穿层柱框剪结构抗震设计探讨

2016-10-12 00:49:19吴敏应
福建建筑 2016年1期
关键词:裙房平面图楼板

吴敏应

(翰林(福建)勘察设计有限公司 福建福州 350011)



穿层柱框剪结构抗震设计探讨

吴敏应

(翰林(福建)勘察设计有限公司福建福州350011)

以某带穿层柱框剪结构办公建筑为例,对该结构进行多遇地震下的振型分解反应谱法计算,分析其结构整体和穿层柱的受力情况,并根据局部穿层柱所占地震剪力的百分比来判断其对整个结构影响的大小。分析结果表明,穿层柱可不计入结构不规则一项,结构仅存在扭转不规则和体型收进不规则问题,不属于超限高层建筑。最后,针对不规则问题采取相应的加强措施。

框剪结构;穿层柱;抗震设计;地震剪力;加强措施

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0 引言

办公楼、商业及综合性建筑,为了满足建筑大空间、高挑空及立面效果等要求,往往楼板开大洞,局部楼板不连续,楼层处不能设梁,形成大量的穿层柱,导致结构平面、竖向不规则。文献[1]规定:“如局部的穿层柱、斜柱、夹层、个别构件错层或转换,或个别楼层扭转位移比略大于1.2等局部的不规则,视其位置、数量等对整个结构影响的大小判断是否计入不规则的一项”。文献[2]指出:“局部不规则数量一般部位不超过25%,关键部位不超过10%”。如一律将局部穿层柱计入不规则的一项,加上结构平面、竖向或扭转不规则其中的两项,往往使得高层建筑超限,需要进行超限专项审查。文献[1,2]中数量百分比对于框架结构可以比较容易直接计算;而对于框剪结构较难直接反映出剪力墙与框架之间在数量上的等值关系。因此,可对局部穿层柱结构进行整体计算分析,根据局部穿层柱所占地震剪力或倾覆弯矩的百分比来判断其对整个结构的影响大小,判定是否计入不规则的一项。

1 工程概况

图1 建筑立面图

本工程位于福州市晋安区连江路和塔头路交叉路口南侧的原福州二化集团有限公司氮氧站内,总建筑面积为6.8万平方米,采用钢筋混凝土框剪结构,地下3层,地上25层,建筑高度97.80m,裙房6层,裙房高度21.3m,一层层高为4.2m,二层层高为4.5m,三~五层层高为4.2m,六层层高为4.0m,七层标准层以上层高为3.7m,建筑立面见图1。二层结构平面图及柱截面尺寸见图2所示,主楼外围柱网8.4m×9.9m,南面裙房柱网8.4m~11.0m×12.0m,2层东面门厅部分楼板挑空,存在6根柱子没有X、Y向楼层梁连接,形成高度为8.7m的穿层柱。三~六层结构平面图及标准层结构平面图见图3、图4所示,六层以上南面裙房尺寸收进12.0m,形成竖向不规则。

图2 二层结构平面图

图3 三~六层结构平面图

图4 标准层结构平面图

本工程在设计考虑的环境类别下的结构设计使用年限为50年,建筑结构安全等级为二级;建筑抗震设防类别为丙类,所在地区的抗震设防烈度为7度,设计基本地震加速度0.10g,设计地震分组第二组;场地类别:Ⅱ类;特征周期Tg=0.40sec,建筑类别调整后用于结构抗震验算的烈度7度;按建筑类别及场地调整后用于确定抗震等级的烈度7度;建筑结构的阻尼比取0.05;地下二层至地上二十五层:框架抗震等级为二级(局部一级),剪力墙抗震等级为二级;地下三层:框架抗震等级为三级,剪力墙抗震等级为三级。

2 结构计算与分析

2.1主要计算结果

本工程考虑地下室顶板局部错层,以地下一层底板作为上部结构嵌固端。大开洞及穿层柱楼层定义为弹性楼板,以真实反映穿层柱受力情况。采用YJK建筑结构设计软件进行多遇地震下的振型分解反应

谱法计算分析,结构三维分析模型见图5。主要计算结果见表1。

图5 结构三维分析模型

由于框剪结构在水平荷载作用下,框架结构的侧向变形曲线以剪切型为主,而剪力墙的变形则以弯曲型为主。根据《建筑抗震设计规范》5.2.6条的规定,结构楼层水平地震力宜按抗侧力构件等效刚度的比例分配,则穿层柱剪力可近似由柱总剪力按其等效剪切刚度的比例分配估算求得。各穿层柱剪力可按式(1)估算:

Qi=(GAi2/h2)×F/(ΣGAj1/h1+ΣGAi2/h2)

(1)

(i=1… …6,j=1… …n)

式中,G—为混凝土剪变模量;

Qi—为穿层柱剪力;

Ai2—为非穿层柱截面面积;

Ai2—为穿层柱截面面积

h1—为非穿层柱高度;

h2—为穿层柱高度;

F—为柱总剪力;

