距不宜过大;二是平面形状凹凸较大时, 宜在凸出部分的端部附近布置剪力墙;三是纵横剪力墙宜组成L形、T形等型式;四是单片剪力墙底部承担的水平剪力不宜超过结构底部总水平剪力的30%;五是剪力墙宜贯通建筑物的全高, 宜避免刚度突变;剪力墙开洞时, 洞口宜上下对齐;六是楼、电梯间等竖井宜尽量与靠近的抗侧力结构结合布置;七是抗震设计时, 剪力墙的布置宜使结构各主轴方向的侧向刚度接近。
3.2 高层建筑工程的框支剪力墙结构布置要点
(1) 剪力墙墙肢截面宜简单、规则、剪力墙的竖向刚度应均匀, 剪力墙的门窗洞口宜上下对齐、成列布置, 形成明确的墙肢和连梁。 (2) 为了避免剪力墙脆性破坏, 较长的剪力墙宜开设洞口, 将其分成长度较均匀的若干墙段, 墙段之间宜采用弱梁连接, 每个独立墙段的总高度与其截面高度之比不应小于2, 墙肢截面高度不宜大于8m。 (3) 剪力墙宜自下到上连续布置, 避免刚度突变。 (4) 应控制剪力墙平面外的弯矩, 以保证剪力墙平面外的稳定性。其中, 需要注意如下几点:一是沿梁轴方向设置与梁相连的剪力墙, 抵抗该墙肢平面外弯矩;二是当不能设置与梁轴线方向相连的剪力墙时, 宜在墙与梁相交处设置扶壁柱;三是当不能设置扶壁柱时, 应在墙与梁相交处设置暗柱, 并宜按计算确定配筋;四是必要时, 剪力墙内可设置型钢, 需要说明的是不宜将楼面主梁支承在剪力墙之间的连梁上。
4 高层建筑工程的框支剪力墙结构设计要点
4.1 计算假定及荷载分配
(1) 计算基本假定: (1) 一片剪力墙可以抵抗在本身平面内的侧向力, 而在平面外的刚度很小, 可以忽略; (2) 楼板在其自身平面内刚度无限大, 楼板平面外刚度很小, 可以忽略。
(2) 竖向荷载分配。剪力墙所承受的竖向荷载, 一般是结构自重和楼面荷载, 通过楼面传递到剪力墙。竖向荷载除了在连梁 (门窗洞口上的梁) 内产生弯矩以外, 在墙肢内主要产生轴力。按每片墙的承荷面积计算它的荷载。
(3) 水平荷载分配。总水平荷载按各片剪力墙刚度分配到每片墙, 然后分片计算剪力墙的内力。
4.2 剪力墙正截面承载力计算
一级抗震等级的剪力墙, 应控制塑性铰出现部位, 对一级抗震等级的剪力墙的设计弯矩包络线作了近似的规定:一是底部加强部位及其上一层应按墙底截面组合弯矩计算值采用;二是其他部位可按墙肢组合弯矩计算值的1.2倍采用。
4.3 剪力墙斜截面承载力计算
一、二、三级抗震等级剪力墙底部加强部位都可用调整系数增大其剪力设计值, 四级抗震等级及无地震作用组合时可不调整。具体的计算公式如下:
式中:V—考虑地震作用组合的剪力墙墙肢底部加强部位截面的剪力设计值;Vw—考虑地震作用组合的剪力墙墙肢加强部位截面的剪力计算值;ηvw—剪力增大系数, 一级1.6, 二级1.4, 三级1.2。
4.4 连梁设计
(1) 连梁的破坏形态: (1) 弯曲破坏。连梁跨高比较大时, 连梁以受弯为主, 梁端可能出现塑性铰, 最后弯曲破坏; (2) 剪切破坏。连梁跨高比不大 (lb/hb≤2) , 除梁端容易出现斜裂缝, 当抗剪能力不足或截面剪应力过大时, 出现剪切破坏, 也可能是弯曲屈服以后的剪切破坏。
(2) 连梁受力和变形特点: (1) 受力特点。剪力墙中的连梁通常跨度较小而梁高较大, 连梁跨高比可能小于2.5, 有时接近1。连梁在竖向荷载作用下产生的弯矩与剪力不大, 在水平荷载下它与墙肢相互作用产生的约束弯矩与剪力较大, 约束弯矩和剪力在梁两端方向相反; (2) 变形特点。反弯作用使梁产生很大剪切变形, 对剪应力十分敏感, 容易出现斜裂缝。反复荷载作用下易形成交叉裂缝, 使混凝土酥裂, 导致剪切破坏, 延性较差。
