整体式增层结构抗震性能分析

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1、第七届全国现代结构工程学术研讨会整体式增层结构抗震性能分析于敬海，苏志德，王巍凡津A学建筑蹬计研究院r天津期0072摘要：通过剥新旧结构抗侧刚度、水平连系粱的连接方式等影响整体式增层结构协同工作的因素进行了对比丹析，提出了较为合理的整体式增层方案，对如何台理进行整体工℃增层结构的设计提供了一定参考。关键词：整体式增层结构，协同工作，抗侧刚度一、引言常见的旧楼采用外套增层结构形式主要有两大类：一类足分离式外套增层结构，即外套结构与旧房完全脱开，各自独立地承担竖向荷蔽和抵抗侧力．外套框架一层柱很高中问无水平支点，也称为高腿柱外套框架。另一类是整体式外套增层结构，即外

2、套结构与旧建筑连在一起，在外套框架一层柱中间有水平支点，也称为短腿柱外套框架。前者虽有许多优点，如有明确的计算简图，外套结构同新建房一样设计计算，无加固痕迹，加层后可使立面全新。但囡其造价高，需扩大占地而有时又受地方限制，高鸡腿容易形成柔性底层，对抗震不利等，使其难以大量推广。后者因可利用旧房结构潜力，外套跨度较小，造价低，需扩大占地很小而不受地方限制。建设单位易接受，因而越来越多地应用于工程实践中。但此种结构形式将新旧两部分连成整体，受力计算十分复杂，目前尚无合理可靠的计算方法，常给采用整体式外套加层的房屋留下严重隐患，造成新的“危房”。这是当前房屋增层设计中

3、一个急需研究解决的重大课题。本文对影响整体式增层方案协同工作的多种因素进行了对比分析，对此类增层方案具有一定的参考价值。二、方案对比分析(一)基本假设整体式增层结构协同工作的基本假设：1．增层加高部分的竖向荷载由外套竖向承重构件承担．通过外套蜂向构件直接传递到新柱基上，旧房部分的竖向荷载由旧房承担。2．水平荷载E部(指加高部分)由外套结构承担，下部由外套结构与旧房共同承担。3．外套结构与旧房之间可能有竖向位移茬，通过采取措施使位移差控制在允许范围内。(二)工程概况及有限元分析模型该整体式增层结构中，旧房为四层框架，一至三层层高36m，四层4．5m；外套增层结构，

4、主体结构11层，一至四层与旧房层高相同，五层为转换层层高3．2m，六至十层为外套主体结构，层高36m，ll层层高4．5m，12层为设备层，层高4．5m。一至四层平面图如图l所示。采用csl公司的结构分析与设计软件E1ABs对该整体式增层结构进行有限元分析．有限元模型见图2所示。工业建筑。2007增刊第七届全国现代结构工程学术研讨会r_。一～‘H—JuVuVJWVUWVIj81．1^^fl1^f1^l^氚

5、；；=I—l。l。～。。。。．。k而=J卜图1一至四层平面图(单位：m)图2有限元分析模型(三)影响整体式增层结构协同工作因素的对比分析1．外套增层结构抗侧刚度

6、对整体式增层结构的影响分析外套建筑是主要的抗侧力体系，其平面布置和抗侧刚度的大小对于整个结构的抗震性能有着决定性的影响：尤其是在转换层以下，新旧结构抗侧刚度不同，一般情况F，新增结构抗侧刚度相对要大，这时既要保证新旧结构较好的协同工作，又要控制新增结构传递给旧房的水平侧力不至于太大，使得地震作用下，旧房已经破坏，而新增部分却完好无损。因而，通过改变外套结构转换层以下的抗侧刚度来探讨外套结构抗侧刚度对于整体性能的影响具有非常重要的意义。方案一：未做任何改动的原方案；方案二：转换层及转换层以下的新结构的犬柱尺寸由方案1的800x2000(mm)改为6(】0x15()

7、0(删)：方案三：转换层及转换层以下简体外墙厚度南方案1的400nun和350mm改为300nlIn。计算分析结果如下：表1不同方案周期对比表方案l方案2方案3振型周期(s)扭转系数周期(s)扭转系数周期(s)扭转系数第一振砸0．74078OO．790第二振型0630070．66001O67018第三振型0610930．640．99O65O95表2．不同方案旧房承担楼层剪力(单位：KN)X向剪力Y向剪力楼层方案l。方案2方案3方案l方案2方案34710．50741．20、790．701019．80133920143820381670852．90918．20816

8、．001152401237．30291580975501048．90628．409041099日70l9635010623l111850381．90明39060490工业建筑2007增刊rnr}jⅡ，LaL。。。R．．{目篆第七届全国现代结构工程学术研讨会倒移(叽)(a】X向．图3不同方案侧移对比图表l可以看出，随着外套结构抗侧刚度的减小，方案2和3比方案l的周期增大。对比三种方案的扭转系数，当筒体减小时对于结构的扭转效应晟为明显，说明结构平面布置中．。简体剪力墙的存在及其墙厚尺寸对于结构的扭转影响最为显著。随着墙厚和增层大柱尺寸的减小，其楼层质量和抗侧刚度下降

9、，楼层剪力也随之减小；而