帶轉換層的高層建筑結構設計

李從春

(中國建筑西南設計研究院,四川成都 610081)

帶轉換層的高層建筑結構設計

李從春

(中國建筑西南設計研究院,四川成都 610081)

以實際工程為例,對帶轉換層的高層建筑在結構設計中整體抗震性能進行了分析,對層剛度比、轉換層上下結構等效剛度比等參數進行了重點分析,并對各層地震作用進行了對比分析。通過結構計算調整及構造措施提高本工程尤其是轉換層附近結構抗震性能。

轉換層; 層剛度比; 構造措施

帶轉換層多塔樓高層建筑結構是高層商住樓中常用的一種結構體系。轉換層上下結構體系的轉變和豎向構件的不連續性,易使轉換層附近的剛度和內力發生突變。本文結合實際工程對此種復雜高層的抗震設計談談自己的體會。

1 工程概況

成都地區某工程,26層,結構總高度80m(圖1),一層地下室,底部 4層為大底盤,4層以上為 3個基本對稱的等高塔(圖2),塔樓高 22層,采用梁式轉換層,轉換層位于 4層頂。設防烈度為7度(0.1g),擬建場地類別Ⅱ類,設計地震分組 3組。結構抗震等級:框支柱為特一級,框支框架為一級,底部加強區剪力墻為一級,非底部加強區剪力墻為二級。

圖1 建筑剖面

2 結構計算與分析

本工程采用SATWE和PMSAP對本工程進行彈性分析,對單塔和多塔兩種情況下結構的周期、位移、剛度比等整體參數進行了控制,最后結合兩者計算結果進行設計。

2.1 結構整體參數計算與分析

通過對比可以看出SATWE與PMSAP對結構整體參數的計算結果基本一致。結構周期比、層間位移角及位移比均滿足規范要求(表1、表2)。

圖2 結構平面圖

樓層抗側剛度比和樓層抗剪承載力比是判斷薄弱層的重要指標,依《高層建筑混凝土結構技術規程》(JGJ3-2002) (以下簡稱《高規》)“對豎向不規則的高層結構,包括某樓層抗側剛度小于其上一層的 70%或小于其上相鄰三層側向剛度平均值的 80%,或結構樓層層間抗側力結構的承載力小于其上一層的 80%。”即為結構薄弱層。表 3中剛度比即為本層側移剛度與上一層側移剛度70%的比值或上三層平均側移剛度 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可以看出轉換層上下沒有明顯的結構薄弱層。

圖3 轉換層上、下等效側向剛度計算模型

按照《高規》附錄E的規定按圖 3計算模型對轉換層上下結構等效抗側剛度比進行計算,計算結果見表 4。可以看出轉換層上、下結構等效抗側剛度比滿足規范要求。

2.2 地震作用對比分析

為了更好地研究由于轉換層上下結構剛度的變化和水平抗側力體系的變化引起的地震作用的變化,將該結構與對應的剪力墻結構計算結果進行對比,見圖 4。通過對比分析可以看出,轉換結構各層對應的樓層剪力均較剪力墻結構大,轉換層以上部分樓層剪力相差較小,轉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,轉換層地震作用發生了突變,較其他層明顯增大,且下部框支層也明顯較上部樓層大。

轉換層附近結構為結構的重要部位,且轉換層上下地震作用的變化較大,為此有必要提高轉換層附近結構的抗震性能,本工程將轉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 動力時程分析

根據場地地質情況,選取與本工程實際情況相符的兩條實際強震記錄和一條人工模擬加速度時程曲線。通過分析可以看出,樓層位移曲線變化平穩、在轉換層附近無明顯突變。三條時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譜法計算結果。

3 構造措施

轉換層及其附近樓層為結構重要部位,且地震作用變化較大,需要提高該區域的承載力和延性。

3.1 加強框支柱的延性

框支柱的延性與混凝土強度等級、軸壓比、配箍率、縱筋配筋率有關,為了提高框支柱的承載力和延性,在設計中采取以下構造措施:

(1)對框支柱承擔剪力進行調整。每層框支柱承擔剪力之和不小于基底剪力的 30%。

(2)混凝土強度等級采用C60。

(3)框支柱的軸壓比控制在0.5以內。

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

3.2 加強轉換層構造措施

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

3.3 加強轉換層上部墻體構造措施

與轉換梁相近的上部剪力墻參與轉換梁共同作用,同時將分擔轉換梁的部分內力。本工程對轉換層以上 3層剪力墻混凝土強度等級采用 C60,并按一級加強抗震措施。

圖4 轉換結構與剪力墻結構計算結果對比

4 體 會

(1)對于多塔結構應注意單塔模型和多塔模型雙重控制,分析轉換層附近結構剛度變化及地震作用變化,注意結構重要部位的加強處理。

(2)對結構的重要部位和薄弱部位應從計算調整和構造措施兩方面進行加強,保證其有足夠的承載力和延性要求。

TU352.1

B

2010-04-08