大底盘地下室（精选八篇）
大底盘地下室 篇1
1 工程实例
江苏某高档住宅小区，一层大底盘地下室上4幢高层住宅，为便于分析比较，仅选取双向3跨非住宅范围地下室顶板为研究对象，柱网8.2 m×6.0 m，柱截面500 mm×600 mm，覆土1.5 m，车库顶板覆土荷载，考虑土中含水，取土与水重度为20 k N/m3，地下室顶板施工荷载为5 k N/m2，消防车荷载国家荷载规范要求不小于20 k N/m2;梁板钢筋均采用HRB400，对地下车库顶板结构布置采用以上两种方案，结构计算分析采用中国建筑科学研究院编PKPM软件。方案一:长向主梁截面500 mm×900 mm，短向主梁为400 mm×800 mm，板厚300 mm。经计算，板配筋长向为C14@200双向，短向为C16@200双向，另外支座处每跨长向附加负筋C14@200，短向支座处每跨附加负筋C16@200。结构布置、梁配筋见图1。方案二:主梁，柱子同方案一，增设十字次梁，梁截面300 mm×700 mm，板跨居中布置。根据GB 50108-2008地下工程防水技术规范4.1.7条，地下室顶板厚度取250 mm，经计算板配筋两个方向均为C12@200，结构布置、梁配筋见图2。
2 计算结果分析
2.1 工程造价
两种方案混凝土和钢筋用量比较见表1。
本研究区面积442.8 m2，由表1得出混凝土平均单方质量方案一为0.41 m3/m2，方案二为0.403 m3/m2;钢筋平均单方质量方案一为0.096 t/m2，方案二为0.070 t/m2，材料单价按本工程施工时期各项材料市场价格计算。其中普通钢筋综合单价6 500元/t，混凝土综合单价440元/m3，方案一单方造价为804元/m2，方案二单方造价为632元/m2，方案二比方案一造价可以节约21%，经济效益显著。
2.2 结构方案
1)结构抗震性能。
结构是作为一个各种构件所组成的整体系统来受力的，结构冗余度对结构的延性能力影响很大，延性在结构的抗震中起着关键作用，在罕遇地震作用下，结构承载力储备难以满足时，通过变形能力储备，利用延性来耗散地震输入的能量，避免罕遇地震下结构的倒塌破坏。从抗震性能来看，显然十字形次梁布置方案更符合抗震概念设计的要求，具有较多的结构冗余度，良好的延性，结构体系更加合理。
2)地下室抗浮。
该工程由于地下水位较高，因此存在抗浮问题。增加地下室重量是解决抗浮问题的一个直接有效的办法。抗浮荷载主要有土重、地下室顶板、底板、梁、柱等结构自重，方案一:抗浮荷载为便于比较不考虑地下室底板及柱子G1=1.5×10×442.8+(49.11+132.84)×25=11 190.75 k N，方案二:G2=1.5×10×442.8+(49.11+132.84)×25=11 103 k N。方案二比方案一抗浮荷载减少87.75 k N，仅减少约0.8%，主要是因为地下室顶板结构自重相比覆土来说所占比重较小，因此抗浮荷载重量方案一、二相当。
2.3 施工
方案二较方案一梁总数较多，方案一模板需要674 m2，十字形次梁布置方案模板需要792 m2，模板减少17.5%，很显然无次梁的主梁布置方案施工方便，对工期较紧的工程来说这种方案有较大的优势，同时无次梁的主梁布置方案也有利于消防喷淋管线的布设。
3 设计总结
对一般情况下覆土1.5 m，考虑消防车荷载的地下车库顶板而言，十字形次梁布置方案比无次梁的主梁布置方案有良好的经济性和结构性能。比较发现，本工程主要是无次梁的主梁布置方案板的配筋较十字形次梁布置方案大很多，才导致其造价增多，如果覆土较浅，活荷载也较小的情况下，方案一板的配筋会大幅减少，采用无次梁的主梁布置方案在控制经济性和施工进度方面是有意义的。
因此，对一般工程而言根据地下室顶板规模、荷载情况等方面进行综合比选是有必要的。
摘要：对大底盘地下室顶板在结构设计中的两种常见做法,从设计、施工、经济三个方面结合实例进行了比较,从而得出对一般的车库顶板而言十字形次梁布置方案比无次梁的主梁布置方案有良好的经济性和结构性能,而无次梁的主梁布置方案在施工进度方面具有一定的优势的结论。
关键词：车库顶板,结构冗余度,十字形次梁
参考文献
[1]GB 50011-2010,建筑抗震设计规范[S].
[2]叶列平,曲哲,陆新征.提高建筑结构抗地震倒塌能力的设计思路与方法[J].建筑结构学报,2008,29(4):42-50.
[3]GB 50108-2008,地下工程防水技术规范[S].
[4]GB 50009-2001,建筑结构荷载规范(2006版)[S].
大底盘多塔楼结构设计研究论文 篇2
3结语
随着我国城镇化的不断推进，城市人口日益增多，使得城市土地资源匮乏，所以开发商在开发土地建设建筑时需要科学、合理的进行大底盘多塔楼结构方案设计，充分发挥大底盘多塔楼结构的作用，提高土地资源的利用率，并且最大限度的满足不同的功能需求，使城市居民有一个良好的、舒适的居住环境。所以，科学的进行大底盘多塔楼结构设计，对于建设良好的建筑有很大作用。
参考文献:
[1]冯玉梅.关于高层建筑结构设计中大底盘、多塔楼、高位转换的设计要点及关键技术[J].城市建设理论研究(电子版)，(6).
[2]阮兴群，张玉明.大底盘多塔楼结构设计的几点体会[C].山东建筑学会建筑结构专业委员、山东土木工程学会工程设计及电算专业委员会学术交流会论文集.:193～196.
