高位轉(zhuǎn)換超限高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探究論文
1工程概況
本工程位于北京房山商業(yè)核心區(qū)，為集商業(yè)、住宅為一體的城市綜合體。建筑層數(shù):地上13層，地下2層加非機(jī)動(dòng)車庫(kù)局部夾層。總建筑面積約2萬(wàn)m2，其中地下2層及夾層為停車庫(kù)和設(shè)備用房，地下1層～5層為商場(chǎng)，6層～13層為住宅，房屋總高度為51．40m，建筑效果圖如圖1所示。裙樓單層面積較小，長(zhǎng)方向約70m，共8跨柱網(wǎng)，柱距8．8m;寬度方向約25m，只有2跨～3跨，進(jìn)深分別為9．3m，8．1m，7．5m。作為電器賣場(chǎng)，需要較大的開敞空間。6層～13層為普通住宅，建筑要求房間角部不能鼓出結(jié)構(gòu)柱。另外，由于項(xiàng)目較小，甲方要求主裙樓間不設(shè)縫。
2結(jié)構(gòu)形式及參數(shù)取值
2．1結(jié)構(gòu)選型
受建筑條件的制約，本項(xiàng)目6層及以上只能做成剪力墻結(jié)構(gòu)，而1層～5層，因?yàn)樽錾虡I(yè)賣場(chǎng)用，要求設(shè)置大開間柱網(wǎng)，僅樓梯間處允許設(shè)置剪力墻。因此大多數(shù)剪力墻都要轉(zhuǎn)換。
2．2抗震分析參數(shù)選取
根據(jù)《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》第6．0．5條規(guī)定本項(xiàng)目的商業(yè)部分是－1層～5層，總建筑面積為8180m2，不屬于大型商場(chǎng)。其抗震設(shè)防類別劃為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類(丙類)。北京地區(qū)屬8度區(qū)，《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(以后簡(jiǎn)稱《高規(guī)》)對(duì)部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)，底部加強(qiáng)部位剪力墻及框支框架抗震等級(jí)為一級(jí)，非底部加強(qiáng)區(qū)的剪力墻為二級(jí)。
3應(yīng)對(duì)措施
3．1根據(jù)超限特點(diǎn)，合理布置結(jié)構(gòu)形式
針對(duì)高位轉(zhuǎn)換的情況，在滿足側(cè)移變形承載力的前提下盡可能均勻布置塔樓剪力墻、減薄墻體，隔墻采用輕質(zhì)材料，盡可能減輕上部塔樓重量;讓塔樓剪力墻盡量落地，不能落地的盡量落在連接框架柱的轉(zhuǎn)換梁上。經(jīng)協(xié)商將陽(yáng)臺(tái)邊的磚墻也改為剪力墻，使盡可能多的剪力墻的端頭直壓到框支柱上，減少禿頭柱數(shù)量。對(duì)完全不在軸線上的兩片剪力墻，用兩個(gè)方向的轉(zhuǎn)換次梁共同抬起;轉(zhuǎn)換梁及框支柱均采用型鋼混凝土以提高其延性，對(duì)轉(zhuǎn)換梁一側(cè)相連的電梯井筒邊也設(shè)型鋼端柱，以便與型鋼轉(zhuǎn)換梁相接，在電梯筒與樓梯間剪力墻之間拉上連梁，使之形成整體;控制墻體厚度變化使轉(zhuǎn)換層上下層剛度接近，不出現(xiàn)突變，上下均勻;使用高強(qiáng)混凝土，嚴(yán)控豎向構(gòu)件的軸壓比，以提高抗震延性�？刂颇繕�(biāo)為框支柱小于0．40，剪力墻軸壓比小于0．2(規(guī)范限值分別為0．6和0．5);加厚轉(zhuǎn)換層樓板(取200厚)，提高樓板配筋率，框支層混凝土標(biāo)號(hào)取為C40，雙層雙向通長(zhǎng)配筋，同時(shí)亦適當(dāng)加強(qiáng)轉(zhuǎn)換層上下層的樓板，確保地震剪力有效傳遞;將轉(zhuǎn)換層定義為薄弱層，放大該層的地震剪力，剪力放大系數(shù)取為1．25。針對(duì)扭轉(zhuǎn)不規(guī)則的情況，通過裙房?jī)?nèi)最西邊和西南角分別布置兩道較厚較長(zhǎng)的剪力墻使樓層偏心率控制在25%以內(nèi);查找出平扭位移比最大點(diǎn)，對(duì)該處的構(gòu)件進(jìn)行加強(qiáng)。針對(duì)豎向收進(jìn)的情況，控制上下層的剛度比，抗剪承載力比，轉(zhuǎn)換層剛度比滿足規(guī)范要求;對(duì)裙樓的屋頂樓板加強(qiáng)，負(fù)筋拉通;按《高規(guī)》說明10．6．3條文說明，對(duì)塔樓與裙樓相連的外圍柱墻，在構(gòu)造上予以特別加強(qiáng)。
3．2選用合適的分析方法，找出結(jié)構(gòu)不足之處加以調(diào)整
