规则建筑平面

关键词： 结构 平面 规则 中心

规则建筑平面（精选九篇）

规则建筑平面 篇1

关键词：结构规则性,三心合一,结构选型

国内外大量数据统计表明:相比于平面规则结构, 平面不规则结构在地震或风荷载作用下所产生的扭转效应导致的结构破坏非常严重;此外, 《高层建筑混凝土结构技术规程》明确规定:在高层建筑的一个独立结构单元内, 宜使结构平面形状简单、规则, 刚度和承载力分布均匀。不应采用严重不规则的平面布置。但随着我国社会和科技的发展, 人们对建筑的要求也随之提高, 严格意义上的规则建筑数量急剧减少, 取而代之的是大批标新立异的建筑物。各地大量涌现的现代建筑物几乎都是不规则或是严重不规则的, 如希尔顿饭店、深圳发展中心、中央电视台等, 都是不规则建筑的典型代表。

1 平面不规则性类型

1) 扭转不规则:在规定的水平力作用下, 楼层的最大弹性水平位移 (或层间位移) , 大于该楼层两端弹性水平位移 (或层间位移) 平均值的1.2倍。

2) 凹凸不规则:平面凹进的一侧尺寸, 大于相应投影方向总尺寸的30%。

3) 楼板局部不连续:楼板的尺寸和平面刚度急剧变化, 例如, 有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的50%, 或开洞面积大于该层楼面面积的30%, 或较大的楼层错层。

以上三种平面不规则类型中, 凹凸不规则及楼板局部不连续的判别比较直观。此时, 结构板平面内刚度有限, 将严重影响水平作用力在抗侧力构件之间的传递以及结构的整体性;而扭转不规则是结构平面不规则最重要的控制指标, 需要通过计算来分析和判别。对于扭转不规则的处理方法, 相关规范中也给出了详细论述, 本文不再详细讨论。

2 地震作用的影响

《高层建筑混凝土结构技术规程》第3.4.3条规定:抗震设计钢筋混凝土高层建筑, 其平面布置宜平面简单、规则、对称, 减少偏心。所谓“简单”, 即平面内任意两点的连线不与边界相交, 因而它不具有需作加强处理的凹角;所谓“规则”即在平面凸出部分的尺寸要符合下表要求。目前我国通常采用的抗震设计方法有:等效静力法、振型分解反应谱法。这些方法的计算结果与质量、刚度的分布有密切的关系, 但采用的计算模型均为采用质量集中法简化后的理想模型。当刚度中心与质量中心不重合时, 易使结构在地震时由于过大扭转反应而破坏。如:天津市某建筑平面为L形, 1976年唐山大地震时产生强烈的扭转反应, 导致角柱严重破坏。1985年墨西哥城地震中, 平面不规则的建筑物也产生了整体扭转破坏, 角柱破坏严重。

《建筑抗震设计规范》第5.1.1条规定:一般情况下, 应允许在建筑结构的两个主轴方向分别计算水平地震作用并进行抗震验算, 各方向的水平地震作用应由该方向抗侧力构件承担;质量和刚度分布明显不对称的结构, 应计入双向水平地震作用下的扭转影响;其他情况, 应允许采用调整地震作用效应的方法计入扭转影响。由此可见, 一般情况下, 可忽略了扭转效应。但是扭转却又真实存在的, 这就要求我们从概念角度做到刚度中心与质量中心尽量重合, 合理布置侧向抗力构件;当质量和刚度分布明显不对称的结构时, 扭转效应不可忽略, 规范对此类结构提出了更高的要求, 无疑, 这将增加工程成本, 应尽量避免。

3 风荷载的影响

《高层建筑混凝土结构技术规程》第3.4.2条规定:高层建筑宜选用风作用效应较小的平面形状。以珠海 (沿海城市) 为例:抗震设防烈度7度, 设计基本加速度0.1g, 50年基本风压为0.85KN/m2。当建筑高度超过60米时, 建筑对风荷载十分敏感, 其基本风压值应增大10%, 相对于内陆地区, 珠海地区的风荷载对高层建筑影响尤为突出。此时, 笔者将该建筑视为以风荷载为控制荷载地区的高层建筑。

对于以风荷载为控制荷载地区的高层建筑平面, 也宜简单、对称、规则, 并选用体型系数较小的凸平面如椭圆形、正多边形、鼓形等。倘若建筑平面不规则, 刚度中心不与几何中心相重合或接近, 风荷载产生的扭转效应则进一步加大, 如此将大大增加工程成本甚至无法实现, 实不可取。

4 结构选型工作

一般高层建筑结构体系包括框架体系、剪力墙体系、框架—剪力墙体系、框架—筒体体系、框筒体系、筒中筒体系等结构体系。结构选型不单纯是结构问题, 而是一个综合性的科学问题。一个优秀的建筑物, 建筑与结构必然是有机结合的统一体。结构选型和抗侧力构件的平面合理布置是做好设计的关键, 实际上属于抗震概念设计范畴。以宏观概念为指导, 正确地解决高层建筑的总体方案, 选择合理的结构体系, 以达到合理抗侧力体系, 保证质量中心、几何中心、刚度中心相重合或接近。

5 结语

为了减少扭转效应, 对以风荷载为主的抗侧力结构, 宜使结构的刚度中心尽可能地与平面几何中心相接近;而对以地震作用为主的抗侧力结构, 宜将结构的刚度中心尽量与房屋的质量中心相重合。我们应从概念设计人手, 重视结构选型和抗侧力构件的平面合理布置, 使建筑物从一个貌似不规则的建筑调整成一个结构上的规则建筑, 最终做到建筑质量中心、几何中心、刚度中心相重合或接近, 这是高层结构是否合理、经济又安全的关键, 当建筑物平面形状复杂而又无法调整其平面形状和结构布置使之成为较规则的结构时, 宜设置防震缝将其划分为较简单的几个结构单元。此外, 竖向不规则性对结构影响也具有同等重要性, 本文并未作出相关论述。

参考文献

[1]薛素铎, 赵均, 高向宇编注.建筑抗震设计科学出版社, 2007.

[2]顾祥林主编.建筑混凝土结构设计, 同济大学出版社.

[3]JDJ3一2010高层建筑混凝土结构技术规程, 中国建筑工业出版社.