大底盘地下室 篇3
关键词：地下室,超长结构,大底盘,多塔楼
1 概述
改革开放以来, 我国建筑业发展很快, 新建住宅小区规模越来越大, 小区景观设计、绿化用地与迅猛增长的停车场矛盾日益突出。因此近几年国内出现了很多整体式大底盘地下室上部多塔楼的建筑结构体系, 而且地下室愈做愈大, 地下室层数也愈来愈多, 上部独立的塔楼幢数也愈来愈多, 层数愈来愈高。这种严重超长超宽整体式大底盘地下室上部多塔楼结构设计问题, 也是一个比较困难和复杂的问题。
2 结构设计方法与处理措施
2.1 整体地下室顶板作为上部结构的嵌固端的设计方法
地下室连成整体而地上分为若干个独立塔楼结构:首先应将地下室顶板作为上部结构的嵌固端, 这样这种结构就可以认为不属于《高层建筑混凝土结构技术规程》第十章大底盘上多塔楼的复杂高层建筑结构, 不必执行《高层建筑混凝土结构技术规程》第10.6的有关规定, 地下室顶板以上各个塔楼可以各自独立计算。要保证地下室顶板作为上部结构的嵌固端, 地下室顶板必须要符合《建筑抗震设计规范》第6.1.14条和《高层建筑混凝土结构技术规程》第3.6.3条相关规定。要求地下室顶板厚度应≥180, 混凝土强度等级≥C30, 地下室顶板双层双向配筋, 每个方向配筋率应≥0.25%;地下室结构的楼层侧向刚度应大于首层侧向刚度的2倍, 地下室柱截面每侧的纵向钢筋面积除满足计算要求外, 尚应大于地上一层对应柱每侧纵筋面积的1.1倍要求, 设计最好采用增加截面b边、h边的纵筋数量达到1.1倍, 增加纵筋不必伸到地下室顶板层以上, 只须在地下室顶板层梁板内锚固即可, 同时梁端顶面和底面的纵向钢筋面积均应比计算增大10%以上。以上措施在设计中都是比较容易做到的, 地下室的刚度一般都能大于首层刚度的2倍。
2.2 整体地下室超长超宽的处理方法
这种超长超宽上部荷重非常悬殊的整体地下室设计也是很难的。若将地下室按照上部化分为若干个独立单元, 则要在分缝处设双墙填砂形成侧限, 这样地下车库空间不好使用, 防水问题复杂, 工程费用增加, 业主和建筑师都不会同意。对于这种地下室, 要保证绝对不出现一点裂缝也是不太现实的。因此为防止地下室混凝土收缩应力和温度应力产生裂缝, 通常采取以下综合措施:设混凝土后浇带、混凝土中加膨胀剂和抗裂纤维、适当地提高配筋率、施加预加应力等。另外, 提高施工质量, 合理选择材料, 加强混凝土的养护, 搞好保温隔热, 减小混凝土的收缩和温度变形也是很重要的。
后浇带的设置分为二种: (1) 沉降性后浇带, 设置在上部荷重相差悬殊的主裙楼之间, 主要考虑基础的差异沉降, 此缝必须待主楼封顶, 沉降观测稳定后才能封闭。对于筏板基础沉降后浇带可设置在与高层建筑相邻裙房的第一跨内。 (2) 伸缩性后浇带, 主要用于超长结构, 减少混凝土的收缩应力, 一般在混凝土浇筑60d后才可以封闭, 但通常为了赶工期, 在45d后就封闭, 此时收缩大约完成60%, 能有效地限制收缩裂缝。伸缩性后浇带间距一般宜为30~40m。
以上二种后浇带均应设置在梁跨内力较小的3分点处。后浇带处板、墙钢筋宜断开搭接, 梁主筋可不断。封闭时必须将后浇带内松散石子打掉, 清洗干净, 用强度等级提高一级的补偿收缩混凝土浇注密实, 要特别加强养护, 尤其是早期养护。
对于混凝土中添加的膨胀剂, 目前品种很多, 一般常用的有UEA、HEA、JM3、低碱明矾石膨胀剂等, 对于膨胀剂的掺量通常应以限制膨胀率来控制, 且含碱量必须严格控制, 要通过试验来确定膨胀率。具体可参考膨胀剂国家标准:GB23439-2009。一般地下室底板顶板膨胀率≥0.025%, 墙板≥10.03%, 后浇带部位≥0.035%。合理地使用膨胀剂, 能在混凝土中有效地减小收缩应力, 提高混凝土抗裂、抗渗性能, 对地下室防水能起到良好的效果。
超长超宽结构, 适当地提高配筋率是非常必要的, 尤其是对结构的薄弱环节和部位加强。对结构施加预应力来抵消混凝土的温度和收缩应力, 宜由预应力专业单位进行设计。对于地下室混凝土的水灰比控制、原材料的选择、施工工艺的控制, 如降低大体积混凝土水化热、搞好保温隔热、加强混凝土养护, 也是防止超长超宽地下室混凝土收缩和温度应力产生裂缝的重要环节。
3 结束语
在采取多项技术措施的前提下, 将整体地下室顶板作为上部结构嵌固端, 可以避免结构成为大底盘多塔楼复杂结构;取消变形缝, 实现建筑物地下室超长超宽无一道永久缝的设计。
大底盘地下室 篇4
某超高层住宅小区, 总建筑面积约60万平方米, 分为南北两个区域。北区有四栋超高层住宅, 建筑高度约150米, 主体结构采用钢筋混凝土剪力墙结构, 四栋高层共用一个三层地下室。其中地下三层为人防区域, 地下二层~地下一层均为车库及设备用房, 顶板覆土厚度达2米, 主要功能为停车场及中央公园。本工程结构嵌固端设在顶板板面, 故主楼及其相邻区域范围内地下室采用现浇梁板式结构体系;主楼范围外地下室主要作为停车库使用, 为满足设备布线及建筑净高要求, 采用无梁楼盖体系。纯地下室部分柱网大部分为8.4mx8.4m正方形区格, 布置较为均匀。为了探讨无梁楼盖体系在本工程地下室中的合理性, 特建立了三个模型, 对两个不同荷载区域的楼板进行了经济性比对。
1.1 纯地下室部分结构方案的对比:
常用的结构形式为井字梁结构体系、无次梁梁板式结构体系以及无梁楼盖结构体系。现通过对三种结构布置方案的工程量统计, 分析无梁楼盖在经济性方面的优点:
1.1.1 人防区顶板设计对比:
选取位置:本工程地下二层楼板面 (人防区顶板) ,
恒载:3.0k N/m2,
活载:5.0k N/m2,
人防荷载:55 k N/m2,
建筑布置:8.4米x8.4米标准区格, 双向各8跨, 边长67.2米;
采用以下几种结构布置方案进行比较:
A.井字梁结构布置方案:采用梁板式结构体系, 设置井字形次梁, 平面简图如下所示。
梁板体系结构平面图
梁板体系梁平法施工图
因人防规范要求, 楼板最小厚度为250mm, 按照配筋率1.5%控制框架梁配筋, 满足设计要求的前提下, 工程量如下表所示:
B.大板块布置方案:
采用梁板式结构体系, 不设次梁, 平面简图如下所示:
梁板体系结构平面图
梁板体系梁平法施工图
因人防规范要求, 楼板最小厚度为250mm, 按照配筋率1.5%控制框架梁配筋, 满足设计要求的前提下, 工程量如图所示:
C.无梁楼盖布置方案:
采用板柱结构体系, 柱帽尺寸2600×2600×750, 板厚350mm, 计算工程量如图所示:
1.1.2 覆土顶板 (非人防) 设计对比:
选取位置:本工程一层结构板面 (覆土顶板) ,
恒载:36k N/m2,
活载:4.0k N/m2,
建筑布置:8.4米x8.4米标准区格, 双向各8跨, 边长67.2米;
采用以下几种结构布置方案进行比较:
A.井字梁结构布置方案:
采用梁板式结构体系, 设置井字形次梁, 平面简图如下所示:
梁板体系梁平法施工图
梁板体系结构平面图
顶板作为上部结构嵌固端, 楼板厚度取180mm, 按照配筋率1.5%控制框架梁配筋, 满足设计要求的前提下, 工程量如图所示:
B.大板块布置方案:
采用梁板式结构体系, 不设次梁, 平面简图如下所示:
梁板体系梁平法施工图
梁板体系结构平面图
顶板作为上部结构嵌固端, 楼板厚度取350mm, 按照配筋率1.5%控制框架梁配筋, 满足设计要求的前提下, 工程量如图所示:
C.无梁楼盖布置方案:
采用板柱结构体系, 柱帽尺寸2600×2600×900, 板厚500mm, 计算工程量如图所示:
三种方案对比分析:
地下室人防区顶板三类型结构体系造价归纳如下:
(1) 带次梁的梁板式结构体系:用钢量:331.369吨, 砼1818.472吨
(2) 无次梁的梁板式结构体系:用钢量:258.662吨, 砼1507.840吨
(3) 无梁楼盖结构体系:用钢量:194.738吨, 砼1603.9吨
地下室覆土顶板的三类型结构体系造价归纳如下:
(1) 带次梁的梁板式结构体系:用钢量:306.216吨, 砼1579.733吨
(2) 无次梁的梁板式结构体系:用钢量:309.539吨, 砼1877.120吨
(3) 无梁楼盖结构体系:用钢量:248.388吨, 砼2301.285吨
由以上两组述数据可知:
A、在人防地下室设计中, 因人防构造规定了楼板的最小厚度, 在相同荷载条件下, 无梁楼盖体系用钢量最少, 仅为无次梁的梁板式结构体系的75.2%, 为带次梁的梁板式结构体系的58.7%;同时混凝土方量仅为无次梁的梁板式结构体系的106.3%, 为带次梁的梁板式结构体系的88.2%;
地下室顶板设计中, 因嵌固层的构造要求, 楼板最小厚度不得小于180, 在相同荷载条件下, 无梁楼盖体系经济性优势明显, 用钢量为无次梁的梁板式结构体系的80.2%, 为带次梁的梁板式结构体系的81%;但混凝土方量略大, 为无次梁的梁板式结构体系的122.5%, 为带次梁的梁板式结构体系的145.7%;
地下室局部剖面图
B、在本工程地下室设计中, 无梁楼盖体系相对梁板式体系, 每层降低了1000-350=650mm的层高, 节省土方、基坑、施工降水、外墙、外墙防水、柱子、内墙、各类竖向管 (井) 道的费用、水平消防及通风设备的材料与安装费用、各类给排水设备与通信器材的费用等综合造价。若本层地下室层高降低650mm, 根据每降低10cm层高节省1.5%的综合造价计算, 当前地下室综合造价在2000元/m2以上, 本层可额外节省的综合造价约为1.5%x2000x650/100=195元/m2。本工程设三层地下室, 层高分别为3.6米、3.4米、4.1米;
若按每层平均减少层高550mm计算, 则额外节省的工程造价达495元。在同样的建筑使用面积情况下, 大大减少了地下室深度, 经济性明显。
C、无梁楼盖体系构造简单, 施工方便迅速。相对梁板式结构体系而言, 无梁楼盖的施工减少了10~20%的砼与钢筋工作量, 减少35%板安装及裁剪, 在节省模板材料及缩短工期方面有着梁板式体系无法比拟的优势。
2 无梁楼盖的设计要点及体会:
2.1 常用计算方法:
无梁楼盖属于双向受力楼盖, 板内钢筋沿双向布置, 但柱中心线不设梁, 荷载直接由板传递给柱。其受力可视为支承在柱上的交叉板带体系, 分析时可近似地将其看成扁梁 (板带) -柱体系。跨中板带相当于次梁, 柱上板带相当于主梁。在地震作用下, 无梁楼盖体系中板柱节点将产生不平衡弯矩, 这种不平衡弯矩的反复作用将严重影响节点的承载力, 因此无梁楼盖体系中板柱节点是抗冲切和抗震的薄弱环节, 节点的破坏是导致结构破坏的主要原因。对于地下室无梁楼盖体系, 由于地下室受水平地震影响作用较小, 采用无梁楼盖体系是可行的。
无梁楼盖一般采用直接设计法和等代框架法计算, 但这两种方法仅在无梁楼盖具有较规则框架柱网的条件下才能应用, 因此, 在实际工程中, 我们一般通过有限元程序对计算结果进行精确分析, 并采用直接法和等代框架法对计算结果进行验算校核。
2.1.1 直接法
直接法即经验系数法, 是在试验研究与实践经验的基础上提出来的, 计算时只要算出总弯矩, 再乘上弯矩分配系数, 即得各截面的弯矩。但此法适用于比较规则的框架, 且必须符合下列条件:
(1) 每个方向至少有三个连续跨;
(2) 同一方向上的最大跨度与最小跨度之比应不大于1.2, 且两端跨不大于相邻的内跨;
(3) 任一区格的长边与短边之比应不大于1.5;
(4) 活荷载与静荷载之比应不大于3。
与其他两种计算分析方法相比, 直接法简便快捷, 计算直观, 但适用范围存在一定限制。在设计中需要注意的是, 此方法只能计算出柱帽中心位置的弯矩, 而柱帽边则因截面突变可能出现配筋不足的情况。因此, 工程设计中对柱帽边楼板负筋还需要另行复核。
2.1.2 等代框架法
等代框架法, 即将整个无梁楼盖结构分为沿纵、横柱列方向划分为纵、横两个方向的等代框架。等代框架的梁的宽度为竖向荷载作用时, 取板跨中心线之间的距离;为水平荷载作用时, 则取板跨中心线之间距离的一半较为适宜。等代框架梁的高度取板的厚度。等代框架梁的跨度, 取等于lx-2c/3或ly-2c/3, c为柱帽宽度。等代框架的计算高度, 对于楼层, 取层高减去柱帽的高度;对于底层, 取基础顶面至该层楼板顶面的高度减去柱帽的高度。
当仅有竖向荷载时, 等代框架可近似的按分层法计算:所计算楼板均看作上层柱的固定远端.这就将一个等代的多层框架的计算变为简单的二层或一层 (对顶层) 框架的计算.计算中应考虑活荷载的不利组合, 最后得出的等代框架梁弯矩值, 按系数分配给柱上板带和跨中板带。
对于无梁楼盖结构来说, 由于没有梁和柱子相连, 我们必须按照规范中的规定将板简化为双向等代框架梁进行计算。因此, 在用PMCAD对无梁楼盖进行人机交互式建模时, 就需要按等代框架的原理将楼板换算成相同刚度的框架梁输入模型, 进行整体计算。需要注意的是, 在SLABCAD按照有限元分析楼板受力配筋的阶段, 结构的各框架梁应作为虚梁 (100x100截面) 输入。