(3) 连梁内力设计值: (1) 弯矩设计值。小震作用下的内力和位移计算时, 通过折减连梁的刚度, 使连梁的弯矩、剪力值减小。设防烈度为6、7度时, 折减系数不小于0.7;8、9度时, 折减系数不小于0.5。按连梁弹性刚度计算内力和位移, 将弯矩组合值乘以折减系数。设防烈度为6、7度时, 折减系数不小于0.8;8、9度时, 折减系数不小于0.5。用这种方法时应适当增加其它连梁的弯矩设计值, 以补偿静力平衡; (2) 剪力设计值。非抗震设计及四级剪力墙的连梁, 取最不利组合的剪力计算值作为其剪力设计值。一、二、三级剪力墙的连梁, 按强剪弱弯要求调整连梁梁端截面组合的剪力计算值, 调整后的剪力作为设计值。
5 结语
当前高层建筑工程施工中的框支剪力墙结构底部有较大空间, 便于建筑功能的利用, 但是在结构受力方面还存在诸多缺点, 需要采取相应的措施予以解决, 这样才能更好的发挥框支剪力墙结构的建筑设计功效。
摘要：本文以厦门火车新站5号地块安置房工程为例, 对高层建筑工程的框支剪力墙结构设计进行探究分析。
关键词：框支剪力墙,高层建筑,结构设计
参考文献
[1]刘丽秀.高层建筑框支剪力墙结构设计分析[J].建筑结构, 2010 (15) .
转换梁刚度对框支剪力墙的受力影响 第7篇
关键词：转换梁,刚度变化,上部剪力墙,内力
1 引言
梁式转换结构有多种形式，主要原理是利用下部的转换大梁来承托上部结构。梁式转换结构主要表现为12种常用结构形式，如图1。根据转换梁的应用形式、受力特点、转换梁与上部结构的共同工作形式，可将其归纳为4类【1】：(1)跨内满布剪力墙的转换梁（图1a、图1b、图1c);(2)部分剪力墙位于框支柱上方的转换梁（图1d、图1e、图1f);(3)剪力墙位于框支柱净跨内的转换梁（图1g、图1h、图1i);(4)支承框架柱的转换梁（图1j、图1k、图1l）。
从结构受力方式来看，梁式转换层传力途径为墙（柱）-梁-柱（墙）的形式，传力明确，转换大梁的受力主要受上部剪力墙刚度、剪力墙与转换大梁的相对刚度、转换大梁与下部支撑结构的相对刚度的影响。
分析表明，只要转换梁支承的上部剪力墙是一定长度的墙体，转换梁中的弯矩就会比不考虑上部墙体作用时要小，且墙体下的转换梁会有一段范围的受拉区[2]。其主要原因：一是剪力墙与转换梁作为一个整体共同弯曲变形，转换梁处于整体弯曲变形的受拉翼缘，其承受的弯矩由于剪力墙的共同工作而减少，同时转换梁处于受拉翼缘，应力积分后转换梁中就会出现轴向拉力；二是由于竖向传力拱作用，使得上部墙体上的竖向荷载传到大梁上时，一部分荷载以斜向荷载的形式作用于梁上，将斜向荷载分解成垂直荷载与水平荷载，则在垂直荷载作用下转换梁的弯矩比不考虑上部剪力墙参与工作要小，在水平荷载作用下转换梁跨中区域范围承受轴向拉力而支座区域承受轴向压力。
转换梁刚度变化时，由于转换梁与上部剪力墙的共同协调工作，转换梁与上部剪力墙分担的荷载及结构内力发生相应的变化。
2 转换梁刚度变化的内力结果对比分析
2.1 工程概况
四方嘉丽属商住综合楼。1层至4层为商业用房，5层至31层为住宅，采用转换层设在第5层的部分框支剪力墙结构，为梁式转换结构形式。建筑结构的安全等级为二级，结构设计使用年限为50a，结构设计基准期50a，抗震设防烈度为6度，设计地震分组第一组，基本地震加速度为0.05g，建筑场地类别为Ⅱ类，抗震设防类别为丙类。基本风压为0.40kN/m2，基本雪压为0.45kN/m2，地面粗糙度类别为B类。
2.2 转换梁刚度变化时的应力分析