1)按規(guī)范要求采用兩種三維空間分析軟件進(jìn)行整體內(nèi)力和位移分析，并考慮偶然偏心及雙向地震作用。計(jì)算結(jié)果對(duì)比見表1�？蛑е募袅φ{(diào)整，按其從屬面積所分擔(dān)的樓層剪力作為調(diào)整基數(shù)。2)進(jìn)行彈性時(shí)程分析，分析結(jié)果未發(fā)現(xiàn)明顯的.薄弱環(huán)節(jié)。3)大底盤的設(shè)計(jì)中考慮底盤各層按考慮高低塔聯(lián)合模型的地震剪力修正同時(shí)補(bǔ)充底盤按少墻框架的單獨(dú)模型(塔樓質(zhì)量按荷載輸入在裙樓模型上)計(jì)算，承載力包絡(luò)設(shè)計(jì)。計(jì)算結(jié)果表明，單獨(dú)裙樓模型中部分豎向結(jié)構(gòu)件比整體模型有10%左右的增加。4)上部塔樓設(shè)計(jì)中，縱向短墻補(bǔ)充按框架柱的模型計(jì)算，滿足傾覆力矩和二道防線的要求。5)中部樓電梯部位相關(guān)樓板應(yīng)采用彈性板計(jì)算。
3．3進(jìn)行性能化設(shè)計(jì)分析
性能化結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)是指結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)由一系列可以取得的結(jié)構(gòu)性能目標(biāo)來(lái)表示，主要針對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)并采用基于能力的設(shè)計(jì)原理。根據(jù)《高規(guī)》第3．11．1條要求，綜合考慮抗震設(shè)防類別、設(shè)防烈度、場(chǎng)地條件、結(jié)構(gòu)的特殊性、建筑建造費(fèi)用、震后損失和修復(fù)的難易程度等各項(xiàng)因素，可選定針對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)的局部部位或關(guān)鍵部位結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部件重要構(gòu)件、次要構(gòu)件的性能控制目標(biāo)。本工程的結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)選定為:轉(zhuǎn)換梁的承載力大震不屈服;框支柱和相鄰落地墻(端柱或暗柱)承載力中震彈性，并滿足大震截面控制條件。轉(zhuǎn)換梁性能目標(biāo)的承載力計(jì)算不考慮空間作用，手算復(fù)核，按照實(shí)際承擔(dān)區(qū)域面積手算確定荷載。
4結(jié)語(yǔ)
高位轉(zhuǎn)換高層最重要的就是框支結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，此部分的構(gòu)件需要有足夠的安全儲(chǔ)備，通過性能化設(shè)計(jì)對(duì)此部分選定合適的性能化目標(biāo)，并分析實(shí)現(xiàn)，是類似結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。結(jié)構(gòu)布置盡量減少禿頭柱的情況，轉(zhuǎn)換梁兩頭均抬墻時(shí)，轉(zhuǎn)換比較容易實(shí)現(xiàn)，安全性要高得多。要提高轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的普通混凝土梁柱構(gòu)件的承載力，需要加大截面，而加大截面將會(huì)承擔(dān)更多的地震力，更多的地震力又需要加大截面，容易限入死循環(huán)。而選用高強(qiáng)的勁性混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，能很好地解決這一問題，從純混凝土到勁性型鋼混凝土，在剛度有限提高的情況下，強(qiáng)度會(huì)有大幅度的提高。因此勁性混凝土構(gòu)件是做轉(zhuǎn)換構(gòu)件的最佳選擇。對(duì)上部偏置塔樓與裙樓總體量相當(dāng)或接近的結(jié)構(gòu)，選擇單塔樓模型補(bǔ)充計(jì)算，是對(duì)全樓模型分析結(jié)果的有益補(bǔ)充。這種方法有利于發(fā)現(xiàn)潛在的不足之處，更簡(jiǎn)易客觀地反映出扭轉(zhuǎn)變形的影響，使得關(guān)鍵構(gòu)件得到加強(qiáng)。當(dāng)塔樓平面面積占裙樓面積比較小時(shí)，如果對(duì)數(shù)目較少的框支柱按全樓地震剪力進(jìn)行剪力0．2Q0調(diào)整，調(diào)整的剪力往往會(huì)很大，難以實(shí)現(xiàn)。因此剪力調(diào)整按框支范圍面積所對(duì)應(yīng)的剪力進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整比較合理。另外，由于進(jìn)行了多重加強(qiáng)，與非超限的常規(guī)項(xiàng)目相比，本項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性較差。因此，在項(xiàng)目的前期，建筑方案設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免高位轉(zhuǎn)換，塔樓偏置這些嚴(yán)重不規(guī)則的情況出現(xiàn)。雖然通過各種措施來(lái)成功實(shí)現(xiàn)了這一方案，但也不得不說，這不是一個(gè)好的選擇。
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