平面设计师潜规则[范文] 篇2

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平面不规则高层建筑结构设计分析 篇3

1 高层建筑平面不规则结构设计问题

高层建筑平面不规则设计产生扭转效应的原因包括外来因素的干扰以及建筑本身的结构设计, 外因因素的干扰, 如地震波等因素的存在, 导致地面的周期和相位不同, 转动分量的存在就会使建筑结构产生扭转效应。建筑自身结构也会产生这种扭转效应, 在一般的建筑结构中, 通常是把建筑结构简化成一种平面的模型, 这种分析方法并不是说不可以, 不过是不太适合使用在不规则平面设计中, 这是因为建筑平面不规则设计质量中心和刚度中心并重合。

在高层建筑平面不规则设计中, 控制扭转效应需要考虑到控制指标以及周期比等, 周期的控制需要确保建筑结构具有足够强的抗扭刚度, 位移比的控制则是反映结构的对称性以及质量刚度等。

2 工程概述

某工程建筑面积11457.3㎡, 共21层高66.12m, 地下室1层~地上3层是商业广场, 层高3.6m, 以上楼层为住宅区, 层高3m。工程采用框架-剪力墙结构设计, 采用平面不规则、扭矩不规则设计, 合理的剪力墙能够提高建筑的稳定性, 需要对建筑结构设计中的薄弱部分采取抗震构造设计, 1~3层结构平面和4层以上结构平面图如图1和图2所示。

工程在建筑中中分是用了电梯等, 嵌入剪力墙, 满足下部商场和上部民用建筑的同时, 保证构件的连续性。剪力墙在设计中, 纵横面力求平衡, 提高抗震性能, 为减小扭转效应需要优化调整周边潜力强长度以及宽度设计。地下室顶板厚180mm, 采用了双层双向配置, 配筋率0.25%。核心结构外力剪力墙厚度从上往下分别为200、250、300、350mm, 相应的剪力墙截面尺寸为500、600、700mm。楼面设暗梁, 宽度超过墙宽度至少600mm, 按照框架梁计算配筋, 剪力墙边框的暗梁宽度与墙宽相等, 高度是墙宽的两倍。楼板竖向体型突出部位厚度为150mm, 上下层楼板厚度为130mm, 配筋率超过0.25%.

3 架构整体计算

该建筑工程使用年限为50年, 抗震等级为8度、第三组, 预计设计地震加速度数值设定为0.2, 建筑场地特征周期为0.45s, 一般地震影响系数不超过0.16, 最大为0.9, 属于一级抗震等级, 地面粗糙度为B类设计。楼面设计依照实际情况设定为居民楼2.0k N/㎡, 楼梯间荷载围为3.5k N/㎡, 卫生间荷载为2.0k N/㎡, 阳台荷载为2.5k N/㎡, 要求上人屋面荷载达到2.0k N/㎡。结构整体计算采用SATWE和PMSAP软件计算, SATWE最大地震效应角度角为45.285度, PMSAP计算结果与之很接近, 取15个结构计算振型, X向和Y向的有效质量系数分别设定为98.66%、99.92%, 结构第一振型和第二阵型分别为X向平动、Y向平动, 第三振型为扭转, 振型周期计算参数见表1。

风荷载和地震作用下, 满足高规设定要求。建筑总质量为15104.541t, X向和Y向最小建立系数分别为5.09%、5.26%, 大于3.2%, 满足规定要求。在双向震动作用下, 考虑到偶然偏心因素, 最大弹性层间位移与楼间平均层间位移比为1.39:1.21, 满足要求。

X向与Y向结构各层竖向层与层之间的刚度满足高俅, 结构竖向不存在薄弱层, 地下室和一层X向和Y向的刚度比满足要求。X向和Y向层与层之间抗剪承载力比值范围分别在0.900~1.340、0.900~1.330, 满足要求。

4 结构不规则设计措施

在此设计中为提高薄弱地区的抗扭性能, 竖向体型突变部位厚度设定为1800mm, 钢筋设计采用双层双向通长设计, 配筋率大于0.30%.工程在4~21层民用建筑的设计中平面凸出长度为11.3m, 加强凸出位置的楼板厚度和配筋率。由于此建筑的上下层之间作用不同, 因此在4层以上的平面结构部分收近高度11.1m, 收进后的平面宽度为12.7m, 满足要求。

结构薄弱层在多遇地震情况下, 剪力值设计乘与最大系数, 楼层剪力墙的设计采用中震不屈服分析的计算剪力。相邻两层之间的框架柱与剪力墙的尺寸面积相等, 所采用的混凝土等级相同。为减少结构的扭转效应, 剪力墙的布置要求均匀对称, 并在此基础上加强周边剪力墙的抗侧刚度, 经过计算本工程, X向和Y向的质量中心和刚度中心分距离别为0.01~0.07m、0.05~0.37m, 对应的建筑物边长分别为0.27%、1.50%。

在工程设计中采用了转角窗的设计, 削弱了结构的抗扭性能, 属于薄弱环节设计, 容易出现结构的局部破坏现象, 在设计中, 转角窗的两侧设置剪力墙, 加强楼板板筋的配置率, 并在洞口边缘的端柱之间设置暗梁, 提高抗扭性能。

在中震不屈服的设计中, 为了提高建筑结构的塑性耗能能力, 地震影响系数取最大值0.45, 为了保证结构安全, 设计采用弹性力时程分析法补充计算, 内置特征周期为0.45s, 地震加速度是程曲线最大为70cm/s2, 加速度依照最大1:0.85取值。

结语

综上所述, 本文先分析了高层建筑平面结构不规则结构设计出现的扭矩问题以及控制措施, 重点以具体工程为例, 说明平面不规则高层建筑结构设计, 随着高层建筑的不断发展, 大量的平面不规则设计的出现为建筑设计带来很大的挑战, 在这方面还需要重点对待, 提高建筑的安全使用性。

摘要：随着建筑行业的不断发展, 建筑类型和高度不断增加, 在建筑结构中出现了一些平面不规则高层建筑结构设计, 为城市建筑带来了全新的面貌, 同时也给设计人员带来很大的挑战, 本文主要以具体实例分析平面不规则高层建筑结构的设计, 希望能为相关人员带来些帮助。

关键词：高层建筑,平面不规则设计,构件设计

参考文献

[1]周宾.浅谈复杂平面不规则高层建筑结构设计及扭转效应的改善——以大同市某住宅小区高层住宅结构设计为例[J].科技情报开发与经济, 2010, 20 (13) :160-162.

[2]韩辉.基于高层建筑结构设计中平面不规则问题的分析与处理[J].中外建筑, 2010 (05) :161-162.

[3]李亚娥, 刘高峰, 孙瑞祥, 等.平面不规则长形高层建筑结构扭转效应的研究[J].甘肃科学学报, 2011, 23 (02) :116-119.

