银东家广场论文.doc

抗震防灾论文评选菏泽银东家广场结构设计及抗震分析韩振林苏光学李军山东省建筑设计研究院济南提要菏泽银东家广场为高位转换的底部大空间部分剪力墙结构抗震设防烈度高结构高宽比大设计难度较大本文就结构方案的确定整体内力计算和抗震分析等几方面做了较详细的介绍供同类工程设计参考关键词高位转换框支柱框支梁刚度工程概况菏泽银东家广场工程位于菏泽市中华路南侧中国人民银行菏泽支行东临位置建筑面积主楼地上层地下层裙楼地上分别为层和层地下层建筑物室外地坪至主体结构檐口的高度为工程抗震设防类别为丙类抗震设防烈度度设计地震基本地震加速度值设计地震分组为第一组场地土类别为类特征周期地下水位埋深较浅勘察期间地下水位在天然地坪下米左右该工程建筑平面建筑剖面见图为保证建筑防水和使用功能主楼和裙房地下整体相连不设缝自地面以上设防震缝将主楼和裙楼分开以避免形成偏心的大底盘结构主楼以轴为界以西地上层以下为商业层以上为住宅以东地上层以下为商业层以上为住宅因此在层轴以西和层轴以东必须要设置转换构件方能满足建筑使用要求从而形成了高位转换的底部大空间部分剪力墙结构体系本文主要介绍主楼部分的结构设计和抗震分析第一作者韩振林男年月出生高级工程师图图方案确定转换方式的确定本工程结构转换层同时作为设备层首先应确定转换构件的形式预估截面以和建筑及设备专业协商确定转换层层高以及以下商业楼层平面的柱网布置针对上部为剪力墙结构梁式转换受力明确可与其上剪力墙协同受力同时施工简单节约工期方便管道安装布置因此结合本工程的实际情况确定采用梁式转换框支框架抗震等级为特一级加强区剪力墙抗震等级为一级非加强区抗震等级为二级防震缝的设置以轴为界以西和以东转换层以下层数不同层高也不同因此在此处必须设缝否则形成错层结构以东建筑长度米长宽比大概左右按常规经验比较正常因此作为整体建模计算但分析表明在偶然偏心荷载作用下不少楼层位移比达以上且很难调整原因是本工程楼层多高度近米且设防烈度为度场地土类别为类导致地震作用较大而因为建筑平面布置的关系剪力墙距离形心较近相对于较大的地震作用整个结构的抗扭刚度较弱因此在轴处增设了一道防震缝目的是减小地震偶然偏心作用的偏心距离经试算抗扭指标大为改善最终确定在轴和轴处设两道防震缝将建筑物从西而东划分为三个独立的塔式结构基础选型根据岩土勘察报告主楼下天然地基承载力无法满足要求报告建议采用桩基由于在勘探深度内未发现较坚硬的桩端持力层导致单桩承载力较低经济指标不理想因此就桩筏板基础的设计方案进行论证经计算分析处理后的复合地基承载力和变形完全可以满足工程需要在经济上较桩基方案有明显优势另外从施工角度如采用普通的灌注桩方案鉴于本工程基础埋深较大基底标高为在天然地面进行桩基施工无法保证桩的平面定位偏差符合规范要求如开挖后施工桩基由于地下水位埋深很浅降水费用必然大大增加而采用桩因为是满堂布置桩平面位置偏移要求不严格从而使在开挖前进行桩基施工成为可能考虑以上诸因素最终确定主楼采用桩筏板的基础方案由于市场材料采购因素桩用素混凝土桩代替桩采用直径素混凝土灌注桩混凝土强度等级桩长米单桩承载力特征值复合地基承载力特征值为主楼筏板厚度裙楼采用天然地基考虑防水要求较高也选择了筏板基础方案筏板厚度因恒载作用下无法满足抗浮要求因此筏板下设置了抗浮锚杆计算模型的确定本工程地下为一整体地上主楼部分为三个独立高层裙楼出于避免超长和错层考虑在轴设缝分为地上层和地