等代框架法的适用范围为任一区格的长跨与短跨之比不大于2;可用于经验系数法受到限制的情况, 如双跨结构、不等跨结构、活荷载过大的结构、不同的竖向荷载和水平荷载等。由于等待框架法采用的是将楼板等刚度代换为框架梁的计算思路, 相应的计算过程较为复杂, 不适合手算复核, 在实际工程中是在整体分析和程序验算中使用。
2.1.3 精确分析计算方法
精确分析法一般采用有限元程序进行计算, 是目前适用范围最广的方法。该方法通过有限元计算程序, 对一些边界条件复杂, 楼板区格不规则的无梁楼盖做到准确分析。工程设计中除了上述的以等刚度代换框架梁的计算方法外, 还可以通过定义弹性板来实现有限元程序对无梁楼盖的整体分析。具体做法如下:
在采用SATWE软件分析无梁楼盖结构时, 由于SATWE软件具有考虑楼板弹性变形的功能, 可以采用弹性楼板单元较为真实的模拟楼板的刚度和计算变形, 即定义无梁楼板为弹性板6。因此就不用将楼板简化为双向等代框架梁体系, 而是通过设置虚梁定义楼板边界, 直接对无梁楼盖体系进行三维分析计算, 但在边界处及开洞处仍应布置实梁, 在构造上满足规范的要求。模型建立后就可以使用SATWE软件对无梁楼盖结构进行三维整体分析计算。必须注意的是, 由于定义了弹性楼板, 必须选择总刚算法进行计算。
与前两种方法相比较, 有限元计算方法极大地节省了设计中的计算时间, 提高了效率, 同时对异形复杂楼板都能够加以精确的分析计算, 是符合当前阶段设计工作要求的电算方案。但由于某些电算软件程序的不成熟, 有限元分析过程中会出现一些错误, 如柱帽底部钢筋过大, 相同条件下配筋相差较多等问题, 需要引起足够的重视。在设计过程中, 应采用有限元计算为主, 同时加以直接法、等待框架法复核结果的方案, 才能保证工程质量, 同时节省造价。
2.2 构造措施
2.2.1 无梁楼盖的板厚, 一般可取最大跨度的1/35~1/32 (有柱帽时取小值) , 且最小值不得小于150mm;
2.2.2 无梁楼盖应在四周设置圈梁, 圈梁的高度不得小于板厚的2.5倍及板跨的1/5, 圈梁的作用是承受无梁板传递的扭矩, 因此应对其抗扭钢筋及箍筋进行加强, 同时梁宽宜适当放大;
2.2.3 柱帽作用主要是抗冲切, 因此构造上宜设置箍筋。箍筋设置方案与框架梁相似, 主要分布于柱宽范围内, 间距应小于1/3 (h0) 。规范及教科书未提及柱帽底部钢筋的计算要求, 且此位置不是受力区域, 可按架立筋布置。
3 小结
由上文可以得知, 无梁楼盖适用于荷载较大, 并且对楼板厚度有一定要求的区域, 因此在地下室结构特别是存在人防要求的结构中, 无梁楼盖的各项优异性能可以得到最大化的体现, 在混凝土使用量相近的情况下大大节省钢筋。较梁板体系而言, 无梁楼盖拥有经济与时间上的优势, 可以在一定程度上减少造价, 缩短工期, 同时为建筑空间的最大化使用提供有利条件。
随着近年来我国经济及房地产市场的持续发展, 高层建筑及超高层建筑越来越多。由于高层建筑本身对埋置深度就有一定的要求, 以及人防、车库等建筑设计的需要, 使得多层地下室在高层建筑设计中越来越普遍。在这种趋势下, 无梁楼盖体系的应用将受到越来越多工程师的亲睐。根据工程所在地实际情况, 分析最适宜的结构类型, 在保证安全的前提下最大化地利用资源, 是我们在设计工作中需要重视的内容。
摘要：在高层建筑设计中, 地下室及基础的费用约占整个工程的20%30%。因此, 地下室结构体系的选型对控制工程造价存在较大的影响。本文通过工程比对, 论证了地下室采用无梁楼盖结构体系的特点及优势, 并介绍无梁楼盖结构设计的一般方法, 以供参考。
关键词：高层建筑地下室,无梁楼盖,经济性,设计方法
参考文献
[1]滕志明.钢筋混凝土基本构件[M].北京:清华大学出版社, 1987.
[2]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB 50010-2010混凝土结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2011.
大底盘地下室 篇5
1 大底盘地下车库人防地下室结构设计要点
根据《人民防空法》和国家有关规定,新建民用建筑应结合修建一定数量的防空地下室,本着平战结合的原则,许多新建住宅和商业项目均利用与主楼相连的单建地下室修建人防地下室,平时可以利用作为汽车库。这类大底盘地下室由于连接裙房及地下车库,结构长度超过规范规定的伸缩缝最大间距的工程已相当普遍。往往长度超过100 m,甚至几百米,在超长地下室结构中考虑的主要问题是基础及地下室外墙的裂缝问题,人防工程混凝土构件尺寸较大,一次性浇筑量较多,因混凝土水化热及其他因素影响较易出现裂缝。根据大量工程实际经验,结构裂缝成因复杂,难以避免。为控制和减少超长结构地下室混凝土墙板裂缝的出现可采取下列措施。
1.1 超长地下室结构处理措施
1)采用相对低标号混凝土,在满足承载能力和防水要求的前提下,混凝土标号已在C25～C35范围内选用。可掺入粉煤灰,利用60 d后强度。
2)混凝土中的水泥采用水化热低的品种,例如矿渣硅酸盐水泥,骨料级配及水灰比严格控制,控制水化热的升温,使结构构件的内部和表面的温差不大于25 ℃,并对混凝土加强养护。
3)在结构中设置后浇带,减少混凝土的收缩应力影响。
4)在混凝土中掺加膨胀剂,利用膨胀剂的补偿收缩功能,减少混凝土硬化过程中的收缩应力,膨胀剂掺量应咨询厂家,以达到最佳效果。
5)墙体中的水平分布钢筋宜采用变形钢筋,间距不宜大于150 mm,配筋率不宜小于0.5%。
6)底板较厚时,混凝土采用分层浇筑,阶梯式推进,在每层混凝土初凝前完成上层浇筑。
虽然很难完全避免超长结构混凝土裂缝的出现,但采用以上措施可以有效的控制和减少混凝土裂缝出现的概率。
1.2 裙房和单建地下车库的抗浮问题
郑州市东部地下水位较浅,主楼自重很大,一般不需要进行抗浮验算,如果多层或单层裙房的地下室埋置深度较深,或仅有单建式地下车库,上部无建筑物,这时就要考虑地下室结构上浮的问题,进行抗浮验算。
