高彩霞

1 工程概況

本工程為晉城某房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)公司擬建的某棟臨街地上住宅樓，地下1 層，地上17 層，1，2 層為商店，層高分別為4.2 m，4.8 m，2層以上為住宅，層高均為2.9 m。根據(jù)甲方及功能要求1，2層部分剪力墻不能落地，保證有較大的空間作為商場(chǎng)使用，因此本工程采用部分框支剪力墻轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。

該地區(qū)設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)地震加速度為0.05g，地震分組為第三組，擬建場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅱ類(lèi)，設(shè)計(jì)使用年限50年，采用PKPM系列軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，計(jì)算和配筋由SATWE完成，由PMSAP復(fù)核計(jì)算。

2 結(jié)構(gòu)方案確定

《高規(guī)》規(guī)定6度抗震設(shè)計(jì)時(shí)，轉(zhuǎn)換構(gòu)件可采用厚板，但相對(duì)而言，梁式轉(zhuǎn)換具有傳力明確直接，受力性能好，施工方便等優(yōu)點(diǎn)，且考慮本工程南邊柱網(wǎng)相對(duì)規(guī)整，有設(shè)轉(zhuǎn)換梁的條件，因此經(jīng)與建筑專(zhuān)業(yè)及甲方協(xié)商，最后確定采用梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。其中轉(zhuǎn)換層平面布置見(jiàn)圖1，標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面布置見(jiàn)圖2。

3 工程特殊參數(shù)設(shè)置

1)結(jié)構(gòu)類(lèi)別定義為《復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)》。2)選擇15個(gè)振型，周期折減系數(shù)0.95，考慮雙向扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)及偶然偏心。3)定義3層為轉(zhuǎn)換層(包括地下室)。4)墻元細(xì)分最大控制長(zhǎng)度為1.0 m。5)指定3層為薄弱層。6)選擇《調(diào)整與框支柱相連的梁內(nèi)力》，并設(shè)托墻梁剛度放大系數(shù)2。7)選擇0.200調(diào)整(2層～19層)。8)特殊構(gòu)件定義，框支梁為轉(zhuǎn)換梁，與框支梁相連的轉(zhuǎn)換層以下各層(不包括地下室)都為框支柱;2層～4層框支梁周?chē)鷺前鍨閺椥阅ぁ?)抗震等級(jí):剪力墻三級(jí);框架二級(jí);特殊構(gòu)件定義修改上部剪力墻四級(jí)。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面布置圖

4 抗震計(jì)算控制分析

本轉(zhuǎn)換高層場(chǎng)地高差較大，所以一般情況下易形成特別不規(guī)則結(jié)構(gòu)(即超出三項(xiàng)不規(guī)則)。

1)扭轉(zhuǎn)不規(guī)則。

2)側(cè)向剛度不規(guī)則。

3)豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)。

4)樓板局部錯(cuò)層不連續(xù)(地勢(shì)高差引起)。

因此為了避免形成特別不規(guī)則，通過(guò)調(diào)整扭轉(zhuǎn)不規(guī)則和相鄰上下層側(cè)向剛度不規(guī)則，使其只有3)，4)兩項(xiàng)不規(guī)則，來(lái)達(dá)到盡量減小轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)由于豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)形成的薄弱層破壞。

圖2 二層結(jié)構(gòu)平面布置圖

4.1 控制結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)

1)控制結(jié)構(gòu)平面布置，避免產(chǎn)生過(guò)大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。本工程南面是主要商場(chǎng)入口，北面是物業(yè)用房及功能樓梯，所以建筑北面可以設(shè)剪力墻，南面需框支梁轉(zhuǎn)換，墻盡量少，但考慮結(jié)構(gòu)布置宜均勻?qū)ΨQ(chēng)，所以框支層北面墻也不能太多，經(jīng)與建筑專(zhuān)業(yè)多次協(xié)調(diào)，確定在轉(zhuǎn)角及柱邊結(jié)合上部住宅，布了少量墻，通過(guò)剪力墻的調(diào)整，使質(zhì)心和剛心盡量接近避免產(chǎn)生過(guò)大扭轉(zhuǎn)。

2)適當(dāng)弱化內(nèi)部主體結(jié)構(gòu)，盡量加強(qiáng)周邊主體結(jié)構(gòu)，提高抗扭剛度，有利于縮短扭轉(zhuǎn)周期，減少扭轉(zhuǎn)變形。

從表1可知，T3/T1=0.78＜0.85滿(mǎn)足《高規(guī)》4.3.5條，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期與平動(dòng)為主的第一自振周期之比不應(yīng)大于0.85的規(guī)定。

在考慮偶然偏心影響的地震作用下，樓層最大水平位移與層平均位移的比值及最大層間位移與平均層間位移的比值均小于1.2，滿(mǎn)足《高規(guī)》4.3.5 條規(guī)定的要求。

表1 本工程整體結(jié)構(gòu)計(jì)算前三振型對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)周期值

