错层结构的设计与分析

错层结构的设计与分析（精选五篇）

错层结构的设计与分析 篇1

1 工程概况

本工程为新疆乌鲁木齐西北路14号商住楼,集商场、普通住宅及公寓为一体的钢筋混凝土结构(见图1),总建筑面积为31 520 m2,建筑高度87.020 m。地下2层,地上28层,其中地上1层～3层为底商,4层～28层为住宅及公寓,住宅层高2.93 m,公寓层高4.89 m;住宅每5层与公寓每3层形成一个平层,属于超限的钢筋混凝土错层高层建筑。本工程为丙类建筑,设计使用年限50年,抗震设防烈度为8度,设计基本地震加速度值为0.20g,设计地震分组为第一组,场地类别Ⅱ类,基本风压取W0=0.6 kN/m2(按50年重现期)。本工程建筑场地土属于中硬场地土,主体结构采用梁式筏基,持力层为强风化砂质泥岩,地基承载力特征值fak=400 kPa。

2 结构设计及计算分析

2.1 结构选型

为满足建筑使用功能要求,确保结构的安全,本工程从概念设计入手,通过输入不同地震波记录,对不同结构布局反复进行层间水平位移、层间位移角、总体位移、扭转效应及其刚度、内力分布等比较研究,以确定合理的结构形式及布置;比较分析结构薄弱部位,采取相应的抗震构造加强措施,最终确定采用每隔5层一个平层的剪力墙结构。这些平层加强了各竖向抗侧力结构间的联系,并对其采取加强措施,使其能更好的传递地震力,协调非错层竖向构件及错层构件的差异变形,确保结构的整体抗震性能。计算软件以STAWE为主进行结构计算分析,以ETABS进行校核。两个软件都进行了振型分解反应谱法和弹性时程分析法分析。建模时剖面图中所示的各个标高均按独立的计算标准层输入,共计26个标准层,总的结构层数为41层。在确定计算参数时,结构体系采用复杂高层结构,抗震等级分别为:地下部分为三级;错层处剪力墙为特一级(《高规》10.4.5条规定);其余部位剪力墙为一级。错层处剪力墙从下至上均为350 mm厚。其余部位剪力墙,从下至上,外墙为400 mm～200 mm厚,内墙为350 mm～200 mm厚。结构布置图见图2。

2.2 计算结果的分析与判断

1)位移比。根据《高规》第4.3.5条规定,在考虑偶然偏心影响的地震作用下,楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移,复杂高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍,不应大于该楼层平均值的1.4倍。由于本工程是错层结构,输出的计算结果是每个结构层的位移比,是包括了错层部位的,是失真的。而我们所需要的位移比是应按实际楼层考虑的。所以我们在计算时选择位移详细输出,每层的每个点的位移我们都可以查出来。一般最大位移往往发生在建筑物的四个角,我们查出四个角的最大位移后,并取其平均值作为平均位移。2)层间刚度比。根据《高规》第4.4.2条规定,抗震设计的高层建筑结构,其楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70%或其上相邻3层侧向刚度平均值的80%。由于本工程是错层结构,输出的计算结果是每个结构层的刚度比同样也是失真的。所以也需要我们手工分析计算。地震剪力可以直接从程序的计算结果中选用。层间位移可按1)中的方法求得。3)周期比。根据《高规》第4.3.5条规定,结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比,复杂高层建筑不应大于0.85。经过咨询中国建筑科学研究院PKPM软件开发工程师,对于错层结构,计算结果中的周期比是准确的。

2.3 计算主要结果

1)振型分解反应谱分析结果比较。

本工程运用反应谱法求解多自由度体系一组振型中每一个振型的最大振型反应,然后将这些振型的最大值按“CQC”法进行组合,以更好的近似估计结构的最大反应。分析中考虑了双向水平地震作用,偶然偏心及扭转效应,取36个振型参加组合,计算结果见表1。