进行结构抗浮验算首先要确定的就是抗浮水位,这主要由地质勘查部门所做的岩土工程勘查报告给出,岩土工程勘查报告应提供用于抗浮验算的最不利水位作为依据。目前地下结构所采用的抗浮措施主要有两大类:1)抗力平衡型,如在结构上覆土增加结构自重,或采用抗拔桩或抗拔锚杆,使结构抗力与地下水的浮力平衡,达到建筑物抗浮的目的,验算时抗浮荷载按规范要求要乘以0.9的系数;2)浮力消除型,通过疏排水系统,使地下水位保持在预定标高之下,减少地下水对结构产生的浮力影响,达到抗浮的效果。单建式地下车库上部往往需要进行绿化种植,需要一定的覆土厚度,地下室底板做成上翻梁并在上覆土,可以减少底板防水的施工难度,所以在地下室顶底板进行覆土既可增加结构自重,又可以满足平时的一些使用功能要求,是一种简单有效的抗浮措施。当不具备覆土条件时,可采用筏型基础加抗拔桩或抗拔锚杆来平衡浮力,但施工较复杂且成本较高。抗力平衡型,由于施工方便,工艺成熟,近年来被广泛采用,郑州市很多工程也都是采用抗力平衡型抗浮措施。浮力消除型应用的较少,这主要是因为对地下水的认识和理解不够,以及对疏导措施的可靠度的担心,其实这种措施在理论和技术上都是可行的,排水系统盲沟所用的材料主要是碎石,强度远高于地基土,不会影响地基承载力。如果地下水位多数时间位于较低水平,只在偶尔季节变幅范围内影响建筑物,采用浮力消除型措施,可在经济效益上比抗力平衡型有相当的优势。但若是地下水位长期处于较高水位,地下室一直处于较大浮力作用下,这时宜采用抗力平衡型的抗浮措施,确保结构安全。
另外要注意的一点就是施工时的抗浮措施,这一点常被忽视,对地下水位较高的工程,施工地下室时主要是采用基坑降水措施来解决施工期间地下水的影响,施工人员如果不关注降水的情况,在主体结构还未封顶,或抗浮荷载还未达到要求的时候停止降水,地下室就会因为水位回升无法抵抗浮力而产生施工期间地下室的整体上浮。根据《地下工程防水技术规范》第十章的相关规定“明挖法地下室防水施工时,地下水应降至工程底部最低高程500 mm以下。降水作用应持续至回填完毕”。因此在设计中应注意强调施工中的抗浮措施和降水要求及终止降水的条件。
1.3 基础选型与沉降差处理
高层主楼与地下车库同时划作人防地下室,基础选型主要有以下几种:1)高层主楼采用桩基或复合地基,单建车库部分采用天然地基满堂基础,如箱基或片筏基础。地下水位较浅时多采用这种基础形式。郑州市正弘旗小区人防地下车库采用的就是这种基础形式,地上3栋30层主楼与地下1层车库相连,地下水位在地下1.5 m。这类基础设计要点是要考虑单建部分抗浮能力。2)高层主楼采用桩基或复合地基,单建车库部分采用天然地基条型基础或独立基础外加防水底板,在地下水位较深的地方,这种基础形式应用较为普遍且最为经济。此类基础设计要点是防水底板上要考虑一定的人防荷载。郑州市响水湾住宅小区地下车库采用的是这种基础形式,地上2栋12层主楼,中间为地下车库,主楼采用筏基,车库采用独立基础加防水板。3)高层主楼和单建地下车库基础均采用桩基附加防水底板、荷载取值、地基承载力确定各自的桩基直径、长度、数量,这种基础形式沉降均匀,整体性好,但成本较高,在上海等地应用较多。
由于人防地下室要求密闭,且在防护单元内不能设沉降缝,实际设计中往往将主楼和地下车库的基础连为一个整体,此时结构间的相互沉降差就将是结构设计中需考虑的一个极其重要的问题,这不但关系到结构安全,还关系到工程造价,为了使高层主楼与单建车库部分基础沉降差控制在规范允许范围内可采用下列不同措施:1)条件允许先施工主楼待主楼结顶后再施工地下车库,这样主楼沉降先进行,可以大大减少与车库的沉降差。2)如果同时进行施工的话,在主楼与地下车库连接部位设置沉降后浇带。设置后浇带可起到两种作用:a.平衡主楼和单建部分的沉降差,待主楼沉降稳定后再进行浇筑,连为整体。b.释放施工期间混凝土硬化过程中的收缩应力,代替温度后浇带的作用,实际工程中高层加大底盘的人防地下室常常将温度后浇带和沉降后浇带同时设置。后浇带施工时应注意,如果地下水位较浅,需进行降水,但若要等到主楼沉降稳定后再停止降水的话,将是一笔很大的开支,故当沉降后浇带还未浇筑,结构及回填土重量已满足抗浮要求时,为降低成本可在基础底板和外墙设置抗水板,可停止降水。
2 工程实例分析
位于郑州市郑东新区的中义·阿卡迪亚住宅小区所配建的地下车库是一个比较典型的实例。拟建地下车库位于小区中央,有两座高层住宅楼与地下车库连为一体,地下室平时为小区的微型汽车库,战时功能为防护等级为五级的人防工程,分两个防护单元,一个为战时物资库,一个为二等人员掩蔽部。
由于东区的地下水位较高,按地质勘查部门提供的地质报告,地下水位最高位于地面下1 m。因此本工程设计时主要考虑的因素就是地下水对地下车库的浮力问题,以及解决主楼与车库相连部位的沉降差问题。基于本工程的水文地质情况,地下车库的基础选型采用梁板式筏型基础,这种基础形式整体性和防水性能均比较好,适用于这种地下水位长期位于地下室底板标高以上的工程。地下室基础埋深5 m,按照地下水位1 m计算,地下水产生的浮力约为40 kPa,地下室主体结构自重约为25 kPa,无法平衡地下水的浮力,必须采取抗浮措施。由于地下室顶板上为小区的休闲空地,有很多绿化种植,按绿化要求需要进行一定的覆土,综合本地经验和工程实际情况,采用配重抗浮措施,在顶板上回填1.8 m厚的土,这样既能达到配重抗浮的目的,也能兼顾平时绿化的需求,一举两得。
本工程为五级人防地下室,按规范规定人防地下室内部不得设置沉降缝,需要将主楼和地下车库一起整体浇筑。这样就需要解决主楼和地下车库的沉降差问题。本工程采用在主楼与车库之间设置沉降后浇带的方法解决(见图1),待主楼施工完成沉降稳定后再进行浇筑。由于地下室整体长度较长,为释放施工期间混凝土硬化过程中的收缩应力,采用设置温度后浇带来解决。对于人防工程,后浇带设置还有一个特殊要求,由于防化要求人防地下室的部分房间需要整体浇筑,因此后浇带的设置位置应避开人防工程的防毒通道,密闭通道,滤毒室等有防护密闭要求的部位。后浇带的构造如图2所示。
3 结语
随着城市地下空间开发利用的程度提高,人防工程规划建设的力度加大,地下结构越来越多,人防工程在满足人防防护要求确保战备效益的前提下,应充分发挥社会效益和经济效益。本文针对高层加单建地下车库型人防地下室设计施工过程中存在的主要疑难问题,如结构的抗裂、抗浮、基础选型以及沉降处理进行了深入的探讨,并提出了合理解决方案供设计人员选择。本文的研究体现了人防工程“重点建设、平战结合”的设计方针,为人防工程结构的安全保障提供了参考依据。
摘要：针对人防工程平战两用功能的特点,分析了人防工程在结构设计中需要考虑的抗浮,裂缝处理,基础选型及沉降差处理等问题,并给出一些相应的处理办法,分析表明,采用该设计方法可以有效提高人防工程的平战结合功能,提高了社会效益和经济效益。