建筑设计指导：建筑总平面布置 篇4

1.地形和地物测量坐标网、坐标值;场地施工坐标网、坐标值;场地四周测量坐标和施工坐标。

2.建筑物、构筑物(人防工程、地下车库、油库、贮水池等隐蔽工程以虚线表示)的位置，其中主要建筑物、构筑物的坐标(或相互关系尺寸)、名称(或编号)、层数、室内设计标高。

3.拆废旧建筑的范围边界，相邻建筑物的名称和层数。

4.道路、铁路和排水沟的主要坐标(或相互关系尺寸)。

5.绿化及美化设施布置。

6.风玫瑰，指北针。

7.主要技术经济指标和工程量表。

8.说明栏内：尺寸单位、比例、测绘单位、日期、高程系统名称、场地施工坐标网与测量坐标网的关系、补充图例及其它必要的说明等。

竖向布置根据建设项目的使用要求，结合用地地形特点和施工技术条件，合理确定建筑物、构筑物道路等标高，做到充分利用地形，少挖填土石方，使设计经济合理，这就是竖向布置设计的主要工作。竖向布置的目的是改造和利用地形，使确定的设计标高和设计地面能满足建筑物、构筑物之间和场地内外交通运输合理要求，保证地面水有组织的排除，并力争土石方工程量最小。竖向设计应说明设计依据，如城市道路和管道的标高、工艺要求、运输、地形、排水、供水位等情况以及土石方平衡、取土或弃土地点、场地、平整方法等。还应说明竖向布置方式(平坡式或台阶式)，地表水排除方式(明沟或暗沟系统)等。如采用明沟系统，还应阐述其排放地点的地形、高程等情况。竖向布置图应包括以下几方面：

1.场地施工坐标图、坐标值。

2.建筑物、构筑物名称(或编号)、室内外设计标高。

3.场地外围的道路、铁路、河渠或地面的关键标高。

4.道路、铁路、排水沟的起点、变坡点、转折点和终点等设计标高。

5.用坡向箭头表示地面坡向。

6.指北针。

规则建筑平面 篇5

一、应用实例

1. 工程概况

某工程位于低纬度沿海位置, 建筑结构安全等级为二级。由A、B、C三部分组成, 其中B、C两部分主要为公寓, A部分是核心筒 (楼梯电梯所在位置) 。建筑高度74.4米, 为24层, 标准层建筑面积1100m2;如图1-1、图1-2为该结构竖向构件平面布置图和模型三维立体图 (为研究方便, 此处只展示结构部分平面图和立体图) 。

2. 结构设计要求

该建筑为临海高层公寓, 所在位置基本风压0.85Kn/m2, 地面粗糙度为B类。抗震设防类别为丙类, 抗震设防烈度为6度 (0.05g, 第一组, 特征周期0.35s, Ⅱ类场地) 。本工程采用剪力墙结构体系, 假定地下室顶板为嵌固端, 并假定结构在弹性范围内变形, 地上部分单独建模设计。剪力墙抗震等级为四级。梁板混凝土等级为C35, 墙柱混凝土等级为C40。工程处在海南三亚沿海低烈度区, 计算结构整体位移时风荷载起主要控制作用。

3. 结构处理方式

对于该类型建筑, 工程师在做结构设计时首先要考虑的是A、B、C三部分在结构处理时是各自单独存在 (设抗震缝) 还是连接形成整体结构模型。即出现四种可能的结构处理方式:

A、B、C之间均用抗震缝分开, 即A、B、C成为三个独立结构;

A与B相连, C单独存在;

A与C相连, B单独存在;

ABC相互连接成整体。

利用中国建筑科学研究院的高层建筑结构空间有限元分析与设计程序SATWE分别对上述四种情况作分析验证。根据文献, 对单体结构模型沿各自主轴方向施加风荷载和水平地震荷载。

对于情况 (1) , 表1-1为此种情况下A、B、C三部分的主要计算结果。

由表可得, A部分位移严重超限, 故A部分结构并不能单独存在。

情况 (2) 和情况 (3) 是对称的, 故只研究一种情况, 表1-2为此种情况下A与B部分相连 (以下简称“A+B”) 或A与C相连 (以下简称“A+C”) 的主要计算结果。

由上表可知, 这两种方案都满足整体刚度要求。

对于情况 (4) 的处理方式, 主要计算结果如表1-3

上表显示, 多项指标超出规范限值, 整个结构呈现扭转严重不规则。

4. 分析计算结果

对于情况 (1) , 通常A部分核心筒区域平面面积较小, 此部分高宽比与B、C两部分高宽比相比较而言明显相差很大, 故这部分侧向刚度相对较小, 如果通过增加墙厚来弥补刚度缺陷, 不仅收效不大, 还大幅增加造价, 故设计院处理时一般不会将A、B、C三部分均用抗震缝分开。对于情况 (4) , 从表格1-3可知, 此种处理方式增加了结构的扭转不规则性, 且根据文献, 此种情况下结构属于“细腰型”平面, 且平面凹凸不规则, 很容易被定为超限高层建筑, 故不宜采用此方案。计算结果表明情况 (2) (3) 属于正常范围内。比较4种情况表明, 核心筒部分作为连体结构时, 通常将连体部分与其他主体部分之一连接, 这样设计较易接受。

二、扩展规律

1. 提出假设

由前部分知道, 四种情况中唯独 (2) (3) 两种情况计算结果满足规范要求, 但是一栋建筑只有一种结构处理方式被最终接受, 所以结构工程师更偏重于选择一种更好的处理方式, 即A部分跟B或C哪个连接更好。由于此类建筑B、C两部分的夹角通常是锐角 (通常小于45°) , 且出于建筑使用方便的考虑, 三部分夹角构成三角形一般为锐角三角形 (如图2-1) 。针对本文模型及类似结构模型, 现提出以下假设:

结构整体化假设:结构方案阶段将结构各部分 (如图A、B、C) 视为单独整体, 各整体之间不相互影响, 各自独立变形。由于“连体”建筑结构设计时通常用防震缝将其分成几段结构, 故在计算与结构整体性相关的周期比、位移比等参数时需要将防震缝分开的单体结构单独建模分析, 故此假设成立。

弹性阶段假设:假设结构构件均在弹性阶段内变形, 结构初步设计阶段, 弹性阶段变形假定足以能够满足结构方案设计的要求。

连体部分与主体部分角度越接近90°, 则说明连接越规则。依据文献, 高层建筑设计时应尽量减少扭转影响。而结构扭转主要是质心和刚心位置偏差造成, 若A部分与B部分 (或C部分) 夹角 (或) 数值与相差很大 (一般指小很多) , 如图2-2所示平面形状, 则连接后的组合体质心与刚心距离太远, 这样最容易产生扭转不规则。