由表1可知,两种计算软件主要计算结果均差别不大。

2)弹性时程分析结果比较。

《高规》第3.3.4条规定应进行弹性时程分析,我们分别输入了两个实际强震记录,TH4TG035波和TH1TG040波及一个人工地震波User1波。输入地震波的持续时间取1.2 s以上,采集时间间隔为0.02 s,地震加速度最大峰值为70 cm/s2,结构阻尼比取0.05,为便于比较,将SATWE的反应谱法计算结果与时程分析的结果进行比较,列入表2,人工波多条地震波输入计算的平均结构底部剪力值大于振型分解法计算结果的80%,而且单条地震波输入计算的底部剪力值大于65%。

kN

3 抗震构造措施

1)剪力墙抗震构造措施满足抗震等级一级要求,错层处剪力墙按照特一级要求。底部加强位置取1层～4层,一级其墙肢轴压比限值为0.5,特一级墙肢轴压比限值为0.4。2)墙体配筋要求:底部加强区水平和竖向最小配筋率不小于0.4%,其他部位不小于0.35%。错层处剪力墙水平和竖向最小配筋率不小于0.5%。3)平层楼板避免了“一错到顶”,双层双向配筋,且每个方向的配筋率不宜小于0.25%,板厚取200 mm。4)结构平面有三处凹口较大,为防止局部应力集中,每层的三个凹口处均设板带1 000 mm宽,300 mm厚,双层双向配筋,每层每向配筋率不小于0.25%。

4 结语

1)错层结构受力复杂,抗震性能较差,应尽量回避错层结构的设计方案。一旦确定为错层结构,尽量减少错层的范围和错层的楼层数,错层的两侧尽量采用结构布置和侧向刚度相近的结构体系,并尽量选择抗震性能好的剪力墙结构。通过选择合理的结构形式,采用较规则的平面布置体系,加强抗震构造措施,可以满足规范抗震设计的要求。2)对于错层结构的结构设计,应更注重于概念设计,既很好的保证结构的安全性,又确保收到良好的经济效果。3)根据建设部令第111号的精神,对复杂的高层错层结构应进行专项审查,这也是保证错层结构设计质量的重要措施。

参考文献

[1]JGJ 3-2002,高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[2]GB 50011-2001,建筑结构抗震设计规范[S].

[3]范俊梅.高层建筑结构设计中的几个问题分析[J].山西建筑,2009,35(15):54-55.

[4]李国胜.多高层钢筋混凝土结构设计中疑难问题的处理及算例[Z].2000.

错层结构的设计与分析 篇2

(1)根据规范精神，错层结构中，错开的楼层应各自参加结构整体计算，不应归并为一层计算，但各自独立计算的错层楼板不宜简单地按“刚性楼板”假定计算，特别是楼板被洞口切分成狭长板带时，应考虑楼板面内刚度消弱的影响。建议将这些楼板设定为“弹性膜” ，用 SATWE 计算时选择“总刚分析方法” ，将按两种模型定义的楼板的计算结果进行分析对比。

(2) 在没有楼板的区域可能存在大量的跃层向构件和不受梁板约束的自由节点，因此“计算振型个数”需要增多，以保证有效质量系数大于 0.9。

(3) 错层结构属于复杂多高层结构， 抗震计算时应选择“考虑双向地震作用” ;如是高层错层结构，还应选择“考虑偶然偏心” 。新版 SATWE 程序允许同时选择以上两项，程序分别计算，取不利情况，

(4) 错层结构层高不一致， 使有关楼层间的控制参数，如层间位移比、层间刚度比、层间受剪承载力比等计算失真，因此不宜机械地直接采用这些数值，而应加以分析判断和手工校核调整， 确定其是否合理。

(5)SATWE 可自动搜索错层结构中的跃层柱及正确设定其计算长度系数，但内力和配筋只能按楼层分段描述，设计人员可取各段配筋中的最大值出图。

(6) 目前 SATWE 没有自动搜索分析短柱和矮墙的功能，需要设计人员手工对这些容易发生脆性破坏的构件采取特别的加强措施。

(7) 考虑到错层结构计算分析的复杂性和不确定性，除了用 SATWE 等软件进行常遇地震下的弹性计算以外，必要时还应采用 EPDA 程序进行弹塑性动力时程分析和 Pushover 弹塑性静力分析，以便对比验算

