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    超限高层住宅建筑的抗震设计.pdf

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    超限高层住宅建筑的抗震设计.pdf

    第9期 2008年9月 广东土木与建筑 GUANGD0NG ARCHITECTURE CIVIL ENGINEERING No.9 SEP 2008 超限高层住宅建筑的抗震设计 黄斌 ,、, 深圳市华阳国际工程设计有限公司 深圳518038 摘 要目前超限高层住宅建筑越来越多,本文遵循现行规范的抗震设防目标、结构抗震性能水准及结构性能目 标,阐述超限高层住宅建筑的抗震设计方法及其在工程实例中的应用。 关键词超限;规则性;结构性能目标 1 引言 高层住宅建筑的结构体型规则性超限.一般是 由于建筑使用功能所造成的.也就是平面几何不规 则或竖向几何不规则 客观存在的平面几何不规则 或竖向几何不规则.通过调整结构布置和采取超限 技术措施,其结构动力特性或振动特性、结构承载 能力及变形能力.一般可以满足三个抗震性能水准 的结构性能目标 2结构性能目标 2.1抗震设防目标及结构抗震性能水准 按现行设计规范GB 5001 1-20012008版建 筑抗震设计规范,对应于“小震、中震、大震”这3个 地震水准.采用“小震不坏、中震可修、大震不倒”的 抗震设防目标.其结构抗震性能水准如下 1多遇地震小震作用下,结构处于弹性状 态.结构完好无损 2设防烈度地震中震作用下,结构部分构件 允许进入非弹性工作阶段和开裂.但非弹性变形和 开裂程度在可修复范围内.结构主要抗侧力体系不 屈服 3罕遇地震大震作用下,结构可能出现较大 的非弹性变形和较严重的破坏.但不能倒塌 2.1结构性能目标 1多遇地震小震作用下,现行设计规范的结 构性能目标.就是结构在弹性状态下承载力及变形 能力的标准和限值扭转周期比、层间弹性位移角、 扭转位移比、侧向刚度比、受剪承载力比、轴压比、剪 重比、刚重比、钢筋应力不大于屈服强度设计值等。 1 2 2设防烈度地震中震作用下.现行设计规范 没有给出量化的结构性能目标.但可以按现行设计 规范对“中震”时的结构抗震性能水准定义.自行推 论出量化的结构性能目标标准及限值 为保证结构主要抗侧力构件和框支框架满足不 屈服和弹性的要求,可对轴压比、混凝土应力和钢筋 应力进行控制.使框支柱和框架柱的轴压比不大于 1.O5剪力墙的混凝土压应力不大于轴心抗压强度标 准值 ;剪力墙的剪应力不大于混凝土抗拉强度标 准值 ;结构主要抗侧力构件和框支框架的钢筋应 力均不大于屈服强度标准值 。 允许部分选定的构件进入非弹性工作阶段.即 部分楼层梁端可出现塑性铰.钢筋应力可大于屈服 强度标准值 ,但应保证有足够的斜截面承载力。层 问弹性位移角可稍大于弹性状态的限值要求。 3罕遇地震大震作用下.现行设计规范的结 构性能目标.仅要求验算主要抗侧力构件的弹塑性 变形.即最大弹塑性层间位移角不大于限值要求。 3超限分析实例 3.1概述 某框支剪力墙结构的高层商住楼建筑.结构高 度99.9m,抗震设防类别丙类,抗震设防烈度7度, 特征周期值0.35s.设计地震分组为第一组,设计基 本地震加速度值0.10g 塔楼标准层平面大致可划分为5个区域.塔楼 中间为“交通区域”电梯、楼梯,其周边有4个“住 宅区域”.5个区域之间的楼板开洞面积较大结构 转换层设置在裙房顶上的架空层.即地面上第3层 进行结构转换 结构平面布置如图l。 针对建筑体型几何不规则的特点.结构布置时 2008年9月第9期 黄斌超限高层住宅建筑的抗震设计 SEP 20o8 N0.9 fa偶数层 图1塔楼结构平面布置图 b奇数层 采取如下措施 1在各区域内.