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摘要:随着我国科学的飞速发展,带有转换层的剪力墙结构高层建筑在我国以广泛应用。本文结合某高层商住楼的结构设计,探讨部分框支剪力墙高层结构的分析方法。该工程由一道防震缝分为两个结构单元,东座为长矩形平面,西座平面严重不对称,两座都附有偏置裙房,结构高宽比很大。介绍了结构总体布局的调整,分析计算模型的建立,设计软件的力学模型和驾驭手段,针对高宽比过大的特点展开分析并提出应对措施,克服了扭转和转换等困难,使不规则的复杂高层建筑结构的整体设计满足规范要求,取得良好的效果。
关键词:剪力墙;转换层;建筑结构;抗震设计;
0引言
随着我国的飞速发展,在建筑结构行业得到了不断提高,随着建筑造型和建筑功能要求日趋多样化,无论是工业建筑还是住宅,在结构设计中遇到的各种难题也日益增多,因而作为一个结构设计者需要在遵循各种规范下大胆灵活的解决一些结构方案上的难点、重点。
1工程概况
该工程为某小区高层建筑中的一座商住综合楼。1、2层用于商业,,转换层设在2层顶;3~30层为住宅,用于商业;1层地下室,用于车库、水池和设备间。室外地面至主要屋面的高度为90.5m,至局部电梯机房女儿墙顶的高度为99.2m。标准层和转换层结构平面分别如图1和图2所示。
典型的板式住宅,南北通透,进深小,立面宽。由于建筑平面狭长,并且西端局部轴线转向,如图设一道防震缝将建筑物分为东、西两个结构单元。东座为长矩形平面,西座平面严重不对称,高宽比都很大。本工程为丙类建筑,抗震设防烈度为6度,基本地震加速度为0.05g,建筑场地类别为II类,设计地震分组为第一组,基本风压为0.35kN/m2,地面粗糙度为C类。
2结构布置与计算调整
住宅建筑平面形状复杂,高宽比的计算方法没有明确的标准。如果按所考虑方向的最小投影宽度计算高宽比[1],东座达90.2∶9.3=9.7,西座达87.3∶9.3=9.4,远远超过了规范限值6[2]。本工程平面中,局部突出部分占有相当大的面积,并且其外伸长宽比4.55∶7.2=0.63比较小,如果按包括突出部分的最大投影宽度计算高宽比,东座为90.2∶17.2=5.2,西座为87.3∶17.2=5.1。
为了得到理想的户型布置,尽量不加大平面南北向最小宽度,而是通过剪力墙的平面布置来控制结构的侧向刚度和承载能力,保证稳定,防止倾覆,并实现良好的技术经济指标。结构布置中增加Y轴方向剪力墙的数量和长度,南北立面上局部突出的部分加强了剪力墙布置,尤其注意保证了足够的y轴方向落地剪力墙。
弹性计算显示:风荷载作用下,东座Y向最大层间位移角为1/1184,西座为1/1250:多遇地震作用下东座Y向最大层间位移角为1/2219,西座为1/2420;东座Y向刚重比为3.4,西座为3.83,均远大于1.4,满足规范的整体稳定要求[2];剪力墙、框支柱等抗侧力构件配筋量正常,多数是构造配筋,无异常超限情况;基础底面也未出现零应力区。
计算中发现,东座由于平面狭长,扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比偏大。延长周边剪力墙,同时缩短内部剪力墙,使抗侧力构件的平面布置更加合理有效。调整剪力墙布置时,同时关注刚心的移动,避免无意问增大了偏心率而收到降低耦联周期比的效果[3,4]。
西座由于严重不对称,楼层扭转位移比很大。通过调整剪力墙布置,尽可能减小楼层刚度中心与质量中心之间的偏心。关于多层结构刚心的定义存在争议[5~7],现代空间结构计算方法并不需要确定刚心的位置,但刚心仍是概念设计的有用工具。SATWE软件把每一楼层当作单层结构计算出楼层刚心[8],PMSAP软件按照某种方式考虑所计算楼层与整体结构的关系而得出楼层刚心[9]。参考软件计算的刚心和质心位置,调整平面布置。
东座平面规则,框支柱距比较大,