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不规则结构方案调整的几种主要方法
(一)、工程算例1
1、工程概况
某工程为一幢高层住宅建筑,纯剪力墙结构,结构外形呈对称Y形。一层地下室,地上共23层,层高2.8m。工程按8度抗震烈度设防,地震基本加速度为0.2g,建筑抗震等级为二级,计算中考虑偶然偏心的影响。其结构平面图如图1所示。
图1 结构平面图
2、这个工程的主要特点是:
(1)每一个楼层沿Y向对称。
(2)结构的角部布置了一定数量的角窗 。
(3)结构平面沿Y向凹进的尺寸10.2m, Y向投影方向总尺寸为22.3m。开口率达45%,大于相应投影方向总尺寸的30%,属于平面布置不规则结构,对结构抗震性能不利。
3、本工程在初步设计时,结构外墙取250厚,内墙取200厚。经试算结果如下:
结构周期:
T1=1.4995s,平动系数:0.21(X),扭转系数:0.79
T2=1.0954s,平动系数:0.79(X),扭转系数:0.21
T3=1.0768s,平动系数:1.00(Y),扭转系数:0.00
周期比:T1/T2=1.37,T1/T3=1.39
最大层间位移比:1.54
最大值层间位移角: 1/1163
4、通过对上述计算结果的分析可以看出,该结构不仅周期比大于规范规定的0.9限值,而且在偶然偏心作用下的最大层间位移比也超过1.5的最高限值。
经过分析我们得知,之所以产生这样的结果,主要是由于结构的抗扭转能力太差引起的。
5、为了有效地提高结构的抗扭转能力,经与建筑协商,在该结构的深开口处每隔3层布置两道高1m的拉梁,拉梁间布置200mm厚的连接板(如图2所示)。
图2 加梁和板后结构平面图
经过上述调整后,计算结果如下:
T1=1.3383s,平动系数:0.22(X),扭转系数:0.78
T2=1.0775s,平动系数:0.78(X),扭转系数:0.22
T3=1.0488s,平动系数:1.00(Y),扭转系数:0.00
周期比:T1/T2=1.24,T1/T3=1.28
最大层间位移比:1.48
最大值层间位移角: 1/1250.
6、从上述结果中可以看出,由于设置了拉梁和连接板,使结构的整体性有所提高,抗扭转能力得到了一定的改善。结构的周期比和位移比均有所降低,但仍不满足要求。
经过分析得知,一方面,必须进一步提高结构的抗扭转能力以控制周期比;另一方面,结构的最大位移值出现在角窗部位,因此,控制最大位移值就成为改善位移比的关键。
为此,对本工程采取如下措施:
(1)尽量加大将周边砼构件的刚度。具体做法是将结构外围剪力墙厚增加到300以提高抗扭转能力。
(2)将角窗处的折梁按反梁设计,其断面尺寸由原来的200*310改为350*1000,从而控制其最大位移。
(3)将外墙洞口高度由2490mm降为2000mm,以增大周边构件连梁的刚度。
(4)加大结构内部剪力墙洞口的宽度和高度,以降低结构内部的刚度。
经过上述调整后,计算结果如下:
T1=1.0250s,平动系数:1.00(X),扭转系数:0.00
T2=0.9963s,平动系数:1.00(Y),扭转系数:0.00
T3=0.8820s,平动系数:0.00, 扭转系数:1.00
周期比:T3/T1=0.86; T3/T2=0.88
最大层间位移比:1.29
最大值层间位移角: 1/1566
该工程最大最大层间位移比为1.29,根据《复杂高层建筑结构设计》建议的表7.2.3[1](如下表所示)可知,本工程在小震下最大水平层间位移角限值为1/1240,满足要求。
表7.2.3
扭转变形指标ξ=Umax/U 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8
中震下最大水平层间位移角限值[θ]/[θ0] 2.8 2.26 1.81 1.4 1.05 0.74 0.47
小震下最大水平层间位移角限值[θ]/[θ0] 1 1/1.24 1/1.55 1/2 1/2.67 1/3.78 1/6
7、通过以上调整后,可以看出结构的整体抗扭转能力得到了很大的提高,周期比和位移比都能满足规范要求,设计合理。
8、对于角窗结构,宜在角窗处的楼板内设置暗梁等措施以提高结构端部的整体性。
(二)、工程算例2[2]
1、工程概况
某超高层商办楼,主楼41层,结构高度为184.3m,地下室共5层,深19.5m。结构体系为钢筋混凝土筒体和框架组成的钢-混结构体系,框架由钢骨混凝土(SRC)柱和钢柱组成。本工程按7度抗震烈度设防,建筑抗震等级按二级,因工程平面体形复杂,构造措施按一级其结构平面图如图1所示:
图1 结构平面图
2、工程特点
本工程筒体刚度大,但延性较差。结构初算侧移很小,但平扭周期比偏大,在地震作用下质心与其它角点以及与边缘点的位移比亦不满足要求。究其原因,因筒体偏离整个平面较大,中部联接板带尺寸过小。
3、调整方法
a、剪力墙核心筒开计算洞以降低刚度;
b、结构角部加水平隅撑以加强结构边缘节点的约束;
c、薄弱层楼板加厚以提高楼板刚度,增加结构水平的协调能力。
d、筒体内主要角部暗埋了竖向H型钢,在周边连梁内暗埋H型钢 ,以提高筒体的延性。
4、计算结果
结构自振周期计算结果如下表所示:
Mode No Period Angle Movement Torsion
1 4.8103 14.53 0.93 0.07
2 3.8697 97.38 0.85 0.15
3 3.1442 136.60 0.23 0.77
周期比:T3/T1=0.653;T3/T2=0.813;
地震作用下的位移比均小于1.4。地震作用下的最大层间相对位移:X向为1/1220, Y向为1/1328;
参 考 文 献
1、孙昱斌 吕方宏 某平面不规则高层建筑的结构设计 PKPM新天地 2003 第5期
2、孙昱斌 高层建筑扭转效应的改善 PKPM新天地 2003 第2期
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