2. 举例验证

为建立对比模型, 在上述实例基础上稍作变化, 调整A部分使之与B、C两部分的夹角、之间的相对大小发生改变, 以对上述推论。

图2-3、图2-4为结构竖向构件平面布置图和模型三维立体图。

结构设计要求不变。, , 分别连接A、B两部分和A、C两部分, 构成两种不同的结构处理方式, 分别比较两种处理方式下结构特征参数, 如表2-1所示。

比较表2中第 (1) 列和第 (3) 列数据、第 (2) 列和第 (4) 列数据可以看出, A和B连体较A和C连体而言, 前者抗扭刚度较后者强, 说明相对规则的平面结构布置更有利于抗扭刚度的发挥。

三、结语

规则建筑平面 篇6

关键词：平面不规则,高层建筑结构,分析与设计

伴随着改革程度的不断加深, 我国已经在诸多行业、领域取得相应的成绩, 而其中又以建筑行业的发展态势最为良好。从当前来看, 各大城市中高层建筑物不断拔地而起。在设计高层建筑结构的过程中, 平面布置应当切实考虑到规则性问题, 如果使用平面不规则的设计方法, 便会使平面刚度中心与质量中心不能处于相同的点上, 所以在设计高层建筑结构的过程中应该重点考虑扭矩的问题。

1 工程概况

某工程为一座集办公楼、酒店为一体的综合大厦, 该建筑地下有2层, 地上25层, 底部裙房4层, 总面积为45000m2, 总高度97.8m, 地下为车库, 首层则是酒店和商铺, 2到4层时酒店餐厅, 5到12层为酒店客房, 12层以上为办公楼。此大厦的特征是竖向功能变化多。与此同时, 大楼为丙类建筑物, 使用年限是50年, 抗震强度7级, 剪力墙和框架梁抗震等级2级, 框架柱抗震等级1级, 基础设计甲级, 应用强度大的预应力管桩, 结构计算应用SATWE软件完成, 下图为调整之后结构裙房和标准层的平面示意图。

2 针对不规则情况进行处理的方法

大楼平面形体是Z字形, L/Bmax=0.56>0.35, 为不规则建筑结构, 竖向存在立面缩进, 层高差别大。通过初步运算发现, 结构在风荷载和地震影响下的位移角可达到规定的要求, 虽然可达到规范需要, 然而第二周期扭转因子已经很大, 达到0.34, 这说明此结构抗扭刚度显然不够。与此同时, 此结构在考虑偶然偏心情况下的扭转位移比X向和Y向都大于1.30, 甚至还有1.40的, 此结构的扭转效应比较严重, 属于扭转不规则, 裙房4层时薄弱层, 刚度低于上3层平均刚度的近八成, 首层是软弱层, 抗剪承载力达不到上层的八成, 此结构不规则位置为5项, 属严重不规则结构, 此楼上下层功能较多, 地下室是车库, 业主要求有较大空间布置墙体受到约束, 2到4层时酒店多功能厅, 需空间宽敞, 布置墙体受约束, 5到12层时酒店客房, 不允许在建筑外侧设置剪力墙, 12以上是办公楼, 中间也很难布置墙体, 很多功能使此楼中部和边上很难存在墙体上下贯通。

此楼设计中的关键工作为调整周期比及扭转位移比, 因此楼平面凹凸不规则, 2个核心筒都处于两端, 刚度十分的不均匀, 刚心和质心有很大的偏差, 在地震的影响下容易出现扭转破坏。控制周期比和控制位移比相同, 但控制周期比的侧重点在于测向刚度和扭转刚度间的相对性, 主要目的是抗侧力平面布置更加合理、有效, 促使建筑结构不产生过大的扭转效应。所以, 控制周期比的主要目的是使结构抗侧力构件的布置更加均匀、合理, 而不是让结构更具有刚度。若是平动第一周期和扭转第一周期相对接近, 因振动藕连作用, 结构扭转效果应该会变化的较为明显。然而, 此大厦第二周期扭转因子为0.34, 一般认为其扭转刚度较弱, 需要进行调整, 不可只认为平动和扭转第一周期的比值低于0.9就可以, 同时还需要考虑平动周期内的扭转因子, 如若不然在地震较大时结构第一周期很有可能就会是扭转周期。考虑到这一比如哦环节, 应该针对结构竖向构件进行调整:首先, 在结构左上方及右下方各加1片相对较长的剪力墙, 加强建筑物周边结构构件的抗扭性, 同时还要把结构刚心大幅度的推向左侧;其次, 在右下角核心筒位置开洞, 降低此处的刚度, 这主要是原因这一位置核心筒有很大偏心, 这使得刚度中心向左侧偏移;第三, 取消上部核心筒下端的1个小核心筒, 降低中间刚度, 并把此核心筒连梁减弱, 从而使结构剪力墙更为均匀, 这对于结构扭转周期比和位移比皆大有裨益。

首层高度8m, 致使受剪承载力低于上层的近八成, 要妥善处理抗剪承载力不够的问题, 应该增加抗剪截面或是提升混凝土的强度大小, 具体办法为再首层以下每层柱截面都增加100mm, 强厚增加50mm, 混凝土强度增加一级, 这之后受剪承载力比会在大于90%, 达到基本需要。此大厦第4层初算是薄弱层, 4层顶便是裙房屋面, 扩大裙房屋面梁截面, 增加屋面板厚度, 能够有效防止薄弱层。经过以上调整, 此大厦5项不规则调整成2项不规则, 防止了申报超限情况的发生。

3 调整前后的周期参数

参见下表1:由于1个小核心筒被取消, 刚度变低, 然而调整结构之后刚度显然比调整之前更加均匀, 同时也加强了抗扭刚度, 扭转位移比得到了显著的改善, 最大扭转位移比都低于1.20, 属规则建筑结构、一个平面上显然不规则的结构经过科学调整刚度, 能够使其成为规则的结构。

4 抗震技术的应用

全面分析工程实际的每一方面因素, 一般应用的抗震技术有: (1) 在条件允许的情况下, 尽可能增加周边剪力墙的厚度, 特别是离刚心最远的位置, 把刚心及质心的偏心率调整成最低, 降低扭转周期, 把建筑结构调整为扭转规则的结构; (2) 减弱核心筒的连梁, 应用弱连接梁进行连接, 增加平动周期和平扭周期比; (3) 科学控制墙柱的轴压比, 提升柱纵筋的配筋率及箍筋配筋率, 纵筋配筋率都要扩大一级, 柱箍筋全楼进行加密, 角柱加芯柱, 以此提升结构竖向构件在强震时抗形变水平; (4) 在凹角位置设置45°的斜向钢筋, 抵抗角区应力集中, 加强薄弱位置的配筋与板厚; (5) 虽然四层可不算作规范中的薄弱层, 但是计算时依然要按照薄弱层进行运算, 地震剪力需要乘以1.15增大系数, 并且要强化此楼层的墙柱配筋, 提升建筑结构在强震中的抗形变水平。

5 结语

总而言之, 对于当前各大城市不断出现的造型别致、彰显个性的不规则建筑, 结构设计需要全面分析具体情况, 集中从概念设计着手, 找到结构的关键点与薄弱点, 在工作中不断克服不利因素, 促使建筑结构在竖向和平面科学布置结构的刚度, 防止可能出现的薄弱位置。与此同时, 还应强化薄弱位置的构造, 最终使看似不规则的建筑调整为结构上规则的建筑。

参考文献

[1]李亚娥, 李志慧, 王栋.平面不规则高层建筑结构在水平地震作用下的扭转效应与设计[J].甘肃科学学报, 2008 (04) :11-12.