及找出需要加强的薄弱部位。

(8)带转换层、加强层、连体、多塔等情况，或建筑各部分层数、结构布置或刚度等有较大不同的错

错层结构的设计与分析 篇3

1 错层结构的相关研究

分析表明, 对于错层结构, 一般认为其不利的因素主要源于两个方面:一是由于楼板被分成数块, 且相互错置, 在错层构件中产生很大的变形和内力, 削弱了楼板协调结构整体受力的能力;二是由于楼板错层, 使得错层交接部位形成竖向短构件, 可能在同向受力中因错层构件刚度大而产生内力集中, 不利于抗震。短构件问题主要是针对多层框架结构, 其不利于抗震的震害表现也多出现在多层框架中。对于以剪力墙为主要受力构件的高层住宅, 规则的错层对结构受力的影响有限, 影响主要在于两侧有错层连梁相连的墙体。结构的错层会增大结构的抗侧刚度, 错层构件在结构整体中所占的比例越大, 则整体侧向刚度增加幅度越大, 但剪力墙结构抗侧刚度增加的幅度相比于框架结构要小。如图1所示, 相互错层的相邻楼板A和B仅由中间的错层柱或墙相联系, 相比较平面刚度极大的楼板, 错层柱或墙的弯剪刚度是个极小值, 当结构受力时, 结构两部分将产生不协调变形, 可能会在错层柱或墙中形成较大的内力, 错层柱或墙的受力与两部分的均匀性有关。错层剪力墙结构的试验研究表明, 由于错层剪力墙结构整体成弯曲破坏, 根据振动台试验和静力试验破坏结果, 错层剪力墙结构与一般剪力墙结构无大的区别。由此可知, 错层对剪力墙结构体系的影响有限, 错层剪力墙结构通过结构的合理布置和构造措施的加强, 可以满足抗震设计的要求。

2 工程实例

2.1 工程概况

某小区其中4号楼为错层剪力墙结构。该工程建筑平面布置为一字型 (如图2) , 建筑物长度约为69m, 宽度约为12.6m, 建筑主体高度52.1m, 共18层, 加上屋顶以上塔楼的高度后, 建筑的总高度为55.8m, 高宽比为4.43。规范要求, 钢筋混凝土剪力墙结构伸缩缝最大间距为45m, 综合考虑变形缝设置要求, 该建筑变形缝宽度取200mm, 将建筑物分成A、B、C三个单元, 如图2所示 (阴影处为错层区域) 。建筑剖面图见图3, 住宅层高为2.9m, 上部结构各标高之间相差1.45m。该工程为丙类建筑, 建筑场地类别为Ⅱ类, 抗震设防烈度为7度, 设计基本地震加速度为0.15g, 设计地震分组为第一组, 场地特征周期为Tg=0.35S, 罕遇地震作用的水平地震影响系数最大值为0.72。计算时基本风压按50年重现期取0.40KN/m2。

2.2 计算模型的建立

由图2可以看出, 该工程被变形缝分成A、B、C三个单元, 其中A和C单元对称, 因此我们只需建立A和B两个计算模型进行计算。《高规》指出, 错层两侧宜采用结构布置和侧向刚度相近的结构体系。错层结构中, 错开的楼层应各自参加结构整体计算, 不应归并为一层计算。本工程采用全现浇剪力墙结构体系, 计算软件以STAWE为主进行结构计算, 以PMSAP进行校核。建模时图3所示各标高处均按独立的计算标准层输入, 错层处剪力墙厚度取250mm, 与之相连的墙体厚度也取250mm。文献[3]指出, 错层剪力墙结构设计时墙体应尽量带有较大的翼缘, 一是可以增加墙体的稳定性, 二是增加了墙体的抗震承载力和延性, 对抗震有利。所建模型中几乎所有墙体都带有较大的翼缘, 以增强墙体的稳定性和抗震能力。文献[4]指出, 在进行结构的动力特性分析时, 分别采用弹性楼板和刚性楼板模拟结构的错层楼板, 发现两种计算方法的结果差异不大。振型分解反应谱分析结果表明, 结构在常遇地震作用下错层位置楼板会产生局部应力集中现象, 而位移、基底剪力等指标满足规范抗震要求。设计中用SATWE和PMSAP计算时, 分别考虑错层楼板为刚性楼板和弹性楼板, 发现计算结果确实差异不大。

2.3 计算结果

A单元模型的计算结果见表1, B单元的计算结果见表2。

从表中可看出计算结果均在规范允许的范围内, 且两种程序的计算结果相差不大, 为结构设计提供了保障。

2.4 抗震构造措施

对于错层剪力墙结构, 《高规》中指出, 错层处平面外受力的剪力墙截面厚度抗震设计时不应小于250mm, 并应设置与之垂直的墙肢或扶壁柱;抗震等级应提高一级采用。错层处剪力墙的混凝土强度等级不应低于C30, 水平和竖向分布钢筋的配筋率抗震设计时不应小于05%。本例参考了大量的相关文献及其规范的要求, 在建筑专业允许的前提下, 设置变形缝, 将建筑分为三个部分进行设计, 减小结构的扭转效应。在错层处的剪力墙加厚, 厚度取250mm, 并让墙体带有较大的翼缘, 增强墙体的延性和稳定性。错层处剪力墙抗震等级提高一级, 按二级考虑。混凝土强度等级在底部加强区为C35, 上部为C30。

