复杂点式高层剪力墙结构抗震设计与研究 11.30

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1、第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文2014年复杂平面点式高层剪力墙结构抗震设计探讨王栋1,莫庸1，2（1.甘肃省建筑设计研究院，兰州730030;2.甘肃省建设科技专家委员会,兰州730030）摘要通过对某平面凹凸不规则剪力墙结构进行楼板平面内应力的弹性分析，探讨了水平地震作用下楼板平面内应力产生的原因，由此发现楼盖存在的薄弱部位，并结合应力分析结果进行抗震措施加强，实现了楼板的抗震性能目标。关键词凹凸不规则剪力墙结构楼板平面内应力等效弹性分析1工程概况某点式高层住宅，位于兰州市西固区，建筑平面呈“三叉形”（平立面见图1、图2），建筑标准层轮廓尺寸长3

2、2.90m，宽26.20m,房屋高度129.10m，地上43层，一~二层为商场，层高4.50m，以上均为住宅，标准层层高3.00m;设三层地下室，为设备用房、库房、管理用房等。上部结构形式采用剪力墙结构，按最小等效宽度计算的高宽比为5.47，基础采用平板式筏形基础，持力层为卵石层。图1标准层结构平面图图2立面图2规则性分析及存在的主要问题根据该工程的结构形式、体形特点及设计调整后确定的计算参数，对结构进行高度及不规则超限项目判别，该工程存在以下超限不规则项：①房屋高度129.10m，大于8度区钢筋混凝土剪力墙结构A级高度100米限值（小于并接近于B级高度1

3、30米限值），属B级高度高层建筑工程；②规定水平力作用下考虑偶然偏心的扭转位移比部分楼层大于1.2，最大1.29；③“三叉形”平面形成凹凸不规则，最长翼凸出尺寸与该方向平面总尺寸之比l/Bmax=0.32>0.30(各翼局部凸出长宽比最大l/b=1.35<1.5)。由以上判别结论可知该工程属超限高层建筑工程，针对存在的超限不规则项，设计需采用比规范更为严格的抗震技术措施：包括用多程序计算分析对比、对关键或薄弱部位构件采取8第二十三届全国高层建筑结构学术会议论文2014年增加延性或承载力的加强措施、按性能设计要求对结构整体或局部构件进行性能化抗震设计等。就本

4、工程存在的不规则情况来看，结构扭转不规则与平面凹凸不规则密切相关，尤其三叉形平面三个翼的平面质量与刚度比重相当，在水平地震作用下三个翼的空间振动最终要传到核心部分承担、协调与转换，各翼连接部位的板宽相对较小，楼电梯开洞消弱等因素又加剧了核心部分楼板受力的复杂性，当建筑物高度较高时其影响将进一步加大。因规范中对楼板的抗震设计性能目标并无明确规定，设计中通常对楼板采取刚性假定或考虑楼板平面内变形（如采用弹性膜单元等）等方法简化处理，对平面凹凸或狭长板带等部位根据工程经验进行加强，但因未进行楼板自身受力分析，可能发生大震下因楼板破坏而使建筑整体抗震性能目标无法实

5、现。根据以上情况，并结合甘肃省超限高层抗震设防专项审查专家委员会的相关要求，本工程对水平地震作用下楼板受力进行了较为深入的分析。3楼板应力分析3.1楼板在地震中的作用及性能要求在地震过程中，楼板除承受楼面竖向荷载外，同时自始至终地在传递和分配水平力，协调同一楼层中竖向构件的变形，因此应赋予它比竖向抗侧力构件更高的抗震性能。结构设计中延性设计思想、延性耗能机制不应体现在楼板之中。当楼板平面凹凸不规则或楼板不连续时，楼盖结构受力复杂，传力不明确，容易诱发和造成局部薄弱部位率先破坏，继而引起与之相连的竖向抗侧力构件地震作用加大，可能造成结构局部或整体倒塌。因此为

6、了保证结构整体抗震性能的实现，楼板应在地震作用的全过程中保持整体性。规范中对楼盖结构中的剪力墙间距、楼板厚度、楼板配筋构造等均有相关规定，当楼盖结构受力复杂时，则应进行专门分析，《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010第10.1.5条规定“...复杂高层建筑结构中的受力复杂部位，尚宜进行应力分析，并按应力进行配筋设计校核。”对本项目进行楼板应力分析，设定楼板应满足以下性能目标：在小震及中震下保持弹性，按裂缝控制等级二级，采用砼抗拉强度标准值作为控制楼板砼开裂验算指标；在大震作用下，允许楼板砼局部开裂，按不屈服进行楼板截面设计，楼板中拉力全部由钢筋承

7、担，楼板砼始终不能发生受压破坏。3.2中震下楼板应力分析3.2.1计算方法选择根据设定的楼板抗震性能目标，分别对楼板进行中震及大震的应力分析。在中震及大震设防水准下，结构各抗侧力构件已不同程度进入屈服，在对楼板进行精细应力应析时，理论上应采用包括楼板弹塑性单元在内的全楼弹塑性有限元分析，因目前常用的工程设计软件如PMSAP、MIDAS等均未提供楼板弹塑性分析功能，虽然可用ANSYS、ABAQUS等通用有限元程序进行以上分析，但该类软件因不是面向设计开发，建模及数据前后处理复杂，分析中需用到大量有限元、钢筋混凝土本构关系、损伤模型等相关数据，存在不同模型的计

8、算结果相差较大、结构分析耗时巨大等问题。考虑到该工程为剪力墙结构，