[2]秦力, 裴宁波, 黄依宁.平面不规则结构的弹塑性时程分析[J].东北电力大学学报 (自然科学版) , 2009 (01) :02-03.

平面不规则结构抗震设计研究 篇7

伴随社会的不断发展, 建筑物一方面要对各式各样功能需求予以满足, 另一方面还要具备美观性, 严格意义上的规则建筑是很难见到的。平面不规则建筑的出现, 一方面会使城市建筑获取崭新的面貌, 一方面会给结构设计人员带来巨大的挑战。一系列地震灾害表明, 建筑结构受地震作用影响, 不但会出现水平、竖向振动, 还可能出现扭转振动。平面不规则性结构扭转振动更是特别明显, 扭转反应使得结构抗震性能不断减弱, 属于造成结构破坏乃至坍塌的一项重要原因[1]。由此可见, 对平面不规则结构抗震设计展开研究, 有着十分重要的现实意义。

1 平面不规则结构的定义与类型

1. 1 平面质量偏心

楼层每一部分构件截面尺寸存在差异, 使得形成质量偏心。就算是表面上的质量协调结构, 受质量分布有着不定性, 及施工材料、质量等一系列因素的未知性影响, 使得结构或多或少面临相应的质量偏心。倘若将自重设定为一项随机变量, 通过概率分析可得出, 一旦只是权衡质量分布不均所造成的偶然偏心, 可认为0. 05 倍垂直于地震作用方向边长视作偶然偏心距存在一定的保证率[2]。

1. 2 平面刚度偏心

名义刚度指的是于设计极端选取的理想化模型中, 根据构件截面尺寸、弹性模量经由公式获取的刚度值, 实际刚度指的是施工建造完结后, 结构在明确荷载分布、约束前提下的荷载位移比值。受各式各样因素诸如建筑材料种类缺乏稳定性、施工工艺与条件限值、构件尺寸调节失误等影响, 使得结构实际刚度无法明确[3]。就算是名义上均匀协调的结构, 实际上也伴有相应的偏心, 也就是伴随抗侧刚度分布出现转变, 扭侧刚度、抗扭刚度等一并会形成转变。

1. 3 平面强度偏心

结构质量与刚度不协调分布属于相对直观的偏心现象, 而结构受抗侧力构件强度差异影响, 使得强度偏心极易被忽略。设计过程中各种构件存在对应不同的设计屈服强度, 并且构件实际屈服期间的强度存在难以准确确定的情况, 使得强度偏心与质量偏心、刚度偏心等无法回避。各式各样结构材料诸如钢筋材料、型钢材料及混凝土材料等的未知性, 计算钢筋与实配钢筋的不同, 再加上构造环节的需要, 使得实际屈服强度同设计强度有所区别, 再者受设计需求影响, 均会形成构件屈服强度的不同。结构由于面临强度偏心, 衍生为塑性状态时, 构件屈服程度差异, 屈服存在先后顺序, 抵抗合力作用点势必不断转变, 进而造成弹塑性扭转[4]。

2 某平面不规则结构抗震设计

2. 1 工程概况

某平面不规则高层建筑地处昆明市某部, 属于一座高层民用住宅楼, 选取剪力墙结构体系, 建筑面积达到3. 0万m2。建筑大楼地下2 层, 分别为自行车库、储藏室, 地上28 层, 建筑高度80. 3 m, 1 层属于物业用房及储藏室, 2 层之上为住宅楼, 平面左右对称, 结构标准层平面如图1所示。建筑结构具备2 级安全等级, 50 年结构设计使用年限。工程抗震设防种类达丙类, 抗震设防烈度达7 度, 设计基本地震加速度达0. 15 g, 设计地震分组属于第二组, 场地种类属于2 类, 特点周期达0. 4 s, 地面粗糙种类B类, 半世纪一见的常规风压达0. 50 k N/m2, 常规风压达0. 45 k N / m2, 承载力设计期间根据常规风压1. 1 倍选取, 风荷载体型系数用1. 4。

2. 2 结构方案与规则性分析

全球范围大地震中相邻结构碰撞导致的震害相对多见, 多为设置防震缝期间, 缝宽度太小, 地震晃动造成相邻的结构产生碰撞, 使得结构遭受破坏。当前建筑抗震设计规范中就设缝对应规定: 体型繁杂、平明不规则的建筑, 应当结合地基基础条件、不规则水平及技术经济等对比研究, 明确设置防震缝与否, 同时达到对应指标[5]。

就此次建筑施工而言, 结合工程平面复杂水平及特征, 结构方案选取包括两方面: 一方面是设缝把结构划分为两个较为规则的平面; 一方面是不设缝, 就平面不规则种类、水平出发, 制定针对的策略。通过对结构方案展开比较研究, 同时结合建设建筑施工现场的控制基础, 全面权衡不同方面因素, 得出选取不设缝结构方案的结果, 对应权衡内容包括下述几项: (1) 受施工现场条件影响, 选取不设缝结构方案能有效促进场地为建筑所调节、利用; (2) 不设缝结构方案能够防止建筑对防震缝的外立面处理; (3) 结合一系列地震灾害状况、结构弹塑性研究结果, 就这一高度接近100 m的结构, 对应防震缝宽度要极大超过标准推荐数值, 方可确保建筑在发展至弹塑性时期不出现碰撞或者缓解碰撞损坏水平。