选取转换梁KZL11(1)为例进行分析，结构类型属于跨内满布剪力墙的转换梁，承托的剪力墙厚度为250mm。将转换梁KZL11(1)截面尺寸由800mm×1400mm改为500mm×900mm，采用高精度平面有限元FEQ进行局部精细化分析，恒载作用下的水平应力σx、竖向应力σy、剪应力τxy分别如图2与图3。
1）水平应力分布及变化
共同点：恒载作用下，转换梁截面高度范围基本承受水平向拉应力，跨中底部水平拉应力最大，零应力线位于转换梁顶附近。转换梁上部剪力墙处于明显的受压应力状态，随墙体高度方向往上，水平压应力逐渐减少。转换梁受力特征：跨中大部分为偏心受拉，上部墙体作为转换梁受压区的一部分，与转换梁一起抵抗外弯矩作用。
差异点：梁刚度变小后，零应力线沿高度方向上移，在跨中区域，移至上部剪力墙内，转换梁底部区域的水平拉应力增加，转换梁上部剪力墙受压区域上移。
2）竖向压应力分布及变化
共同点：恒载作用下，转换梁上部墙体大部分范围内，墙体的竖向压应力均很小，在转换梁端部的框支柱上方墙体处，剪力墙竖向压应力很大，显现出显著的应力集中现象，转换梁跨度范围仅在支座区域有竖向压应力，表明满跨剪力墙的转换梁存在传力拱作用。
差异点：梁刚度变小后，剪力墙承受竖向压应力的区域沿高度方向增加，表明上部剪力墙更多地参与抵抗外部竖向压力。
3）剪应力分布及变化
共同点：恒载作用下，从剪应力等位线图上可以看出，剪应力两侧大，中间小。两端上部墙体与下部转换梁一起抵抗外部剪力，且两端区域的墙体与转换梁均处于剪压应力复合受力状态。Y向地震作用下的剪应力很小，转换梁两端区域的剪应力相差较小。
差异点：梁刚度变小后，剪力墙承受剪应力的区域沿高度方向增加，且“应力拱”曲线顶的剪应力增大，上部剪力墙更多地参与转换梁一起抵抗外部剪力。
2.3 转换梁刚度变化的内力变化分析
在恒载、地震作用下，当各类转换梁刚度变化时，通过有限元对其内力进行分析，梁截面位置如图4，内力变矩M、剪力V、轴力N结果汇总于表1～表3。
跨内满布剪力墙的转换梁，在恒载作用下，当梁刚度较大时，沿梁跨度全长截面弯矩均为正值，弯矩在墙体中轴线2-2剖面最大，沿梁跨度全长均为轴拉力，轴力在墙体中2-2剖面最大。当将梁刚度弱化时，沿梁跨全长弯矩均减少，梁支座区域甚至转化为负弯矩，沿梁跨度全长轴拉力减少，梁截面剪力减少。
跨内满布剪力墙的转换梁，在Y向地震作用下，当梁刚度弱化时，沿梁跨度全长截面弯矩M、剪力V、轴力N均减少。
部分剪力墙位于框支柱上方的转换梁，将转换梁的刚度弱化，即将转换梁的截面宽度与高度尺寸适当减少，通过有限元发析发现：在恒载作用下,转换梁2-2剖面（墙体中轴线处）的弯矩减少，轴拉力增加；梁左端截面1-1剖面负弯矩与轴压力增加，梁右端截面3-3剖面正弯矩减少，轴压力变小，甚至变为轴拉力；在Y向地震作用下，各部位的弯矩M、剪力V、轴力N均不同程度地发生变化。
剪力墙位于框支柱净跨内的转换梁，将转换梁的刚度弱化，即将转换梁的截面宽度与高度尺寸适当减少，通过有限元发析发现：在恒载作用下，转换梁2-2剖面（墙体中轴线处）弯矩减少，轴拉力增加；梁左端截面1-1剖面负弯矩与轴压力增加，梁右端截面3-3剖面负弯矩增加，轴压力增加；在X向地震作用下，各部位的弯矩M、剪力V、轴力F均不同程度地发生变化。
3 结论
有限元分析结果表明，转换梁刚度弱化，转换梁与上部剪力墙的共同工作能力进一步强化，上部剪力墙参与工作的区域增大，分担的荷载得到强化，转换梁分担的荷载相应减小，结构分析与配筋时，应重视此变化，保持整个结构的协同工作能力。
参考文献
[1]魏琏,王森,韦承基.高层建筑转换梁结构类型及计算方法的研究[J].建筑结构,2001,11:7-14.