上层两个多层框架结构即地上实际为个结构单体此类地下连为整体地上分为多个单体的结构体系可不算作多塔结构经试算本工程地下一层与地上一层侧向刚度比大于因此定下的设计思路是把地下室顶板作为上部结构的嵌固端这样实施的好处是三个塔楼受力很明确不需要考虑彼此间的影响另一个好处是此时地下二层的抗震等级可降为级这样墙柱的配筋要求有较大程度的降低经济指标较好在具体计算时首先将每个单体单独建模计算此结果即为上部结构的计算结果经调整各种指标控制合理后再将各单体模型拼接并与地下结构整体建模整体建模目的是以考察地下室顶板处的梁板受力情况包括比较两种模型下对底部几层墙柱的影响另外是对基础设计提供模型和依据整体内力分析采用程序本工程结构整体计算分析主要采用多层和高层建筑空间有限元分析与设计软件并用软件进行校核计算中考虑了双向地震作用和偶然偏心的扭转藕连影响为校核多遇地震下振型分解反应谱法的计算结果用软件进行了弹性动力时程分析计算框支梁框支柱梁上剪力墙采用高精度平面有限元框支剪力墙计算软件进行了补充分析参数选择对于这种复杂的高位转换结构控制的指标有很多应注意在不同要求下正确的进行参数设置当计算楼层竖向构件最大位移和层间位移与该楼层平均值比值时选择对所有楼层强制采用刚性楼板假定当计算其他控制指标及结构内力位移时取消强制刚性楼板假定同时转换层及上下各两层楼板设为弹性膜计算上下楼层侧向刚度比时侧向刚度应定义为地震剪力与地震层间位移的比值计算转换层上下等效侧向刚度比时侧向刚度应选择剪弯刚度只有参数设置正确才能保证计算结果的有效和准确主要计算结果计算表明在偶然偏心作用下绝大多数楼层最大位移与平均位移之比不超过仅在向偶然偏心地震作用下两楼一定数量的楼层最大位移与平均位移之比超过但都控制在以内主要计算结果见表表计算结果弹性动力时程分析弹性动力时程分析中根据场地土类别选择了两条天然波和以及一条人工波最大加速度取结构阻尼比为三条时程曲线计算所得结构底部剪力的平均值大于反应谱法计算结果的且每条时程曲线计算所得结构底部剪力大于反应谱法计算结果的符合规范的要求因平均值小于法因此结构地震作用效应取计算结果以楼为例表为该楼的时程分析计算结果表时程分析计算结果楼号地震波最大层间位移角基底剪力基底弯矩向向向向向向计算结果楼号自振周期平动系数平动系数扭转系数地震作用楼层最小剪重比最大层间位移角向向向向向向转换层上下部等效刚度比转换层与相邻上层刚度比通过对和软件计算结果的比较对于框支柱二者计算结果基本一致多数为构造配筋对于框支梁计算出的梁纵筋和箍筋均普遍小于的计算结果仅个别梁箍筋大于的计算结果这是因为无法考虑转换梁承受的轴向拉力的缘故抗震分析及抗震措施上下侧向刚度比的调整部分框支剪力墙结构由于上部大量剪力墙无法全部落地结构在转换层上下刚度突变属于竖向不规则结构保证刚度较平缓的过渡对改善高位转换结构的抗震性能有极其重要的意义为控制刚度突变主要控制两个指标一个是转换层上下结构的等效侧向刚度比宜接近且不应大于另一个是转换层侧向刚度与相邻上部楼层侧向刚度比规范规定此比值不应小于设计中主要依靠加强下部弱化上部来实现下部剪力墙筒体外墙厚度一般为或下部纵墙厚度为或筒体内部墙体厚度或转换层上部墙体厚度为或并注意上部剪力墙连梁刚度适当削弱下部连梁刚度适当加强经多次调整取得了比较理想的结果如表所示框支柱的设计框支柱平面布置除满足建筑要求外还应考虑其对水平刚度和抗扭刚度的影响并