4.2 控制豎向不規(guī)則

本工程通過(guò)盡量增大下部柱截面(750×750)，局部轉(zhuǎn)角增設(shè)剪力墻，加大下部剪力墻厚度(南邊墻厚450 mm)，提高下部混凝土強(qiáng)度等級(jí)(C40)，從而提高下部框支層的剛度;在層間位移基本控制合理范圍的條件下，盡量減少上部剪力墻數(shù)量，減薄上部剪力墻厚度，降低上部混凝土強(qiáng)度等級(jí)(C30)，盡量弱化轉(zhuǎn)換層上部結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度。

本工程采取上述措施后，用地震剪力與地震層間位移的比計(jì)算層剛度之比(從SATWE計(jì)算結(jié)果文件中提取)如下:

Floor No.3 Tower No.1

Xstif=12.425 4 m Ystif=2.668 6 m

Alf=0.000 0(Degree)

Xmass=12.223 4 m Ymass=-4.471 6 m Gmass=1 250.972 8 t

Eex=0.017 3 Eey=0.782 5

Ratx=0.710 7 Raty=0.537 8

Ratx1=1.489 6 Raty1=1.295 1 薄弱層地震剪力放大系數(shù) =1.15

RJX=2.295 4E+06 kN/m RJY=2.628 2E+06 kN/m RJZ=0.000 0E+00 kN/m

Ratx1，Raty1:X，Y方向本層塔側(cè)移剛度與上一層相應(yīng)塔側(cè)移剛度70%的比值

或上三層平均側(cè)移剛度80%的比值中之較小者

Ratx，Raty:X，Y方向本層塔側(cè)移剛度與下一層相應(yīng)塔側(cè)移剛度的比值

以上計(jì)算結(jié)果滿(mǎn)足《高規(guī)》第4.4.2條其樓層側(cè)向剛度不宜小于上部側(cè)移剛度70%或其上相鄰三層平均側(cè)移剛度80%的要求。

本工程底部大空間層數(shù)為二層，根據(jù)《高規(guī)》附錄E規(guī)定，其轉(zhuǎn)換層上部與下部結(jié)構(gòu)等效側(cè)向剛度比Re計(jì)算結(jié)果(從SATWE計(jì)算結(jié)果文件中提取)如下:高位轉(zhuǎn)換時(shí)轉(zhuǎn)換層上部與下部結(jié)構(gòu)的等效側(cè)向剛度比。

采用的樓層剛度算法:剪彎剛度算法。

轉(zhuǎn)換層所在層號(hào)=3。

轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)起止層號(hào)及高度=2 3 9.00。

轉(zhuǎn)換層上部結(jié)構(gòu)起止層號(hào)及高度=4 6 8.70。

X方向下部剛度=0.127 6E+08，X方向上部剛度=0.106 3E+08，X 方向剛度比 =0.805 5。

Y方向下部剛度=0.214 5E+08，Y方向上部剛度=0.183 1E+08，Y 方向剛度比 =0.825 1。

《高規(guī)》E.0.2 中 Re宜接近1，抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)大于1.3，此條主要指不要大于1太多，在《房屋建筑抗震設(shè)計(jì)常見(jiàn)問(wèn)題解答》2.4.8條指出抗震設(shè)計(jì)時(shí)Re＜1.0，一般情況下更有利于抗震。

4.3 控制層間位移角和剪重比

控制層間位移角的目的是確保高層建筑在正常使用階段水平力作用下滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)剛度和舒適度的設(shè)計(jì)要求，使得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)既經(jīng)濟(jì)又能被居住者接受。

本工程X方向最大值層間位移角為1/2 880，Y方向最大值層間位移角為1/3 080，滿(mǎn)足規(guī)范要求;X方向整層剪重比1.12%，Y方向整層剪重比1.21%，均滿(mǎn)足GB 50011-2010抗規(guī)第5.2.5條規(guī)定0.008的最小剪重比的要求。

5 結(jié)語(yǔ)

1)由于框支剪力墻結(jié)構(gòu)一般是為滿(mǎn)足上下建筑空間布置而采用的結(jié)構(gòu)，因此建筑方案確定后，為改善抗震性能，應(yīng)先合理布置剪力墻，盡量使轉(zhuǎn)換梁直接托上部剪力墻，減少轉(zhuǎn)換級(jí)數(shù)，縮短傳力路徑，避免多級(jí)轉(zhuǎn)換，且通過(guò)調(diào)整剪力墻布置使質(zhì)心和剛心接近避免扭轉(zhuǎn)。

2)強(qiáng)化下部框剪結(jié)構(gòu)，弱化上部剪力墻結(jié)構(gòu)，使轉(zhuǎn)換層上下主體結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度盡量平滑過(guò)渡。

3)嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)換層上下剛度比，保證底部大空間有足夠的剛度。

4)通過(guò)計(jì)算可知，建筑轉(zhuǎn)換層是本樓設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，盡量強(qiáng)化和提高下部結(jié)構(gòu)，抗震承載力和延性，避免罕遇地震下主體破壞，且除計(jì)算設(shè)計(jì)以外，還要加強(qiáng)構(gòu)造措施，提高其延性和承載力。

[1]GB 50011-2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S］.

[2]JGJ 3-2002，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S］.

[3]張瑞文.框架—剪力墻高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[J］.山西建筑，2010，36(1):78-79.