设计过程中根据不设缝结构方案, 就结构规则性开展评估。在结构平面规则性方面, 结构基于标准程度的水平地震作用, 权衡偶然偏心楼层位移比最大数值为1. 18, 小于1. 20, 不是扭转不规则平面; 结构平面凹入大概50. 0% , 大于平面典型宽度35. 0% , 为凹凸不规则平面;结构楼板有效宽度大概达到平面典型宽度的45. 0% , 不足平面典型宽度40. 0% , 为楼板局部不连续; 在竖向规则性方面, 结构未出现竖向构件间断、承载力及刚度突变等状况, 为竖向规则结构, 结合我国相关审查技术要求, 系统评估这一结构属于凹凸不规则、楼板局部不连续的不规则结构, 且不为超限结构[6]。

2. 3 结构整体计算

结合结构复杂水平及特征, 结构整体计算期间选取PMSAP软件, 开展弱连接部位楼板局部应力计算选取ETABS软件, 结构整体计算模型如图2 所示。

1) 结构主要计算参数。地下楼顶板用以上部结构嵌固部位。顾忌偶然偏心、双向地震作用, 获取振型数、连梁刚度折减系数、周期折减系数分别为27、0. 60 以及0. 95, 梁、板混凝土等级C30, 墙、柱混凝土强度C45 ~ C30, 结构抗震等级2 级。

2) 结构主要计算结果。结构的第一、第二阶周期逐一为Y向和X向的平动, 对应周期值为2. 58 s、2. 46 s, 第三阶周期为扭转, 对应周期值为2. 25 s, 结构周期比为0. 88, 符合不超过0. 80 的限值标准, 结构具备良好的抗扭刚度;结构X向、Y向对应刚重比为5. 40、4. 94, 符合规范标准, 能够忽略重力二阶效应; 基于地震作用, 结构X向层间位移角最大值1 /1 211, 处在楼层的第14 层, 结构Y向层间位移角最大值1 /1 158, 处在楼层的第20 层, 结构X向、Y向都符合规范限值标准, 结构X向、Y向的表形都表现弯曲型变形曲线, 满足剪力墙结构受力特性; 在标准数值地震力作用下, 结构X向、Y向对应位移比分最大数值为1. 06、1. 20, 符合标准对扭转效应的调节要求。

2. 4 连接处楼板分析

就凹凸不规则平面而言, 建筑往往会在凹角处发生应力与变形集中, 造成楼板裂开、损坏, 进一步导致结构局部破坏乃至坍塌。就本结构而言, 两侧结构单元存在相对大的刚度, 连接处楼板能够对两侧结构单元发挥连接、协调的功效, 同时可对地震作用力进行传递, 其楼板平面内承载相对高的剪力。受地震作用影响, 倘若连接部位楼板出现损坏, 无法继续对两侧结构单元变形进行连接、协调及对地震作用力进行传递, 那么两侧结构单元产生单独抗震单元, 如果设计期间没有对其独立承载地震力进行权衡, 那么便会使得结构面临局部损坏乃至坍塌。结合地震灾害实践及抗震设计理论, 自平面不规则水平出发, 此次建筑在设计期间对连接部位楼板选取抗震性能化设计手段, 对应性能目标: 面临小规模地震、中规模地震时楼板处在弹性状态, 面临大规模地震楼板截面尺寸达到剪压比调节标准[7]。也就是结构于地震下不同单元地震力完全通过连接部位楼板承载, 楼板截面尺寸符合大规模地震面临剪截面调节调节。结合这一结构平面特征, 设计期间就连接部位楼板选取壳单元模拟, 对其应力、变形其中处予以分析, 结合分析结构制定合理的抗震强化策略。

3 结束语

建筑结构受地震作用影响, 不但会出现水平、竖向振动, 还可能出现扭转振动。平面不规则性结构扭转振动更是特别明显, 扭转反应使得结构抗震性能不断减弱, 属于造成结构破坏乃至坍塌的一项重要原因。针对现代社会不断诞生的造型而推陈出新的不规则建筑, 相关人员务必要不断专研研究、总结经验, 从概念设计出发, 找寻结构关键之处、不足之处, 确保全面结构在平面、竖向科学布置结构刚度, 防止或者缩减结构潜在产生的薄弱环节, 强化薄弱环节构造策略, 积极保证建筑物的安全、可靠性。

参考文献

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[2]Darwin D, Pecknold D A.Analysis of RC shear panels under cyclic loading[J].Journal of Structural Di-vision, ASCE, 1976, 12 (02) :355-369.

[3]查万理.平面不规则结构抗震设计方法的探讨[J].科学之友, 2011, 32 (18) :13-14.

[4]陈玉梅, 孙秀竹.某平面不规则高层建筑短肢剪力墙结构设计的相关问题[J].佳木斯大学学报:自然科学版, 2007, 25 (5) :115-117.

[5]张宇华.平面不规则高层建筑结构的分析与设计[J].韶关学院学报, 2009, 30 (6) :51-54.

[6]章少华, 尚志城, 庆彦营.某平面不规则高层建筑的抗震设计[J].山西建筑, 2015, 41 (2) :32-34.

平面不规则结构的抗震性能评估 篇8

近年来, 各种不规则结构逐渐增多, 这些结构往往具有层间缩进、质量和刚度突变等特点。历次大地震各类不规则结构往往遭受较严重的破坏甚至倒塌。大量的震害表明, 不规则结构尤其是高层不规则结构极易发生结构扭转脆性破坏, 严重者甚至会发生整个结构倒塌。如何简便而有效地得到不规则结构的抗震性能, 成为抗震性能评估的研究问题之一。静力弹塑性分析方法在应用于不规则结构时有较大的误差, 因此, 本文应用模态Pushover方法对不规则结构进行计算, 并通过对此方法的改进, 以求得到较为准确的结果。

1 模态Pushover方法

Chopra A.K.与其他研究人员基于结构动力学基本理论提出了模态Pushover方法[1,2,3]。该方法考虑结构的高阶振型影响, 对每一阶振型进行分析并简化为不同的等效单自由度体系, 对得到的结果进行组合, 从而得到结构的顶点位移、层间位移等评估指标, 其结果较为准确, 概念清晰, 有较为广泛的应用前景。模态Pushover方法的原理及相关公式推导可详细查阅文献[1]。

对于建立的单自由度体系, 可以进行弹塑性时程分析、弹性反应谱或者弹塑性反应谱分析。本文采用弹塑性时程分析方法计算位移, 由式urn=ΓnφrnDn计算原结构的顶点位移, 最后经过一定方式的组合, 得到结构的位移。本文采用弹塑性时程分析计算得到等效单自由度体系的最大位移。

2 MPA基本步骤

在Chopra的两个假设之上, 本文在后述各章、节中采用的关于多自由度平面框架的MPA方法基本步骤如下:

1) 计算结构的模态, 包括振型及自振周期, 并按照质量参与系数满足95%的条件选取足够的振型参与以下的MPA;