注意与上部剪力墙位置的对应关系避免形成多级转换和秃头柱框支梁上部剪力墙和墙上洞口布置对框支梁受力影响很大高规明确规定框支梁上一层墙体内不宜设边门洞不宜在中柱上方设门洞这样规定主要是因为此位置门洞切断了上部墙体拱效应的传力途径对框支梁实现强剪弱弯的延性设计不利在竖向地震作用下梁端部和门洞边缘易形成薄弱处同样不利于结构延性的发挥因此本工程设计时与建筑专业积极沟通通过合理安排商业卖场布置最大程度消除秃头柱的产生本工程框支柱抗震等级为特一级高规建议优先采用型钢混凝土柱或钢管混凝土柱但考虑当地的施工水平和经济条件以及本工程各抗震指标均比较理想最终仍采用了混凝土柱但在设计中注意了较规范要求近一步降低了轴压比并在计算基础上加强了纵筋和箍筋的配筋量每根框支柱承担地震剪力标准值不小于基底剪力的框支梁的设计框支梁截面由抗剪承载力确定剪压比控制在以内截面尺寸至混凝土强度等级转换主梁即框支梁配筋以计算结果为主并参考计算结果转换次梁以计算结果为准由于大量剪力墙相对其下转换梁偏置必然使转换梁受扭目前程序对扭矩大小尚无法精确计算设计中考虑了以下几点有利因素转换层楼板面外刚度较大可通过板抗弯来抵消扭矩垂直方向的转换次梁同样可通过梁抗弯来抵消扭矩与转换梁上剪力墙垂直的墙体可很大程度上减小梁实际承担扭矩基于以上考虑梁抗扭主要通过构造措施来解决增大转换层楼板配筋实际板配筋采用级钢配筋率对边梁板上皮筋延伸至梁端部下弯以保证对梁扭矩的平衡作用每隔米左右设抗扭梁可用转换次梁兼做增强墙体的空间协同工作能力避免梁上墙体形成一字墙以使墙体互为支承楼转换层结构布置见图图转换层以上的墙体设计转换层以上墙体的设计经历了相当繁琐的调整过程因为影响其布置及截面设计的因素很多要满足建筑分隔的要求要考虑上下刚度比的要求要避免秃头柱的产生要注意质心与刚心尽量接近要满足层间位移的要求当然还要满足自身包括连梁的强度要求本工程高宽比较大在度设防类场地土的条件下层间位移不易满足要求此时增加墙肢长度比增加墙厚更为有效事实上本工程上部厚墙体若增厚到地震作用下层间位移要增大以上反而不满足规范要求这是因为结构刚度增大的同时也导致了地震作用的增大墙厚增大同时又使结构重量增加从表一可看出本工程的位移控制还是比较理想的但应该指出的本工程的调整方法并不是所有类似情况都适用随着结构高宽比和地震烈度的增大很可能出现一种情况无论增加或减少墙体增大或减小墙厚层间位移总是无法满足的可见结构的高宽比对一个结构设计的经济性合理性甚至可行性都有很大的影响高烈度区尤其如此转换梁上一层墙体相当多的情况下会出现抗剪不足的情况一种是地震作用造成抗剪不满足另一种是剪力墙随其下的转换梁竖向变形墙体不同部位的竖向变形差使墙体内部剪应力过大后者通常更为普遍本工程初期计算也遇到这个问题采用的解决途径主要有增大转换梁自身刚度墙肢尽量满布增大与转换梁的协同工作能力增加墙厚将部分厚墙体改为厚最终取得了理想的效果转换梁上一层墙体由于与转换梁协同承担荷载有必要采用有限元程序单独分析本工程墙体配筋将与计算结果对比取大值尤其是梁上为转换梁净跨范围内墙体水平分布筋计算结果普遍大于计算结果结语底部大空间部分剪力墙结构属于抗震不利体系如何保证其抗震设计的安全性合理性是设计者需要认真对待的问题本文通过一具体工程菏泽银东家广场项目从设计角度做了比较详细的介绍希望对类似的工程能有所借鉴参考文献高层建筑混凝土结构技术规程建筑抗震设计规范