试论某复杂高层办公楼结构抗震设计

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1、试论某复杂高层办公楼结构抗震设计【摘要】以某复杂高层办公楼的结构抗震设计为例,运用结构抗震的概念设计原理，分析了结构体型的不规则情况，从结构体系的确认到结构计算及内力分析，提出针对超限的一些措施，阐述了自己的见解。【关键词】复杂高层建筑结构；抗震概念设计；体型不规则；转换层1、引言随着国内城市经济的迅猛发展，高层建筑已成为衡量城市现代化的一种标志。建筑师们在追求独特的外观造型、强烈的视觉效果和多变的内部使用空间的过程中，高层建筑渐渐向着体型复杂、功能多样的综合性发展，与此同时，此类结构上不规则（甚至是特别不规则）的建筑使结构设计面

2、临不可避免的巨大挑战：受力及传力途径较复杂、较易形成刚度突变的薄弱层、抗震性能较差、结构分析和设计方法复杂化。2、工程概况笔者曾于2010年初完成某项复杂高层工程的设计工作,现已施工至尾声，反应良好，在此略谈感受。这是一座19层的框架-剪力墙结构，建筑髙度69.90mo该工程地下设置一层停车库，其中局部设置地下夹层作为非机动车库，地上有四层裙楼为框架结构，6〜19层为主楼标准层，由6层处设置水平桁架转换连接两座刚度相差较大的建筑单元组成。本工程抗震设防类别为丙类，结构的安全等级为二级，地基基础设计等级为甲级，场地地震设防基本烈度为

3、6度，设计地震分组为第一组；场地类别为III类，特点周期为0.45s,多遇地震影响系数最大值为0.04o3、超限情况的分析和结构的布置如上左图示，为转换层下层的平面简图；如上右图示，为转换层平面简图。显然，由于存在转换层，可确定该工程为复杂高层建筑结构。对照《抗规》及《高规》，发现该工程满足其所述的多项不规则：1.考虑偶然偏心的扭转位移比大于1.2,扭转不规则；2•建筑平面形状复杂，L形尺寸较大，平面凹凸不规则；3.构件间断，竖向抗侧力构件不连续;楼层承载力突变，侧向刚度不规则。其中三项竖向结构不规则是由五层以下楼层使用功能不同，

4、建筑立面的要求所造成的“先天不足”。考虑通过以结构构件的承载力、刚度和延性为主导的抗震概念设计来进行总体结构布置，附加一系列的构造加强措施，我们是可以弥补如此的“先天不足”的。由此，首先确定本工程结构体系为-框架-剪力墙结构，上部局部连接部分结构采用了不利于抗震的框支+水平型钢混凝土桁架结构形式来转换。4、结构分析信息a.计算软件本工程结构的整体计算采用《高层建筑结构空间有限元分析与设计软件SATWE》（2008版）和《特殊多、高层建筑结构分析与设计软件PMSAP》（2008版）。b•结构计算主要结果（1）计算得到的前6阶模态的振

5、动周期结果列于下表。5、计算结果分析a.反应谱法计算结果分析本工程采用振型分解反应谱法计算时，两种程序（SATWE、PMSAP）的计算结果基本上是一致的，没有出现原则性冲突的结果。两者计算的结构刚度略有差别。结构的层间位移角曲线在转换层处均有突变。（1）结构X、Y两向的扭转位移比1.00（31层）0.86（37层）楼层侧移刚度与相邻上一层侧移刚度70%或上三层平均侧移刚度80%的较小值的比值（最小值）及楼层0.9591（5层）1.0070（5层）楼层与相邻上一层抗剪承载力的比值（最小值）及楼层0.84（1层）0.86(1层)(3)

6、时程分析计算所得的基底剪力平均值比考虑扭转耦联的振型分解反应谱求得的大。(4)时程分析计算所得的位移、基底弯矩平均值均比考虑扭转耦联的振型分解反应谱求得的小。6、针对超限情况采取的加强结构整体抗震性能主要措施(1)比较时程分析与CQC(考虑扭转耦联振型影响的振型分解组合反应谱法)计算地震效应结果看：“上部部分楼层CQC计算结果偏小”。根据两者的差异情况，反过来通过调整“地震力放大系数”这个参数用CQC再次计算，保证结构计算的客观准确性。施工图设计时取两个程序计算得到的不利结果进行结构构件的设计。(2)该工程的第六层为转换层，属于高

7、位转换，层高3.6m,采用水平型钢混凝土桁架转换层，转换梁为普通钢筋混凝土，跨度13.8米，截面：上弦(七层楼面梁)为700mmx1000mm,下弦(六层楼面梁)为700mmxl200mm,斜撑腹杆为型钢混凝土，截面700mmx700mm。首先考虑由于转换连接体为单跨，在转换梁间垂直方向均设拉结梁增强刚度，利于稳定。其次，通过将转换层以下剪力墙加厚或加长、框支柱截面加大的措施调整转换层上、下结构刚度比，使结构整体并不因为转换层的存在而产生较大的刚度突变。其三，根据《抗规》及《高规》确定各部位各构件的抗震设防等级，框架、剪力墙抗震等

8、级均为三级，托柱桁架、框支柱及与其相连的框架柱、框架梁和剪力墙抗震等级提高一级，转换层及其上下各一层框架和剪力墙抗震等级提高一级，均为二级，并适当提高配筋率。其四，按规范控制竖向受力构件（框架柱、框支柱及剪力墙）的轴压比限值，墙柱的混凝土强度等级沿