2) 对于第n阶模态, 建立基底剪力和顶点位移的关系, 在两个方向的Pushover分析中, 应选择振型位移占主要作用的方向, 在竖向荷载作用下的反应urg;

3) 将所得到的Pushover曲线进行双折线简化;

4) 将简化的Pushover曲线转化为Fsn/Ln-Dn的关系。其中, ;φrn为第n阶振型所选择方向的振型位移;

5) 计算得到的单自由度的最大位移Dn, 其中的本构关系为由第4步得到的结果。此过程可以由弹塑性时程分析, 弹塑性反应谱或者弹性设计谱方法计算得到;

6) 计算元结构所选方向的顶点最大位移urg, 计算公式为urg=ΓnφrnDn;

7) 计算得到位移等性能指标, 这位移中已经加载了竖向荷载;

8) 重复上边的过程, 直到振型达到精度;

9) 计算第n阶振型的位移rn=rn+g-rg;

10) 计算结构的反应, 其中:

式中的相关系数为:

其中βin由βin=ωi/ωn计算得到;ωi、ωn是相关振型的自振频率, ζi、ζn为相关振型的阻尼系数。

3 算例

3.1 计算模型与地震波的选取

为说明平面不规则结构在地震作用下的变形情况以及高振型所产生的影响, 本文建立计算模型, 如图1所示, 为4层的钢筋混凝土结构, 跨间距均为3 m。结构的梁柱截面情况如表1所示, 截面配筋由SAP2000程序自动配筋。按照GB50011-2010《建筑抗震设计规范》中的相关规定, 两个结构均视为平面不规则结构。

为研究结构的动力特性, 本文选取4条地震波对此结构进行弹塑性动力时程分析。这4条地震波分别为Northridge地震波和两条来自不同测站的San Fernando地震波, 以及1条兰州人工波1, 分别编号1#~4#。如图2所示为3条自然地震波的弹性反应谱。

3.2 计算过程

在进行结构分析中, 本文选取振型质量参与系数较多的模态进行分析, 这样可以选取对振动影响大的振型进行分析。结构的振型质量参与系数如表2所示。选取1~5阶振型。

注:UX代表平动X方向, UY代表平动Y方向, UZ代表绕Z轴旋转方向, 下同。

首先对结构进行分析, 分别输入4条地震波, 得到结构的单自由度体系的反应, 表3所示为各阶模态所对应的单自由度的地震反应分析的位移最大值。

mm

由上述分析得到每一阶单自由度的位移, 可以发现有些单自由度体系已经进入塑性阶段, 而有些仍然处在弹性阶段, 表4列出了每一阶振型的响应状态和延性系数, 从表中可以发现, 结构的前几阶振型都已进入塑性阶段。

3.3 考虑屈服后位移对模态Pushover的结果进行改进

由于在强烈地震作用下, 结构一般会进入弹塑性阶段, 此时采用弹性阶段的振型组合表示屈服后的结构变形会产生一定误差。因此在进行位移组合时, 以结构屈服后的变形关系代替结构振型分析得到的位移关系, 这样更加接近于实际情况。图3所示为结构模态Pushover分析中, 模态1分析的弹塑性变形与它的模态位移的对比关系。从图3可以发现, 弹塑性变形与弹性阶段的变形状况有明显的不同, 因此, 本文采用弹塑性变形的位移关系计算结构的位移响应, 对模态Pushover方法进行改进。

基于上面的讨论, 本文提出在计算原结构位移时, 应采用塑性阶段的变形位移关系来代替弹性阶段的位移变形关系, 即对于发生屈服的单自由度的体系, 应采用屈服后的位移比计算位移并进行组合。在弹塑性时程分析中, 已经得到每一阶振型所对应单自由度体系所处的反应状态, 某些单自由度体系已经进入了弹塑性阶段, 有些还处在弹性阶段, 并且每一阶振型所对应的顶点位移已经得到。本文以此位移为顶点位移计算得到每一阶振型所处的状态, 从而得到各个结点在此时刻的位移变形关系, 并将得到的结果进行组合。图4所示为结构的模态Pushover分析与改进模态Pushover分析以及与时程分析的对比关系。

从图4的分析中可以得到, 改进的模态Pushover方法所得到的结果能够反映出结构的变形趋势。其中层间位移的误差减小较多, 能够对上部几层的层间位移作出较好的预测。

4 结论

本文采用模态Pushover分析方法, 考虑不规则结构的高振型影响, 以及刚度和质量的突变。通过算例, 与时程分析对比, 证明此方法能够得到结构的变形响应趋势。本文提出的考虑屈服后位移的模态Pushover方法, 以结构屈服后变形的实际情况进行位移组合, 并通过算例比较证明此方法能够反映出结构的变形趋势, 误差较未改进的方法小, 能够对结构进行较为准确的评估, 从而扩展了该方法的应用范围, 为工程实际应用提供参考。

摘要：大量的震害表明, 不规则结构尤其是高层不规则结构极易发生破坏, 严重者甚至会发生整个结构倒塌。为对平面不规则结构进行抗震性能评估, 本文给出了一种改进的模态Pushover方法。利用模态Pushover方法, 将结构简化为不同的等效单自由度体系。考虑对结构振动有较大影响的振型, 对其等效的单自由度体系进行弹塑性时程分析, 得到最大位移, 并通过一定的组合方式得到原结构的楼层位移和层间位移等性能指标。由于结构在屈服后的各节点变形关系与弹性振型分析时各节点变形关系并不相同, 因此, 本文提出按照该振型所处状态的各个节点变形关系, 将得到的位移进行组合。通过算例分析并与弹塑性时程分析对比, 表明该方法能够得到更合理的结果, 能够有效应用于竖向不规则结构的计算。

关键词：平面不规则结构,性能评估,模态Pushover方法,高振型影响,屈服后位移

参考文献

[1]Chopra A.K., Goel R.K.A modal pushover analysis procedure to estimate seismic demands for buildings:Theory and Preliminary Evaluation[R].PEER Report 2001/03, Pacific Earthquake Engineering Research Center, College of Engineering University of California Berkeley, 2001.

[2]Erol Kalkan, Sashi K.Kunnath.Adaptive Modal Combination Procedure for Nonlinear Static Analysis of Building Structures[J].Journal of Structural Engineering, 2006, 132 (11) .

[3]Chopra A.K., Goel R.K.A modal pushover analysis procedure to estimate seismic demands for unsymmetric-plan buildings:theory and preliminary evaluation[R].PEER Report 2003, 8, Pacific Earthquake Engineering Research Center, College of Engineering University of California Berkeley, 2003.