3 结论

1) 错层结构造成平面楼板不连续, 竖向构件应力集中, 是一种对抗震不利的结构形式, 但错层对剪力墙结构体系的影响有限, 错层剪力墙结构通过结构的合理布置和构造措施的加强, 可以满足抗震设计的要求。

2) 错层剪力墙结构的设计中, 考虑结构概念设计, 合理的布置结构平面, 采用相应的抗震构造措施, 可以很好的保证结构的安全性, 确保收到良好的经济效果。

参考文献

[1]谢靖中, 李国强, 屠成松.错层结构的几点分析[J].建筑科学, 2001.

[2]尹保江, 龚思礼, 程绍革等.高层建筑中错层剪力墙结构的试验研究[J].建筑科学, 1999.

[3]吴景松.错层结构的抗震分析[J].住宅科技, 2002.

[4]陈勤, 王兴法.钢筋混凝土剪力墙错层高层结构抗震分析[A].首届全国建筑结构技术交流会论文集[C].2006.

[5]魏雅丽.某高层建筑错层剪力墙结构设计[J].国外建材科技, 2006.

[6]行业标准.高层建筑混凝土结构技术规程[S].JGJ3-2002.

错层结构的设计与分析 篇4

1.修改梁标高方式

该方式适用于仅有个别楼层的个别房间错层的情况，PMCAD 提供了【上节点高】、错层斜梁】及单击鼠标右键的快捷构件修改方式，来指定或修改梁两端的标高，使部分房间周边的梁与同楼层其他梁标高不同，

根据 PKPM 软件自动生成楼板，且楼板标高总与周边梁标高对齐的规律，使得这部分房间楼板标高也与该楼层其他楼板标高不同， 从而实现了错层设计。

2.增加标准层方式

某大跨弧形错层结构设计方案研究 篇5

关键词：弧形结构,错层,结构选型,结构设计

1 工程概况

随着人们审美标准的提高, 造型新颖、独特的弧形建筑结构构件已经不局限于平面结构体系。在满足使用功能的前提下, 由平面结构体系向空间结构体系发展, 由单一的平面弧形向空间弧形迈进[1]。这给该类工程的设计计算提出新的技术难题。

本项目位于银川滨河新区核心城区北部, 地块北部紧靠黄河, 为拓展基地宿舍楼, 地面一部分3层、另一部分2层结构, 屋面为连续斜坡, 总建筑面积为3 581.3 m2。建筑平面外弧长81.9 m, 内弧长67.3 m, 坡屋面标高最高处13.900 m, 最低处7.100 m, 中部2层3层交接处屋面10.300 m。平面示意图见图1。

2 主要设计参数的合理选取

风荷载用于承载力计算取0.65 k N/m2 (银川地区50 a一遇的基本风压) , 舒适度验算取0.40 k N/m2 (银川地区10 a一遇的基本风压) 。地面粗糙度B类。

根据GB 50223—2008《建筑工程抗震设防分类标准》, 本工程建筑抗震设防类别为重点设防类, 简称“乙类”。GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》 (以下简称《抗规》) 中的地震动参数:抗震设防烈度为8度, 地震加速度为0.2g;设计地震分组为第2组;场地类别为Ⅱ类;场地特征周期为0.4 s。

3 结构体系与布置

本工程采用钢筋混凝土框架结构。因结构纵向跨度较长, 中间位置2层与3层交接, 为了对比分析结构受力和布置合理性, 本文采用设缝与不设缝2个方案进行建模分析。

3.1 设缝模型

方案一为设缝模型 (见图2) 。GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》8.1.1条, 现浇混凝土框架结构伸缩缝最大间距可取55 m。本建筑结构外弧长81.9 m, 将整个建筑结构在2层与3层交接处设缝断开, 分为2个单体[模型一 (L) 、 (R) ]分别计算, 设缝处为双柱, 缝宽100 mm。

3.2 不设缝模型

方案二为不设缝模型 (见图3) , 整个建筑为一个整体。2层结构中间为错层, 左侧为3层结构的第2层, 右侧为屋面层。建模时, 左侧用“降节点”布置构件, 封边梁右侧为坡屋面边梁 (见图4) 。左侧3层为第三标准层, 柱底标高降至2层楼面标高, 右侧封边梁用虚梁布置。图5为错层位置的结构布置。