框支剪力墙 第8篇
关键词：超高层,高位转换,框支剪力墙,抗震性能设计
1 工程概况
1.1 建筑介绍
海珠城广场项目位于广州市海珠区江南西,地下5层,地上45层,1层～8层裙楼为商业层,其中8层为转换层,层高8 m,9层为架空层,层高5.5 m,10层以上为标准层,层高3.3 m。房屋总高H约171.2 m。
1.2 结构体系及布置
裙楼东面和北面布置了大截面剪力墙,其中西南角和东北角、东南角墙体围闭成四个筒体,形成中部大核心筒和四周四个小筒体及部分Y向剪力墙的抗侧力体系,框支柱采用钢管混凝土柱,转换层板厚取300,转换梁及剪力墙底部加强区部分采用型钢混凝土的结构形式(见图1,图2)。
1.3 结构不规则及超限项目判断
1)平面不规则:根据satwe模型分析,考虑偶然偏心地震作用时,裙楼楼层最大位移比为1.34(8层Y向),相应层间位移角为1/2 544;9层以上主楼楼层最大位移比为1.30(9层Y向),相应层间位移角为1/1 113。按照DBJ/T 15-46-2005广东省高层建筑混凝土结构技术规程补充规定,为Ⅰ类扭转不规则结构。2)竖向尺寸突变:本工程9层以上收进部位到室外地面的高度与建筑高度之比大于0.2,上部楼层收进后的水平尺寸为下部楼层水平尺寸的44%～91%(Y向)和65%(X向)。超过JGJ 3-2002高层建筑混凝土结构技术规程4.4.5条要求,属尺寸突变。3)结构高度:根据JGJ 3-2002高层建筑混凝土结构技术规程,7度区B级高度钢筋混凝土高层建筑部分框支剪力墙结构体系的最大适用高度为120 m;本工程总高约为171.20 m,高度超出该限值43%。4)高位转换。
2 抗震性能目标
本工程多项超限,故将辅以基于性能的设计方法来评价结构在偶遇地震和罕遇地震下的性能。
1)性能目标的设定。综合考虑超高程度和不规则程度,本工程选用性能目标C作为结构抗震设防的性能目标。即:小震下满足性能水准1的要求,中震满足性能水准2的要求,大震下满足性能水准3的要求。2)构件延性控制。本工程重要构件均可满足中震弹性要求,其弹性剪应力水平皆控制在0.2 fck以内(部分剪应力较大的构件,加入型钢辅助抗剪)。
3 结构计算分析
1)在弹性阶段,使用SATWE,ETABS,MIDAS三种力学软件对结构体系进行分析;并对结构进行弹性动力时程分析,求得结构的周期比、位移比、位移角、抗侧刚度等总体指标满足相关规范要求。2)弹塑性阶段,采用PUSH-OVER和EPDA,选取合适的三条地震波对未配置钢骨的结构体系作弹塑性分析,结果显示结构在完成罕遇地震弹塑性分析后,塑性铰主要出现在剪力墙连梁上,这些连梁起到了很好的耗能作用;框支柱和框支梁没有出现塑性铰,底部加强区剪力墙绝大多数未出现塑性铰,有周边个别剪力墙出现受拉裂缝,满足基本不屈服且不剪切破坏的性能目标;裙楼落地剪力墙多数未出现塑性铰,满足基本不屈服目标。
4 抗震加强措施