[4]毛建猛, 谢礼立, 翟长海.模态pushover分析方法的研究和改进[J].地震工程与工程振动, 2006, 26 (6) :50-55.

平面规则性超限结构工程的设计方法 篇9

某工程位于重庆市童家桥街道。建筑地上为11层住宅 (层高2.9米) , 地下为两层车库。设防烈度为6度;场地类别I1类;结构类型为部分框支剪力墙结构;抗震等级为框支框架二级, 剪力墙底部加强区三级, 剪力墙非底部加强区为四级;总高42.6米。标准层结构平面布置图详图1。

经计算, 考虑偶然偏心的楼层最大水平位移为该楼层位移平均值的1.39倍, 结构平面凸出一侧尺寸为相应投影方向总尺寸的54%, 其余平面及竖向规则性、结构总高度限值等均满足规范要求, 根据国家《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》 (2010年) 及重庆市《超限高层建筑工程界定规定》 (2010年版) , 该结构属于平面不规则超限结构。

2. 超限设计

2.1性能目标

本工程按《高层建筑混凝土结构技术规程》第3.11.1条采用C级性能目标。为达到以上抗震性能目标, 除进行多遇地震下的设计外, 需进行以下几个方面的计算及设计:还

(1) 采用两种力学模型进行弹性验算 (SATWE进行反应谱分析和动力时程分析, ETABS进行反应谱分析) 。

(2) 验算连接板保持中震弹性 (PMSAP) 。

(3) 竖向构件满足中震不屈服。

2.2结构反应谱分析

本工程采用SATWE作为主要计算分析软件, ETABS作为辅助软件进行分析校核。分析时均采用振型分解反应谱法计算地震作用, 并考虑了偶然偏心下的单向地震作用及双向地震作用。

(1) 结构周期和阵型

PKPM与ETABS计算的振型及周期限于篇幅未列出, 分析结果表明, 两种模型计算出的结构振型及自振周期基本一致, 且均满足规范要求。

(2) 结构的层间位移角

PKPM与ETABS计算的结构在双向地震作用 (中震) 下和风荷载作用下的层间位移角及位移比均满足规范要求, 结构在中震作用下基本完好, 结构处于弹性状态, 结构整体可以达到中震弹性的性能要求。

(3) 楼层侧向刚度比

PKPM与ETABS计算的结构楼层侧向刚度, 各楼层均满足规范关于层间刚度比的规定, 且结构的侧向刚度沿结构高度均匀变化, 不存在软弱层。

(4) 楼层层间受剪承载力与相邻上一层的比值

PKPM与ETABS计算的楼层层间受剪承载力沿结构高度均匀变化, 且抗剪承载能力比满足。

(5) 结构整体稳定分析

PKPM与ETABS计算的结构刚重比分析结果:结构两个主方向刚重比均大于2.7, 能够通过《高规》5.4.4条的整体稳定验算的要求, 结构计算时可不考虑重力二阶效应。

2.3弹性时程分析

2.3.1地震波的选择

根据规范要求, 选择两条天然波及一条人工波, 天然波一:TH2TG025;天然波二:TH1TG025;人工波:RH1TG025。

2.3.2时程分析结构及与反应谱分析结果对比分析

2.3.3时程分析结论

(1) 由楼层剪力曲线图可见, 在X、Y方向上每条时程曲线计算所得结构底部剪力大于振型分解反应谱法计算结果的65%, 多条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值大于振型分解反应谱法计算结果的80%, 满足《建筑抗震设计规范》 (GB50011-2010) 5.1.2条规定。

(2) 时程分析法显示结构的反应特征、变化规律与前述振型分解反应谱法分析基本一致。

(3) 3条时程波计算的楼层底部剪力平均值小于反应谱的计算值, 但局部楼层时程波的楼层剪力大于反应谱的计算值;设计时将依据时程波的楼层剪力包络值与反应谱的较大值进行设计。

2.4连接处楼板分析

2.4.1楼板应力分析

标准层结构平面布置图中 (图1) 阴影区设置为弹性板 (模型中为弹性膜) , 其余为刚性板。

弹性板厚度120mm。应用PMSAP程序采做楼板应力分析。分析结果显示:楼板地震作用下面内最大主应力S1、S2及面内最大剪应力S12均呈现按楼层呈上下楼层大, 中间楼层小的趋势。综合比较各组地震力楼板面内应力, 最大值均出现在第3层, 分析结果详表2 (限于篇幅, 未列楼板应力图) 。

2.4.2连接处楼板设计

中震作用下楼板设计分裂缝控制和承载力控制两部分。楼板在地震力作用下相当于截面高宽比很大的深梁, 可参考《砼规》中深梁相关计算进行控制。

(1) 正常使用极限状态设计:

楼板的正常使用极限状态分别进行抗拉演算和抗剪验算, 由于篇幅限制计算过程略, 计算结果抗拉和抗剪均满足相关规范要求。

(2) 承载能力极限状态设计:

(1) 受拉配筋计算:计算过程略根据楼板应力图, 除了两处角点应力集中部位主拉应力较大约为0.87MPa外, 大部分板主拉应力均小于0.53MPa, 故板最大主拉应力可按0.53MPa考虑。

故大部分弹性板可配φR7@190的双层双向钢筋。施工图设计时将与竖向荷载作用下的配筋包络设计。施工中所示两处角点应力集中部位可附加放射钢筋加强。

(2) 抗剪承载力验算:计算过程略

因板较宽, 取λ=0.25, 1.3×0.58=0.754≤1.75×1.43/ (1.25×0.85) =2.36 (MPa) , 满足要求。

3. 针对超限所采取的措施

(1) 保证水平力的传递, 连接部位楼板加厚至120mm, 双层双向配筋。局部应力集中的角点增加放射钢筋。

(2) 按中震弹性用弹性楼板设置 (弹性膜) 补充验算连接部位楼板, 控制地震作用下楼板面内主应力1 (拉应力) 不超过混凝土抗拉强度, 即保证中震下楼板保持弹性能有效传递水平力。

(3) 按中震不屈服验算竖向构件的承载力, 并与小震下计算结果比较后进行包络设计。

(4) 控制剪力墙的轴压比<0.5。

4. 结论

对于超限结构的设计过程可以从以下几个方面出发:

(1) 确定抗震性能目标。

(2) 采用两种力学模型进行弹性验算, 以确定程序的计算结果是否可以作为本工程的设计依据。

(3) 弹性时程分析进行辅助验算。设计时将依据时程波的楼层剪力包络值与反应谱的较大值进行设计。

(4) 找出薄弱层 (本工程为连接楼板) 按“中震弹性”为性能目标补充验算。