4 分析结果

4.1 结构整体分析结果

采用PKPM系列软件计算结构在恒载、活载、风载、多遇地震作用下结构的受力和变形性能。方案一设缝将结构分为2个结构单元分别计算, 左、右的结构单元动力特性指标见表1。方案二结构不设缝进行整体计算, 结构动力特性指标见表2。

从表1中可以看出, 方案一结构第1阶振型以X向为主的平动, 第2阶振型以Y向为主的平动, 这与结构的刚度分布是一致的, 因为2个单体在Y向的刚度明显小于X向。结构第3振型有了较大扭转, 扭转系数分别为0.96、0.97, 说明结构具有较好的扭转刚度, T3/T1<0.9, 满足《抗规》中的要求。从表2中可以看出, 方案二结构第1阶振型以Y向为主的平动, 第2阶振型以X向为主的平动, 与方案一相反, 结构跨度较大和平面较大弧度一定程度上改变结构的刚度分布。第3阶振型为扭转振型, 扭转系数为0.73, T3/T1<0.9, 满足《抗规》中的要求。

方案一、方案二计算结果均满足《抗规》关于位移比、位移角的要求。方案一地震作用下结构X向最大层间位移比为1.11, 最大层间位移角为1/582, 结构Y向最大层间位移比为1.25, 最大层间位移角为1/561;最大层间位移角均<1/550, 满足《抗规》规定。方案二地震作用下结构X向最大层间位移比为1.27, 最大层间位移角为1/664, 结构Y向最大层间位移比为1.37, 最大层间位移角为1/626;最大层间位移比均<1.5, 最大层间位移角均<1/550, 满足《抗规》规定。

4.2 振型分析

由于本工程属于平面不规则结构, 结构整体纵向跨度大, 平面总弧度较大, 容易产生扭转情况, 故在结构布置中进行优化。

方案一因分为2个单体, 每个单体长度不大, 平面弧度减小, 结构刚度中心和质量中心较吻合, 结构整体性和抗震性能较好, 由振型图中可看出结构振动与刚度分布是一致的。方案二因跨度较大, 平面弧形弧度较大, 左半部分为3层, 扭转效应略明显。

4.3 错层节点处分析

方案一设缝两边设双柱, 柱截面均为600 mm×700 mm。方案二相同位置柱截面均为600 mm×600 mm。刚度分布以增大外围结构刚度, 削弱内部结构的刚度, 错层为结构的中部位置, 刚度不宜过大的分布形式。

以图1中圆形圈定的柱为例, 将2个方案的计算结果进行对比及柱配筋计算结果见表3。总体上, 错层节点处不设缝模型配筋量小于设缝模型。

mm2

4.4 超长结构温度应力分析

地上结构最长约81.9 m, 方案二不设变形缝, 因此需要对结构在温度作用下的受力情况进行分析。根据银川市气象局统计资料, 当地基本气温最高为30℃, 最低为-14℃。工程拟于9~11月结构合龙, 结合当地气象资料, 合龙温度为3~17℃, 故结构最大温升为31 K, 最大温降为-27 K。利用PMSAP软件进行温度作用分析, 计算时所有楼板设为弹性板6。根据计算结果, 在温度作用下楼板压应力均小于C30混凝土的抗压强度设计值 (14.3 MPa) , 大部分楼板拉应力低于C30混凝土的抗拉强度设计值 (1.43 MPa) 。局部拉应力较大的区域, 配置双层双向拉通钢筋即可。温度工况下各楼层变形均<16 mm, 且端部变形较大, 中段变形较小。据此, 配筋时可适当加强端部竖向构件的主筋和箍筋。设置后浇带, 以释放早期混凝土温度应力, 后浇带于90 d后封闭, 采用补偿收缩微膨胀混凝土。

5 结语

银川某拓展基地项目虽然具有大跨、平面不规则、错层等不利因素, 但通过设缝和不设缝2个方案的计算分析, 2种结构建模布置方式均达到规范要求, 在重力荷载、风荷载和地震作用下均安全可靠。其中不设置沉降缝结构方案柱截面和配筋更经济。因此, 通过采用后浇带等构造措施, 推荐类似大跨、错层、弧形平面不规则结构采用不设置沉降缝结构方案。

参考文献