1)通过几种程序分析,本工程薄弱层极有可能出现在转换层及其上一层,故设计时着重加强这两层的抗震构造,主要采用以下几点:a.采用“框支框架—落地剪力墙和筒体”的结构体系,框支框架、主楼范围内的剪力墙底部加强区的抗震等级提高至特一级;b.框支柱拟全部采用钢管混凝土柱,框支梁部分采用型钢混凝土梁,落地核心筒和剪力墙底部加强区暗柱或加型钢或加芯柱。2)由于塔楼和裙楼的质心偏心距约为16 m,占裙楼相应方向长度的15%,故设计时,利用主楼周边四个筒体及部分Y向剪力墙等,为裙楼提供了相当大的抗侧刚度,吸引了大量的地震荷载。同时出于对框支柱安全度考虑,按《高层建筑混凝土结构技术规程》8.1.4条和10.2.7条,裙楼柱承受的剪力按总基底剪力的20%调整(其中框支柱则按30%)。转换层板厚按300,其上下各两层的板厚加厚至150,配筋双层双向布置,转换梁之间通过较强次梁连接,加强其整体性。3)转换层的框支梁作为拉弯构件设计,设计中转换层楼板采用弹性膜模拟,以考虑转换梁中轴力的不利影响。本工程框支梁上剪力墙有部分偏置,设计中采用“沿框支梁轴线附加扭矩进行计算”和“在正交方向增设较强的次梁”等方法来解决。4)控制框支柱、框支梁、核心筒剪力墙、落地剪力墙及剪力墙底部加强区在罕遇地震作用下的弹性剪应力水平不大于0.2 fck。适当提高剪力墙底部加强部位(-1层至转换上三层)的配筋率至0.6%～1.2%,或通过加设型钢斜撑等以确保其在罕遇地震时不出现剪切破坏。5)按中震弹性设计对框支柱、框支梁、核心筒剪力墙、落地剪力墙及剪力墙底部加强区进行强度设计,以确保结构在中震时完好或无损伤构件;按中震不屈服及小震弹性分析结果的大者,控制其余构件在地震作用下基本不屈服,部分选定构件屈服但可修。
5 运用ABAQUS对结构进行最终验证
通过ABAQUS模型分析,得到的结构塑性发展形态基本与此前分析结果吻合。结果显示:
1)由于结构弹性刚度富余较大,罕遇地震人工波作用下结构层间位移角较小,满足“大震不倒”的基本要求;2)转换层上层的5.5 m层高对结构位移角曲线有较明显影响,该层底部剪力墙有个别墙肢开裂,但未出现混凝土压碎状况;3)高位转换层是本结构最为关键的部位,虽已采用了中震弹性及局部设置钢骨等措施,但仍有个别转换梁出现损伤,还需继续补充钢骨;4)转换层及其以下核心筒剪力墙由于采用了中震弹性配筋和局部添加钢骨,暗撑等措施抗震性能较好但与转换梁相连位置的角部有局部开裂,需重新予以加强;5)钢管混凝土框支柱除顶部和底部开裂外,未出现混凝土受压损伤和钢筋塑性应变,抗震性能良好;6)高位转换层厚板在靠近西南角和东南角剪力墙筒体附近应力集中现象非常明显,本工程采用了300厚的楼板和三层双向配筋收到良好的效果,基本没有出现楼板压碎,有效保证了地震力从上部剪力墙向下部各核心筒的传递。
6 结语
1)必须重视转换层楼板刚度的重要性,特别是复杂高层的高位转换,上部结构的水平剪力只有通过具有足够刚度的转换层楼板,才能较好地传递给框支层。2)对于高位转换结构,转换层及其上一层一般情况下皆为结构的薄弱层,最大位移角及最大内力突变都出现在这里,设计时应重点加强此两层,保证其具有足够的刚度和承载力。3)高位转换结构,转换层以下框支结构的侧向刚度不能过小,方可保证转换层上下位移角及剪力突变不致太大。这也是保证结构在罕遇地震下实现大震不倒目标的重要措施。
参考文献
[1]JGJ 3-2002,高层建筑混凝土结构技术规程[S].