关键词：人防地下室,超长结构,抗浮,沉降差,基础
参考文献
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大底盘结构设计与计算分析 篇6
关键词：大底盘结构,结构设计,结构计算
随着人们对生活水平的逐渐提高, 对于住宅配套工程的停车空间等需求原来越大, 在多栋高层建筑的底部为满足人们的需要通常会采用大底盘设计, 本文主要以具体工程为例, 结合结构特点, 分析大底盘结构设计与计算。
1 工程概述
本工程由两层地下室、裙楼和主楼组成, 属于商住两用的综合建筑, 总高度为96.6m, 总建筑面积设计为70540㎡, 地下室2层为人防地下室, 平时作为停车库, 总建筑面积为11260㎡, 地下室一层总建筑面积为11190㎡, 裙楼1~3层为商场, 4~5层为备用层, 5层以上为住宅层。本工程设计抗震防烈度等级为8度第一组, 建筑场地类别为III类。在主楼的设计中采用了筏板基础和灌注桩设计。
依照建筑的使用要求和规范要求, 主楼建筑结构采用的是现浇钢筋混凝土框架, 在平面设计中, 剪力墙设计在楼梯和电梯间, 楼盖梁采用的是宽扁梁设计。在地下室的平面设计中, 外墙采用钢筋混凝土, 停车场柱网设计为8.4m。在剪力墙的设计中, 车库楼梯、通风道等处设置了剪力墙保证高层建筑的抗震力。
2 大底盘结构计算
在本计算中采用的是SATWE软件, 考虑了逆转藕联, 整体结构的设计采用抗震分析计算, 结构的振型结构和自振周期见表1, 以扭转为主和以平动为主的第一周期相差0.82s, 设计要求符合JGJ3-1020中的规定。
每个振型的侧振成分和扭转成分之和均为1.0, 测针振型的异地周期和第二周期很接近。在常规的剪力墙结构的设计中, 自振周期一般设定为 (0.06~0.12) n, n代表建筑物的楼层数, 从表1中可以看出本工程属于一般的剪力墙结构设计。
从计算的振型图中, 可以得到以扭转为主的振型主要集中在在了前三个振型中, 这与结构平面以及机构整体刚度相关, 31层以上的机房质量和刚度最小, 顶层转角最大, 如图1所示。在裙楼高度内, 结构变形很少, 住宅的楼层越高位移逐渐加大, 说明在此设计中主楼结构的震动受到裙楼的设计影响, 在地震作用下在顶层X向出现最大位移角, 在第15层出现Y向最大位移角, 结构最大位移和位移角见表2。
在验算计算结果中, 采用了时程分析法计算弹性时程时程分析法与底部件立法最大的差别在于能够计算出每一时刻存在的地震应力。建筑物结构自振周期要比地震波的持续时间大3~4倍, 地震波的时间间隔取0.2s, 建筑物结构基本自振周期需要超过12s, 输入地震最大减速度为70cm/s2, 分析弹性时程结果, 每个计算结果都必须大于振型分解底部剪力的65%。
在桩基承载力计算中, 地下车库部分设计的人工挖孔桩直径0.9m, 桩端阻力特征值为1100k Pa, 要求桩端进图持力层至少2m, 若是取扩大头直径为2m, 依照设计要求, 单桩竖向承载力特征值为Quk=Qsk+Qpk=2746, 满足竖向承载力的要求, 桩身强度为0.65Fc A=3707, 满足要求, 式中A为桩身面积。
在地基变形验算中, 桩身刚度与地基相比认为是无限大, 桩底沉降部分包括群桩效应、桩身压缩变形等。在桩顶外荷载作用下, 桩底土的竖向应力较小, 在平面上的竖向压力为1.5D, 桩距若是大于1.5D, 群桩效应就很小, 可以不计, 在本工程中桩距全部大于1.5D, 因此在计算中不考虑群桩效应, 由于扩底桩桩长很短, 因此认为有摩擦造成的沉降很小, 不计算。桩顶沉降S=Sbl+Sc, Sb1指的是桩身的压缩变型, Sc指的是桩底土的压缩变型。计算结果见表3。
3 大底盘结构采取的措施
通过以上分析, 可以看出裙楼的刚度对于楼房的振型影响是非常大的, 尤其是底阶振型, 影响更加明显, 裙楼的设计将会直接影响主楼结构的震动, 主楼在裙楼高度范围内结构变形很小, 裙楼以上的高度结构变形就比较大。在此建筑的设计中, 由于结构整体刚度设计并不对称, 因此建筑结构会在水平向地震力的作用下出现扭转, 因此在设计中, 需要增加裙楼屋顶层屋面板的厚度, 保证地震力的传递。
针对本工程计算结果确定结构的最薄弱地方, 为提高抗震性能, 除去一些材料的质量因素之外, 在设计中采用以下措施。主楼6层以下的楼房设计, 框架柱设定了由附加纵向的芯柱, 附加截面积超过柱截面积的0.8%。主楼和裙楼的抗震等级都依照一级进行设计。在地下室的衔接中, 设沉降后浇带, 采用高标号的混凝土浇筑, 由于单桩荷载力较大, 因此在堆载中时间不能过长。针对大体积混凝土的使用, 需要保证混凝土使施工完成后大于设计强度的1.2倍。
主楼的设计核心筒 (主要是楼梯以及电梯) 、建筑1层、建筑4层所采用的楼板需要进行加厚处理, 在这里采用的是双层双向配筋, 严格控制主楼4楼以下剪力墙的轴压比, 加强31层以上的剪力墙配筋。
结语
综上所述, 本文主要以具体工程为例, 分析研究了大底盘结构设计与计算。当前的住宅建筑通常是钢筋混凝土结构体系, 因此需要正确对待超长结构的裂缝问题, 在各个独立单元的设计中需要合理布置结构形式, 为提高建筑的结构安全性和延展性, 可以设计沉降观察点等。
参考文献
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大底盘双塔复杂高层建筑结构设计 篇7
1 双塔连体高层建筑结构特点
1.1 对称性
从对称性来看, 很多一部分的双塔连体结构关于对称轴中的两轴呈基本对称。典型的双塔连体高层建筑有合肥瑞安大厦、天津凯旋门大厦等。然而, 部分连体结构有着相当复杂的构造, 并不关于任何一轴呈现对称, 如上海之江大厦、上海交银金融大厦、上海海怡花园等。连体结构的对称性影响着结构动力特征和受力性能, 之所以, 在研究连体结构的时候, 应当首先按照对称性对其进行分类, 然后分别研究不同类型的连体结构, 最后得出具有普遍意义的论点。
1.2 连体与塔楼的相对刚度
连体与塔楼的相对刚度也是对其分类研究的角度。从这一角度出发, 既有连体刚度相对较小的双塔“弱”连体结构, 例如上海交银金融大厦, 也有如上海证券大厦的“强”连体结构, 这种结构连体的刚度很强。连体和塔楼的相对高度与连体的层数、结构形式、位置、连接形式、结构对称性以及荷载的作用方向等很多因素相关。所以, 在对连体结构进行强连和弱连的划分时, 需要综合考虑上述因素。