合理布置抗侧力构件.有较独 立的抗侧力体系 2在各区域之间.尽量设置起拉接作用的剪力 墙、拉板及拉梁,加强各区域的整体连接。 3在平面凹进区域或楼板开洞范围.也尽可能 设置拉梁或拉板 4除“交通区域”的剪力墙落地外.各周边均布 置有落地剪力墙 5标准层的5个区域之间的连接构件.即拉梁 或拉板是结构的薄弱部位及分析的重点内容.通过 应力或内力分析.确定拉板及拉梁所起的作用 6调整结构抗侧力构件的布置及截面.控制结 构动力特性或振动特性指标满足不超限要求 超限高层住宅建筑工程分析中.应采用多种分 析软件和分析方法.并对各分析结果进行相互比较. 找出不规则类型对结构造成的不利影响.以及结构 的薄弱部位或构件.并通过调整结构布置及构件截 面,以确保其它规则性指标满足限值要求.确保承载 能力及变形能力的各项指标.满足设计规范的结构 抗震性能各水准的结构性能目标要求 3.2结构分析方法及性能目标 1多遇地震小震作用和风荷载作用 ①扭转耦联、弹性楼板、Oo和90的双向地震作 用SATWE及ETABS,含楼板应力分析②扭转耦 联、弹性楼板、45o和135o的双向地震作用SATWE及 ETABS,含楼板应力分析;③弹性时程分析SATWE; ④弹塑性静力推覆分析MIDAS。 结构性能目标是满足设计规范在弹性状态下承 载能力及变形能力标准和限值,即扭转周期比≤ 0.85,层间弹性位移角≤1//800,扭转位移比≤1.4等; 侧向刚度比、受剪承载力比、轴压 比、剪重比、刚重比等满足限值要 求钢筋应力不大于屈服强度设计 值、构件承载力满足规范标准等。 2设防烈度的地震中震作用 ①扭转耦联、弹性楼板、0。和 90的双向地震作用SATWE及 ETABS,含楼板应力分析②扭转 耦联、弹性楼板、45。和135的双向 地震作用SATWE及ETABS,含楼 板应力分析1 结构性能目标是结构的重要 部位和薄弱部位完好无损.主要抗侧力构件和框支 框架满足不屈服要求,并处于弹性状态框支柱轴压 比不大于1.05剪力墙的混凝土压应力不大于轴心抗 压强度标准值 ;剪力墙的剪应力不大于混凝土抗 拉强度标准值 ;框支框架和剪力墙的钢筋应力不 大于屈服强度标准值 。’ 层问弹性位移角可稍大于弹性状态的限值要 求.部分选定的构件可屈服进入非弹性工作阶段和 开裂.部分楼层梁端可出现塑性铰.但应保证有足够 的斜截面承载能力等 3罕遇地震大震作用 ①弹塑性静力推覆分析Pushover、MIDAS; ②楼板应力分析ETABS。 结构性能目标是验算主要抗侧力构件的弹塑性 变形.最大弹塑性层间位移角不大于1//120 3.3分析数据 分析数据均满足预定的结构性能目标标准和限 值要求 3.4超限设计的抗震及加强措施 1结构主要抗侧力构件和框支框架 主要抗侧力构件和框支框架的截面承载力设计 时.应比较“小震”与“中震”作用的分析结果.配筋取 最不利值.以确保主要抗侧力构件和框支框架“中震 弹性”的结构性能目标 采用规范规定的加强措施.对框支层及框支框架 进行加强处理按高规l0.2.5条的要求。当转换层 设置在3层及3层以上时,框支柱、剪力墙底部加强 区部位的抗震等级提高一级;按高规l0.2.7条要 求,当框支层为3层及以上时.每层框支柱承受剪力 之和应取基底剪力的3O% 13 2008年9月第9期 广东土木与建笳 sEP 20o8 No.9 2一般楼层梁及连梁 正截面承载力设计时.应比较“小震”与风荷载 作用的分析结果,配筋取最不利值斜截面承载力设 计时.应比较“小震”与“中震”作用的分析结果.配筋 取最不利值.以确保梁端塑性铰的“强剪弱弯”性能。 3楼板 比较“小震”与“中震”作用的分析结果.对薄弱 层的楼板、应力集中处楼板及拉接板,配筋取最不利 值.