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1、浅论高层建筑设计结构设计之局部框支设计摘要：本文结全笔者多年工作经验及实际工程，主要针对高层住宅局部框支结构设计作出相关分析，以供同行参考！关键词：框剪结构设计近年来,由于建筑设计和使用功能等的要求,导致很多在抗震设防区的住宅建筑在其中部附近开设了过洞或过人洞。这使得一些抗震墙无法落地,而仅靠落剪力墙,结构总体刚度不够,必须要设置转换构件,通过转换构件将上部构件的内力传递到基础和地基。由于转换层上下侧移刚度基本相同,这使得它们的一些特性更加接近抗震墙结构,我们把这种介于抗震规范所讲的抗震墙结构和部分框支抗震墙结构之间的结构形式称为局部框支抗震墙结构
2、。这里所讲的局部框支抗震墙结构除了不落地抗震墙很少以外,还具有以下特点:框支柱的数量一般为6～8个,最多不超过10个。1工程概况某工程十九层高层住宅工程为框支剪力墙结构,一层平面见图1所示。主体结构层高62.3m,地下室2层,层高分别为3.5m,4.7m;地上1层为居民活动空间,高5.4m;2层～13层为住宅,层高2.9m,以上至屋顶层高均为3.0m。9图12#、3#楼底部结构平面布置图该地区的基本风压0.4N/mm2,抗震设防烈度7度,场地土的特征周期0.45s,设计基本地震加速度0.1g,框架抗震等级为二级,剪力墙底部加强部位抗震等级为二级,其
3、余部位为三级。结构的阻尼比为0.05,水平地震影响系数最大值为0.08,罕遇地震影响系数最大值为0.5,地面粗糙度为C类。计算中考虑双向水平地震作用、扭转耦联影响及重力二阶效应,并对结构的稳定性进行计算。2结构设计中的计算和分析2.1转换体系的选取与计算框支转换层楼板在地震中受力变形较大,其在整体电算中的模型选择很关键。由于工程转换梁上部层数多,地震时楼板将传递相当大的地震力,其在平面内的变形是不可忽略的。因此采用弹性板或弹性膜的计算模型较为适宜。由于弹性板的平面外刚度在整体计算中已被计入,相当于考虑了板对梁的卸荷作用,会使梁的设计偏于不安全。在进
4、行整体结构分析时,将转换层楼板用弹性膜单元模拟。2.2嵌固端与转换层楼板板厚的确定工程以±0.000板作为嵌固端,既保证上部结构的地震剪力通过地下室顶板传递到全部地下室结构,同时能够保证上部结构在地震作用下的变形是以地下室为参照原点。《抗规》第6.1.14条规定:当地下室顶板作为上部嵌固端部位时,9地下室结构的侧向刚度与上部结构的侧向刚度之比不宜小于2。故地下室顶板厚度取200mm,同时,为了有效地将水平地震力传递给剪力墙,在应力集中的楼层,将楼板厚度加大,转换层楼板取180mm,与其相邻的层也适当加厚至150mm。考虑抗震需要,施工图阶段时更有意
5、提高转换层配筋率,使单层配筋率达到0.35%,以进一步提高转换层楼板和框支大梁共同作用的能力。考虑到梁宽大于上部剪力墙的两倍,宽度较宽,对边转换梁,板面钢筋不是简单地要求伸入梁内满足锚固要求即可,而是要求必须贯穿梁顶截面,以确保梁内扭矩在板上的有效传递。2.3框支柱与剪力墙底部加强部位墙厚的设计支柱基本布置于上部剪力墙对齐的下方或就近区域,这样不仅能使竖向荷载的传力途径直接、明确,减少转换板的内力,同时,上下抗侧力结构对齐,对于抵抗水平地震荷载作用,改善转换板的复杂受力情况也是大有益处的(详见图1)。框支柱作为框支剪力墙结构体系中重要的构件,它的安
6、全度直接决定了整栋建筑的抗震潜力,因而框支柱的延性和承载力成为设计的关键。框支柱应在计算的基础上,通过概念设计和抗震措施(构造措施)进行设计。调整框支柱总剪力不小于0.30,框支柱的抗震等级定位一级,为了增加其延性,轴压比不超过0.4,其最小配箍特征值比一级增加0.02采用,框支层剪力墙轴压比控制在0.69以内,以保证剪力墙有足够的刚度。抗震设计时,剪力墙的底部加强部位包括底部塑性铰范围及其上部的一定范围,其目的是在此范围内采取增加构造边缘构件箍筋和墙体横向钢筋等必要的抗震加强措施,避免脆性的剪切破坏,改善整个结构的抗震性能。《高层建筑混凝土结构技
7、术规程》JGJ3-2002(以下简称《高规》)第7.1.9条规定:底部带转换层的高层建筑结构,其剪力墙底部加强部位的高度可取框支层加上框支层以上两层的高度及墙肢总高度的1/8二者的较大值。为了保证底部加强部位处剪力墙的平面外刚度和稳定性《,建筑抗震设计规范》GB50011-2002(以下简称《抗规》)及《高规》分别规定了剪力墙底部加强部位墙厚的取值。其中,考虑到高层建筑结构的重要性《,高规》对墙厚的取值更加严格。针对本工程结构的特点,设计中有以下两点特别之处:(1)一般情况下,高层建筑结构底部加强部位的剪力墙厚度应按照《高规》7.2.2条规定取值。
8、但对于本工程而言,由于底部层高较大,一般剪力墙墙厚bw取380,但对于电梯井处剪力墙布置较多,相对的轴力较小,其截面按照上
