东方.万汇城某公寓楼结构设计

2014-12-25 01:25伍雁华
城市建设理论研究 2014年37期
关键词:结构分析高层建筑

伍雁华

[摘要]东方·万汇城某公寓楼结构高度99.5m,采用框支剪力墙结构。本文介绍了结构体系及布置、抗震设防性能目标、结构整体计算分析等。框支转换结构体系分析、型钢混凝土结构应力分析等专项分析内容及方法。

[关键词] 框支剪力墙; 高层建筑; 结构分析; 转换结构

中图分类号:TU208文献标识码: A

1 工程概况

项目位于南京市浦口区,占地面积约30657平方米。建筑物由高档酒店、高层住宅、商业裙房及地下车库组成。其中某幢公寓地面以上32层,上部为公寓,底部两层为商业,在二层顶进行部分转换,地下两层为车库以及设备用房,局部为人防地下室。公寓结构高度99.5m,平面布置规则。

公寓楼效果图

2 建筑结构的设计标准

公寓楼结构设计标准见下表2-1

表2-1 结构设计标准

单体类别

类别 住宅 商业裙房

安全等级 二级 二级

设计使用年限 50年 50年

抗震设防类别 标准设防类 标准设防类

建筑耐火等级 二级 二级

地基基础设计等级 甲级 甲级

建筑桩基安全等级 一级 一级

室 耐火等级 一级 一级

防水等级 二级 二级

3 自然条件

3.1 风、雪荷载

表3.3-1 风雪荷载

基本风压 地面粗糙度 体型系数 基本雪压

06幢 Wo=0.40kN/m2 B类 1.4 So=0.65kN/m2

3.2 抗震设防基本参数

表3.3-2 抗震设防基本参数

抗震设防

烈度 设计基本地震加速度值 设计地震

分组 建筑场地

类别 场地特征

周期 水平地震影响系数最大值

常遇地震 罕遇地震

7度 0.10g 第一组 Ⅲ类场地 0.45s 0.08 0.50

4结构体系与抗震设计

公寓楼采用部分框支剪力墙结构,抗震类别属于标准设防类,地面以上高度99.05m(含屋面构架高度103.5),地下二层(9.4m),地下一层以上部分抗震等级为二级,底部加强部位剪力墙及框支框架抗震等级为一级,地下一层以下部分抗震等级为三级。

5 结构分析

5.1平面布置

公寓楼三层以上为住宅,一二层为商业,地下二层为车库及设备用房,建筑功能多样,为满足商业大空间要求,本栋公寓楼在二层顶采用底部带托墙层的剪力墙结构,并且将落地剪力墙布置在结构外边靠近四角位置,并且适当加厚落地剪力墙和核心筒墙体的墙厚,提高结构刚度和抗扭性能,有利于保持结构在地震作用下的整体性和抗转动能力。上部剪力墙布置尽量与框支梁中心重合,避免框支梁扭矩过大产生扭剪破坏,并且设置于框支梁垂直的楼面梁,减小框支梁扭矩。框支剪力墙及不落地剪力墙布置如下图:

5.2 计算要点

(1) 基础设计时将上部结构与地下室作为一个整体,用JCCAD分析基础变形;

(2) 以地下室顶板作为上部结构的嵌固端;

(3) 构件设计时楼板按弹性板计算;

(4) 地震作用和风荷载按两个主轴方向作用,高层部分同时考虑5%的偶然偏心地震作用下的扭转影响,并验算双向地震作用下的扭转效应;

(5)本工程局部采用次梁转换,后期施工图阶段将对此进行应力分析,并根据应力校核配筋结果;

(6)结构分别采用SATWE(2010版)和midas Building(2011版)两种不同力学模型的三维空间分析软件进行计算。两种模型计算结果均满足规范要求,本文摘录SATWE结果进行阐述。

5.3 主要计算结果(地下部分略)

公寓楼单体SATWE结构分析的前3~6个振型主要计算结果见下表:

表5.3.1 高层公寓部分结构自振周期

振型号 周期(s) 平动系数 扭转系数

公寓楼 1 2.9664 1.00 0.00

2 2.8914 1.00 0.00

3 2.1519 0.01 0.99

4 0.8760 1.00 0.00

5 0.6781 1.00 0.01

6 0.5862 0.00 1.00

表5.3.2 高层公寓部分主要控制参数

幢别 作用方向 楼层最小剪重比 有效质量系数 楼层最大水平位移与该楼层平均值的最大比值 楼层最大层间位移与该楼层平均值的最大比值 楼层层间最大位移与层高之比的最大值