特别是重要部位拉接板和拉梁应保证在“中震” 作用下为弹性不屈服 3.5超限分析结论 1在“小震”和风荷载作用下的分析结果 各软件在相同模式下的分析结果相近.未出现 相互矛盾和异常情况.规范要求特定条件下扭转耦 联、偶然偏心、刚性楼板、单向地震作用的扭转位移 比最大值为1.448层。其它分析指标均能满足规范 的各项性能目标 节点扭转位移比1.44位于8层.虽 然该层的层问弹性位移角较小.但该节点的剪力墙 暗柱纵筋及箍筋还是应适当加强 “小震”作用时.楼板应力由重现期100年的风 荷载作用控制.地面粗糙度B类的地区转换层楼板 拉应力4.3MPa.7层构造拉板拉应力3.4MPa.楼板 压应力均小于抗压强度设计值 构造拉板的拉应力 虽大于设计值.但规范规定的楼板最小配筋率可满 足风荷载作用下楼板平面内的承载能力 平面各 “区域”之间.构造设置的拉梁均未屈服 弹性时程分析及与安评反应谱分析结果表明满 足规范有关限值和标准弹塑性静力推覆分析表明, “小震”作用下结构未出现性能控制点.处于弹性阶 段.各构件均未屈服“小震”和风荷载作用分析结果 表明。结构布置、构件截面尺寸选择等是合理和有效 的.可满足“小震不坏”的设防目标 2在“中震”作用下的分析结果 各软件在相同模式下的分析结果相近.未出现 相互矛盾和异常情况 “中震”不屈服分析中.预定 的弹性状态性能目标均能满足要求.部分楼层梁及 连梁的弯矩标准值大于正截面承载力标准值.但斜 截面承载力标准值均未超限.符合“强墙弱梁”和“强 剪弱弯”的抗震设计延性耗能概念 部分构件正截 面承载力的钢筋面积大于“小震”分析结果.施工图 设计时部分重要构件的配筋如框支框架、重要层的 剪力墙暗柱等应比较“小震”与“中震”作用分析结 果.取最不利值进行配筋 14 弹性状态下,局部楼板含构造拉板应力出现 峰值较集中的部位.平面各“区域”之间构造设置的 构造拉板的拉应力最大值7.7MPa5层,构造设置 的拉梁均未屈服 构造拉板和拉梁属于重要构件.施 工图设计时应按“中震”弹性不屈服进行配筋.结构 体系可满足“中震可修”的设防目标 3在“大震”作用下的分析结果 “大震”作用的弹塑性静力推覆分析表明.楼层 梁首先屈服.再就是竖向抗侧力构件屈服,框支层及 以下仅出现轻微弹塑性应变.最大弹塑性层间位移 角为1//320y方向、12F,小于1//120的规范限值 要求.可满足“大震不倒”的设防目标 构造拉板的应力比“中震”时有增大.其拉应力 最大值13.OMPa5F。考虑到平面不规则程度。各 “区域”之间的构造拉板及拉梁处的剪力墙暗柱均应 加强配筋 3结束语 3.1 客观存在的平面几何不规则或竖向几何不规 则.通过调整结构布置和采取超限技术措施.其结构 动力特性f或振动特性、结构承载能力及变形能力。 一般可以满足三个抗震性能水准的结构性能目标 3-2在设防烈度地震中震作用下.按现行设计规 范对“中震”的结构抗震性能水准定义.可给出量化 的结构性能目标标准及限值 3.3在超限高层建筑工程分析中.应采用多种分析 软件和分析方法.并将各分析结果进行相互比较.找 出不规则类型对结构造成的不利影响。以及结构的 薄弱部位或构件 3-4“基于性能的抗震设计”是结构抗震设计新的 发展趋势.由于其研究和分析尚未成熟,工程应用还 较少.因此本文的“超限建筑工程”抗震设计仍执行 现行设计规范的目标及标准 参考文献 [1]GB 500102001 建筑抗震设计规范2008版[S] [2]JGJ 3-2002高层建筑混凝土结构设计规程[S] [3]CECS 1602004建筑工程抗震性态设计通则试用[S]. [4]徐培福主编.复杂高层建筑结构设计[M].北京中国建 筑工业出版社.2005

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