根据(图2)各框架柱的截面尺寸、(表1)框架柱总剪力及式可1)近似求得各穿层柱估算地震剪力见(表2)。

穿层柱计算长度系数:

μ=(μ1×H1+μ2×H2)/(H1+H2)

(2)

式中,H1、H2分别一、二层层高;

μ1、μ2分别为一、二层柱计算长度系数,按《混凝土结构设计规范》表6.2.20-2取值。

通过式(2)修改穿层柱计算长度系数,采用YJK软件对结构进行整体计算分析, 查看各构件内力取得各穿层柱实际最大地震剪力见(表3)。

表3 穿层柱实际最大地震剪力

2.2结果分析

(1)计算结果表明,考虑偶然偏心地震作用下,计算结构刚性楼板假定的位移比三~二十四层均大于1.2,且三层穿层柱顶位移比最大为1.34,属于扭转不规则。

(2)结构六层以上竖向构件收进位置大于20% (21.3m大于97.8mx20%=19.56m)且收进尺寸大于25% (12.0m 大于40.2mx25%=10.05m),属于竖向不规则。

(3)二层东面门厅位置存在6根穿层柱见(图2),属于局部不规则。计算结果表明,通过等效剪切刚度近似估算的所有穿层柱地震剪力百分比与通过整体计算所得穿层柱实际最大地震剪力百分比均很小,仅为5%左右,满足文献[2]中“关键部位不超过10%”的规定,且穿层高度仅为8.7m,柱截面为1.2mx1.2m,不属于长细柱,可不考虑压杆屈曲稳定。综合依据文献 [2,3]判定该工程局部穿层柱可不计入不规则的一项。

3 设计加强措施

(1)由于穿层柱计算高度大,等效剪切刚度较小,往往柱顶位移比最大,应采取相应加强措施。本工程对穿层柱按本层所有框架柱地震剪力的平均值[3]和主楼周边非穿层柱地震剪力[4]两者较大值进行其抗弯和抗剪承载力设计,增加其安全储备。通过提高其纵筋配筋率,纵筋接头均采用机械连接,接头等级为一级,柱箍筋沿全高加密等措施保证构件的抗震承载力。

(2)对主楼周边12根剪跨比小于2的框架柱及6根穿层柱增设纵筋配筋率大于0.8%的芯柱,提高轴压比限值[5],以改善其延性性能。芯柱设置见(图6)。

图6 增设芯柱大样

(3)依据文献[5]对6层体型收进部位的楼板及其上、下层结构楼板设置板厚不小于150mm,板配筋不小于0.25%的双层双向钢筋网。六层收进部位上、下各2层主楼周边框架柱抗震等级提高为一级,同时下部2层裙房框架柱抗震等级提高为一级,加强构造配筋。加强部位示意图见(图7)。

图7 加强部位示意图

(4)对顶板局部错层部位主梁按《全国民用建筑工程设计技术措施》[6](混凝土结构) 12.3.2条进行加腋处理,确保地震力能有效传递。

4 结论

通过对该结构进行多遇地震下的振型分解反应谱法计算分析了结构整体和穿层柱的受力情况,根据局部穿层柱所占地震剪力的百分比来判断其对整个结构影响的大小。分析结果表明,穿层柱可不计入结构不规则一项,结构仅存在扭转不规则和体型收进不规则问题,不属于特别不规则超限高层建筑。针对不规则问题采取相应的加强措施,可供类似工程参考。

[1]国家建设部.建质[2015]67号,超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点[S].

[2]DB22/T480-2012,建设工程抗震超限界定标准(建筑工程部分)[S].

[3]二化集团生产调度研发中心结构设计存在的有关问题专家论证意见[Z].2014.3.28.

[4]林宝新,路斌.某带穿层柱框架结构的抗震性能分析[J].合肥工业大学学报(自然科学版),2013,36(5):610-615.

[5]JGJ3-2010 高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[6]住房和城乡建设部工程质量安全监管司.全国民用建筑工程设计技术措施(混凝土结构)[M].北京:中国计划出版社,2012.

吴敏应(1982.4-),男,硕士,一级注册结构工程师,工程师。

Discussion for seismic design of frame-shear wall structure with skip-floor column

WUMinying

(Hanlin (Fujian) Investigation and Design Co.,Ltd,Fuzhou 350011)

The frame-shear wall structure with skip-floor columns in the office building is taken as an example . The skip-floor column effect on the whole structure is evaluated according to the percentage of the seismic sheer force of the skip-floor column through the analysis of the whole structure by mode-superposition response spectrum method under frequent earthquakes. The results show that the skip-floor columns is not included in the irregular structure, and the structure does not belong to out-of-codes high-rise building, which only includes irregular problems of torsion and step-back. The strengthen measures to deal with irregular structure are helpful for providing reference for similar projects.

Frame-shear wall structure;Skip-floor column;Seismic design;Seismic shear force;Strengthen measures

吴敏应(1982.4- ),男,一级注册结构工程师,工程师。

2015-12-25

TU973+.31

A

1004-6135(2016)01-0077-05

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