公寓楼 X 1.56% 97.06% 1.06 1.11 1/1191

Y 1.76% 91.27% 1.05 1.08 1/1181

由计算结果分析:

1.有效质量系数大于90%满足规范要求。

2. 表中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之比均小于0.85,满足规范要求。

3.表中层间最大位移与层高之比为均小于1/1000,满足规范要求;最大水平位移和层间位移比值均小于1.4,满足规范要求。

4.对楼层剪重比<1.6%的单体按规范要求进行地震力调整。

5.±0.00作为上部结构的嵌固端,地下一层与首层的剪切刚度比大于2,满足嵌固端要求。

5.4特殊部位详细分析

1 .部分框支次梁应力分析

选取公寓楼某处框支次梁,用PKPM系列软件FEQ做构件应力分析, 通过对比可以知道,转换梁纵筋配筋值以及箍筋配筋值均小于SATWE计算配筋值。转换主楼在转换次梁搭接处,梁底受拉应力集中,此位置转换梁内插型钢,平衡受拉应力;转换梁上部上部墙体开洞位置,受压剪应力集中,此位置转换主楼均内插型钢,并适当加大外套大箍直径。

2 .转换层楼板应力分析

通过Midas Building楼板应力软件分析,可以知道,在在水平地震力作用下,公寓楼转换层内板拉应力均在0.2~0.6MPa之间,小于C35混凝土轴心抗拉强度。

3.转换层上一层楼板应力分析

通过Midas Building楼板应力软件分析,可以知道,在在水平地震力作用下,公寓楼转换层内板拉应力均在0.1~0.3MPa之间,小于C30混凝土轴心抗拉强度。

6 结构加强措施

本工程为复杂高层建筑,为此结构设计采取了以下措施,确保结构具有很好的承载能力和延性,满足我国抗震规范设防目标:小震不坏,中震可修,大震不倒。

1、结构计算分析

1)采用两种不用力学模型的三维空间分析软件SATWE和midas Building,进行整体结构内力与位移计算和比较,确保计算分析结果的真实可靠。

2)采用SATWE对结构进行中震弹性和大震不屈服分析,找出结构的薄弱部位。对分析中发现的薄弱部位采取相应的加强措施,保证重要部位不屈服。

3)对结构的关键部位(转换层梁、转换层楼板和转换层上层剪力墙)进行应力分析,并根据应力分析结果在施工图设计中进行包络设计。

2、针对薄弱层抗震加强措施

1)薄弱层地震剪力乘以1.25的增大系数;

2)转换层及相邻上层剪力墙设置约束边缘构件,并适当提高剪力墙水平分布筋配筋率、框支柱的纵筋配筋率和体积配箍率。

3)针对转换层抗震加强措施

本工程在结构第2层进行转换,底部加强区剪力墙和框支柱抗震等级提高为一级。为此,在构件配筋时,对底部加强区剪力墙和框支柱的剪力、弯矩增大系数进行适当放大,配筋适当加强。

3、针对扭转不规则抗震加强措施

在构件配筋时,对结构的角柱剪力、弯矩增大系数进行适当放大,配筋做适当加强;角部剪力墙全长设置约束边缘构件。

4、特殊部位楼面板处理

转换层楼面板厚180mm,双层双向配筋,每层每方向配筋率不小于0.25%;转换层上下板厚120mm,双层双向配筋,每层每方向配筋率不小于0.20%;保证板具有足够的水平刚度,有效传递水平力。大开洞楼板周边楼板做适当加强,双层双向配筋,每层每方向配筋率不小于0.20%。

7 结论

根据概念设计理念,运用多种计算手段,完成了对本复杂高层项目的结构分析。结果表明:本工程在地震作用下的变形符合相关规范的要求,重要受力构件具有较好的安全储备。设计上采用相应的构造措施后,结构的延性也会得到有效的保证。

参考文献

[1]GB500110-2010 混凝土结构设计规范[S]北京:中国建筑工业出版社,2010

[2]GB20011-2010 建筑抗震设计规范[S] 北京:中国建筑工业出版史,2010

[3]JGJ3-2010 高层建筑混凝土结构技术规程[S] 北京:中国建筑工业出版社,2010

[4]朱炳寅 高层建筑混凝土结构技术规程应用与分析[M] 中国建筑工业出版社 2012

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