1.3 底盘的设置和底盘刚度
从这一方面来看, 出于对建筑功能的考虑, 我们可以对双塔连体结构设置大底盘, 这样的设计建筑有合肥瑞安人厦等, 同时也可以像梅田大厦一样不设置底盘。双塔同时通过设置底盘的连体结构的上部连体以及底部的底盘互相耦联, 较于没有设置底盘的连体结构, 这种连体结构的受力情况要复杂得多, 特别是针对不对称的连体结构, 对其设置底盘, 会使得其受力情况较为复杂。底盘与塔楼的相对刚度受建筑功能和结构体系这两大因素的影响, 如果底盘使用较大大空间的框架剪力墙, 而上部塔楼使用纯剪力墙这种建筑体系, 会使得底盘的侧向刚度很可能和上部塔楼的侧向刚度相接近。而如果上部塔楼的所有竖向构件全部落地, 那么, 底盘的侧向刚度就必须比上部塔楼的侧向刚度要大。特别是在大震的作用力之下, 结构会因产生大幅度的塑性变形, 从而导致受到破坏。因此, 在进行结构设计的过程之中, 需要掌控好二者的侧向刚度比。
2 工程实践
2.1 工程概况
该工程是一个实际工程案例, 组成部分有三大部分, 分别为住宅、写字楼和商业功用。大底盘裙房有三层, 其中, 一层是商业功用, 二和三层是写字楼。在该工程的结构设计要求中, 规定了结构安全等级需要为二级, 抗震设防为丙类, 设计地震分组是第一组。浇钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系为上部结构所使用, 现浇钢筋混凝土梁、板体系为平面布置所使用。受场地条件的制约, 该工程的结构体系下的建筑平面呈现出矩形的状态, 较为细长。
2.2 单塔内力分析及调整
鉴于多塔结构的内力分析比较复杂, 所以可以首先对每个塔块进行单独的内力分析。每一塔块的结构布置、周期和位移等各项计算都应当满足《高层建筑混凝土结构技术规程》 (高规) 的要求。针对塔块中间细颈部分薄弱的问题, 可以在计算的时候, 把连接部位板定义成弹性楼板, 然后进行有限元的计算。在构造上可以扩宽连接板的宽度, 东向凹口补齐, 设计成楼板, 然后加厚连接处楼板的厚度, 通过加宽和加高边梁的方法, 使得整块连接板形成“H”形连接件, 从而加强连接部分的刚度, 以增强整个结构的整体性。
2.3 整体内力分析
在完成单塔分析的基础上, 把塔块和大底盘裙房相拼接, 把结构整体输入计算, 然后得出整体结构计算结果。因为单塔结构布置和刚度分布比较合理, 因而在整体计算的时候, 各项指标都应当满足《高层建筑混凝土结构技术规程》中规定的限值, 在进行设计的时候, 可以根据整体计算结果进行配筋。
2.4 空间协同工作分析
因为上部两个塔楼的结构平面布置不一样, 并且层数相差较大, 因而会导致各塔楼质量和刚度分布会变得不够均匀。而双塔在水平荷载作用之下协同工作的时候, 在结构的内部会出现扭转振动的反应, 对大底盘三层裙房结构会产生很大的拉压应力, 也就是说, 还需要大底盘裙房与之相协调, 才能获得双塔不同的变形。因而, 空间协同工作分析是该项工程结构设计的关键, 通过此种方法做详细具体的应力分析。在了解应力分布情况的基础上, 依照应力分布进行设计和做出相应调整, 与此同时, 在构造上有针对性地加强某些部位。
2.5 振动分析
多塔结构振型尤为复杂, 大底盘上两塔楼的高层建筑的同一振型有着两种不同的振动表现形式。下文对大底盘上两塔楼高层建筑结构抗震分析做简述, 同时计算振型数的选取。通过计算得到结构前6个周期对应的振动曲线。从对该振动曲线图的大致观察和分析, 我们可以看出, 大底盘上两塔楼建筑在振动的时候, 一方面两个塔楼连同底部裙房一起同方向振动, 另一方面两个塔楼之间相对振动。对于本工程大底盘上两塔楼建筑, 每个振型都有两种不同的振动表现形式。从上述的分析, 我们可以得出相关结论, 结论可以用来指导我们下一步正确选取结构计算振型数。因而, 对于单体高层建筑, 在设计时, 水平地震作用效应计算取前n个周期, 而对于大底盘双塔的高层建筑, 则应当选择2n个周期对应的振型。
3 结束语
通过上文的介绍和分析, 可以总结出以下相关结论。在进行这种建筑结构的设计工作之前, 应当首先对单塔进行内力方面的分析工作, 当计算的指标都符合“高规”的要求之后, 然后进行整体性的内力分析。在整体计算的时候, 各项指标都应当满足“高规”的限值, 在设计的时候, 需要依据整体的计算结果进行配筋。除此以外, 大底盘双塔复杂高层建筑结构设计工作还需要在实践的过程中不断探索出新的方向, 从而满足工程实际的需要, 优化建筑结构设计, 进一步推进我国建筑行业的发展。
摘要：随着我国高层建筑的不断发展, 高层结构广泛采用大底盘双塔结构。然而, 双塔结构本身较为复杂, 双塔结构的抗震设计方法和传统结构体系区别较大。本文阐述大底盘双塔复杂高层建筑结构设计。
关键词：大底盘双塔,高层建筑设计,抗震
参考文献
大底盘地下室 篇8
近些年来, 随着建筑新材料、新技术的应用, 高层建筑日益向多功能方向发展, 出现了大底盘多塔楼连体高层结构, 这种结构形式将底部几层公共空间设置为大底盘, 在上部采用两个或两个以上塔楼作为主体结构, 上部塔楼间在某些楼层通过连体 (如连廊) 相连, 使其成为共同的使用空间。大底盘多塔楼连体结构建筑外形独特, 且底盘能创造一个较为宽松的商业空间或共享空间。从而满足投资者多功能的使用要求, 并能获得占地面积小、容积率高等显著的经济效益。因此, 大底盘多塔楼连体结构日益成为高层建筑中的热点。但是连体的出现, 一方面加强了两塔楼之间的联系, 满足了某些特殊的使用功能, 另一方面连体使得塔楼之间相互作用, 这造成大底盘多塔楼连体结构较一般高层建筑相比要复杂得多。因此, 对大底盘多塔楼连体结构进行广泛深入的研究对此类结构形式的工程应用将具有指导作用。
以某大底盘双塔结构为例, 应用有限元软件ANSYS, 采用振型分解反应谱法分别对大底盘双塔结构和大底盘双塔连体结构[1]进行了地震响应计算, 分析了连接体对结构振型、周期、层间位移和层间剪力的影响。
1结构地震响应分析方法
1.1动力特性分析
模态分析是用来确定结构振动特性的方法, 这些振动特性包括结构的固有频率、振型和振型参与系数等。模态分析同时也是其他更为详细动态分析的起点。
模态分析的求解是经典的特征值问题[2,3], 可表示为:
式 (1) 中ωi、[φiJ]、[K]、[M]分别为第i阶模态的圆频率、振型向量、刚度矩阵和质量矩阵。
1.2地震反应谱分析
反应谱理论是以单质点弹性体系在实际地震荷载作用下的响应为依据来对结构的响应进行分析。谱分析是将模态分析的结果与一个已知的谱联系起来计算结构的动力响应。谱曲线反映了外界激励的强度与频率的信息。基于反应谱法进行抗震设计, 其实质是把动力设计问题转化为按静力方法计算[4]。
地震作用效应可按SRSS法 (平方和再开方法) 或CQC法 (完全二次方程法) 进行组合计算。对于平面结构, 可以仅采用SRSS法;对于空间结构, 由于振型耦联, 会产生扭转效应, 应采用CQC法。如求取k方向的总反应的的最大值。
式 (3) 中Ri、Rj分别为第i、j振型的内力。ρij为第j振型与第i振型的相关系数。无论采用何种方法都应保证参与组合的振型数使振型参与等效质量达到总质量的90%[5]。现采用CQC法进行振型组合。
2算例
2.1工程概况
某商业广场结构拟采用框架-剪力墙结构形式, 底部裙房3层, 上部塔楼一栋22层, 另一栋19层, 楼层高均为4.0m, 占地面积2 960m 2, 总建筑面积31 920m 2。平面布置如图1。为了比较连接体的作用, 采用两种设计方案。其中, 设计方案1为大底盘非对称双塔结构, 塔楼间无连体;设计方案2为大底盘非对称双塔连体结构, 低塔顶部设两层连廊, 连廊跨度10m。柱截面为1 200mm×1 200mm, 剪力墙厚300mm, 楼板厚120mm, 混凝土强度等级梁柱取C 40, 板采用C 30。钢筋混凝土的密度取为2 500kg/m 3, 混凝土强度等级梁柱取C 40, 弹性模量取值E=32.5GPa, 板采用C 30, 弹性模量取值E=30GPa, 泊松比取为0.2。
该地区抗震设防烈度为7度, 场地土类别Ⅱ类, 特征周期T=0.40s, 水平地震影响系数最大值α=0.08, 结构阻尼比ζ=0.05。该地区的设计基本地震加速度为0.10g, 设计地震分组为第二组。梁上均布荷载10kN/m, 楼面恒荷载4kN/m 2, 楼面活荷载2kN/m 2。
2.2计算模型
计算模型的柱、梁选用空间梁单元, 均采用2节点beam 188梁单元, 该单元每个节点有3个平移自由度和3个扭转自由度, 该单元包含应力强化和大变形效应, 且可以考虑拉伸、压缩、扭转和弯曲;楼板采用4节点shell63壳单元模拟。非对称双塔结构模型离散为18 708个单元, 共10 175个节点, 非对称双塔连体结构模型离散为187 32个单元, 共10195个节点, 两个计算模型均不考虑填充的墙影响。不考虑土-上部结构共同作用, 基础与地基刚接, 即约束与地面接触的框架柱上节点的所有自由度。大地盘非对称双塔有限元模型见图2, 大地盘非对称双塔连体结构有限元模型见图3。
2.3计算模型动力特性对比
表1列出了该结构在未设连接体和设置连接体时的前20阶频率。从表1可以看出, 大底盘非对称双塔连体结构的各阶自振周期均比大底盘非对称双塔结构的各阶自振周期要小, 其主要原因是连接体增加了结构的刚度。大底盘非对称双塔结构低阶振型表现为双塔各自独立的振动。而大底盘非对称双塔连体结构的第三振型为绕Z轴同向扭转振动, 第四振型为绕Z轴异向扭转振动。振型图反映了大底盘非对称双塔连体结构的扭转振动效应, 其高阶振型扭转效应更为显著。
表2列出了结构在未设连体和设置连接体时的前20阶振型参与质量百分比。从表2可以看出, 部分振型参与质量参与系数较大, 部分振型参与质量参与系数很小。并非每一个低阶振型的参与质量都很大。对于大地盘双塔结构x方向前20阶振型参与等效质量达到总质量的84.73%, y方向前20阶振型参与等效质量达到总质量的86.26%, 对于大地盘双塔连体结构x方向前20阶振型参与等效质量达到总质量的86.61%, y方向前20阶振型参与等效质量达到总质量的86.54%。设置连接体后, 结构的振型参与质量系数有增加。两种结构前20阶振型参与质量等效质量均没有达到总质量的90%。通过计算取前35阶振型, 结构振型参与质量等效质量均超过总质量的90%, 可以满足计算精度要求。
2.4连体结构对位移与层间剪力的影响分析
两种模型在x、y向地震作用下结构最大位移与楼层剪力图见图6至图9。
由于连接体对塔楼的相互约束, 主要提高了结构x方向的刚度, 因此在x向地震作用下, 大底盘非对称双塔连体结构的层间最大位移要小于大底盘非对称双塔结构。但是连接体对大底盘不等高双塔连体结构在y方向的刚度增加不明显, 在y向地震作用下两种结构层间最大位移基本相同。
从图8与图9可知, 连接体的施加, 对于地震作用下楼层剪力影响明显, 尤其是在第四层, 连体可以使结构在地震作用下第四层的楼层剪力极大地减少, 而且x方向较y方向的下第四层的楼层剪力减少明显。此外, 在连接体作用层, 由于大底盘非对称双塔连体结构的楼层剪力将大于大底盘非对称双塔结构。因此在大底盘非对称双塔连体结构的设计中要加强连接体的设计。
3小结
(1) 大底盘非对称双塔连体结构的各阶自振周期均比大底盘非对称双塔结构的各阶自振周期要小。大底盘非对称双塔结构低阶振型表现为双塔各自独立的振动。而大底盘非对称双塔连体结构振型出现扭转效应。
(2) 连接体对塔楼的相互约束, 在x向地震作用下, 大底盘非对称双塔连体结构的层间最大位移要小于大底盘非对称双塔结构;而在y向地震作用下, 两种结构层间最大位移基本相同。这是由于连接体主要提高了结构x方向的刚度。
(3) 连接体的施加, 对于大底盘非对称双塔结构在地震作用下楼层剪力影响明显, 尤其是在第四层, 连体可以使结构在地震作用下第四层的楼层剪力极大的减少, 而且x方向较y方向的下第四层的楼层剪力减少明显。此外, 在连体作用层, 由于不等高大底盘双塔连体结构的楼层剪力将大于不等高大底盘双塔结构, 因此在不等高大底盘双塔连体结构的设计中要加强连接体的设计。
摘要：以某大底盘不对称双塔结构为例, 通过建立大底盘不对称双塔结构与大底盘不对称双塔连体结构的有限元模型, 比较了两种结构的动力特性, 并运用振型分解反应谱法对结构分别施加x、y向水平地震激励, 得出了两个方向地震作用下的两种结构的层间位移与层间剪力。计算结果表明, 连体可以很好地协调两个塔楼的变形, 减少底盘处的剪力, 增设连体对大底盘非对称双塔结构有利。
关键词：大底盘非对称连体结构,振型,质量参与系数,反应谱
参考文献
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