1、一個框支轉換結構設計的總結之一 轉2009-05-23 13:13 新市場項目結構設計結果的總結一，工程概況：新市場改造項目由 xx 市 xx 房地產開發公司在 xx 市平原路西段路北建造。 一類商住樓，地上二層裙房為商業，地下一層主要布置設備用房和商業。6 棟塔樓在標高為±0處.0連00為一塊， 地上十七層， 地下一層。 總面積九萬平方米，其中 6 棟塔樓五萬多平方米。 建筑高度 52.25m 。目前 4#、5# 、 6#已經施工三層， 1#、2# 、3# 基坑正在開挖。二，方案階段 結構設計的原則：(1) .化繁為簡0.000(2) .對采用的措施找到權威依據 方案階段按以上兩原

2、則：根據甲方意圖，通過在標高為± 以上部位 設縫，將一個很不規則的平面簡化。問題 1 ：地下室連為一體，是否屬于高規多塔結構。很多書本均有解 釋，比較權威的是采用黃小坤高規若干問題解說。明確了不為多塔結 構。問題 2 ：標高為 0.000 處作為嵌固端確定。根據抗規和高規均要 求采用剪切剛度計算，但是甲方不同意塔下剪力墻過多。參考高層建筑 箱形與筏形基礎技術規程 條，滿足 1.5 倍即可。 其次上海規程條規定也是 1.5 倍。參考高規宣貫培訓材料，對于剛度計算可按抗規等效剛度方法滿足 2.0 0為了滿足甲方意圖，本工程采用以下方案：高層塔樓按剪切1.5倍計算，同時按抗規等效剛度方法復

3、核滿足2.0倍。最后整個地下室一起建模滿足剪切2.0倍。同時注意，地下室剪力墻的間距滿足規范要求(<40m )和相應的構造要求。至吐匕解決以上問題。HiStruct注：本人認為某些規范規定采用1.5倍剛度比是針對地下室的側 移剛度(V/d)而言，此時可考慮地下室的側向約束。實際上若不考慮地下室 外土的側向約束，針對大裙房地下室中的單個塔樓而言，要求地下室一層 與上部的剪切剛度比滿足1.5也是可以接受的。一般建議還是根據規范的 要求采用剪切剛度比確定結構嵌固部位更合適。三，施工圖階段設計遇到問題：(1) .地下室面積比較大(16258仃)(2) .屬于復雜高層結構設計(轉換梁)(3) .采

4、用部分型鋼設計(4) .結構體系：塔樓采用了框支剪力墻結構，框支層位于第二層。二層裙 房采用框架結構，基礎梁板式筏基。1. 基礎工程建設計問題：a.超長結構b.筏板基礎偏心超長問題通過采用添加 KL- HEA型膨脹防水劑和設置后澆帶。 來解決溫度 應力對結構構件產生超過國家標準規定的裂縫。筏板基礎偏心問題通過在 裙房基礎和塔樓基礎之間設置抗水板將其分幵。后澆帶分為兩種： 后澆帶 A ：用于減輕砼收縮不利影響，結構構件中的受力鋼筋可不斷開， 應在兩個月后澆注。后澆帶B:用于消除基礎沉降差，結構構件中的受力鋼筋宜斷幵，應在主體 結構完成和沉降基本穩定后方可澆筑。由于面積較大，此時每隔一個后澆 帶的

5、距離，設置膨脹加強帶，寬度為 2 米。 沉降后澆帶和沉降膨脹加強帶在和主樓相鄰位置設置。HiStruct 注：沉降后澆帶在滿足設計要求的情況下可解決主裙樓的沉降差 問題，設置抗水板并在底部加軟墊層減小主裙樓剛度差異的互相影響，并 減小抗水板內力，是一個好辦法，但是還是應適當加大此處配筋率為宜。2. 還有兩個問題比較重大： 基礎埋深和主體塔樓結構地基承載力的深度修正。對于基礎埋深，強調了 從有可靠側限位置算起。本工程在標高為±處連為一0.0體00。因此，要保證樓板連續，盡量不開洞，一定要保證在主樓位置不開洞，以形成傳遞 水平力的條件。由于建筑使用功能的要求，常在板中開洞以形成中空。此

6、時，需要結構師和建筑師緊密配合，滿足規范對結構布置的要求。對于基 礎的地基承載力的深度修正，宜將基礎底面以上范圍內的荷載，按基礎兩 側超載考慮：當超載寬度大于基礎寬度兩倍時，可將超載折算成土層厚度 作為基礎埋深，基礎兩側超載不等時，取小值。3. 主體結構設計模型 對于轉換結構的設計， 采用 PKPM 程序中 SATWE 時要注意剛度比計算方 法的選擇。a.剪切剛度(1) .判斷地下室嵌固點(2) .一層轉換結構的剛度比(3) .上海地區鋼砼結構b. 剪彎剛度 多層轉換結構的剛度比c. 地震剪力與層間位移的比本工程由于計算分析需要以上三種剛度比計算方法均用到，加上基礎整體 分析，共分 6 個模型

7、。模型 1 ：內力配筋，設計圖紙模型 無剛性樓板假定，地震剪力與地震層間位移的比 模型 2 ：位移、周期比計算 剛性樓板假定，地震剪力與地震層間位移的比 模型 3 ：1.5 倍地下室嵌固的判定(主樓) 剛性樓板假定，剪切剛度模型 4 ：2.0 倍地下室嵌固的判定(整體) 剛性樓板假定，剪切剛度模型 5 ：轉換結構剛度比的判定 剛性樓板假定，剪彎剛度模型 6 ：基礎計算模施工加載 2，生成傳給基礎的剛度4. 框支剪力墻結構計算模型有三個問題需要注意a. 墻元細分最大控制長度應取得盡量小，建議為1。這是為了轉換梁與上部剪力墻協調變形更合理。b. 轉換梁應該考慮軸向變形的影響， 所以要考慮彈性樓板，

8、 轉換梁才能計 算軸力。c. 框支轉換屬于豎向不連續，應強制為薄弱層，此時剛度比值無關。 對于轉換高層屬于復雜高層建筑結構，一般情況下容易形成超限結構，即 特別不規則結構。(1).扭轉不規則：樓層的最大彈性水平位移(或層間位移)大于該樓層兩 端彈性水平位移(或層間位移)平均值 1.2 倍。(2).側向剛度不規則：該層的側向剛度小于相鄰上一層的70% 或小于其上相鄰三個樓梯側向剛度平均值 80% 。(3) .豎向抗側力構建不連續(4) .凹凸不規則(5) .樓板局部不連續(6) .樓層承載力突變 本工程一開始超出前三項，形成了特別不規則結構，為了避免通過調整相 鄰上下層剛度和扭轉不規則，使其只有

9、一項豎向不連續，對有條件的情況 下，建議盡量調整。5. 型鋼結構的設計其設計采用 STS 工具箱節點連接計算與繪圖工具設計。 對柱腳采用外包式 柱腳6. 對于其他問題概述a. 對于剪力墻結構設計， 根據高規 對于約束邊緣構件非陰影部分箍筋 與拉筋的規定，可以采用全部拉筋。根據中國建筑就設計研究院結構專業 設計研究院主編的國家標準圖集( 04SG330 )給出了兩種配置方式，本工 程按它第 1 條設計。b. 框支柱承受的地震剪力調整，在 0.2Q 中輸入一個負值， PKPM 會自動 調整滿足規范要求。框支托梁的應力分析按 FEQ 計算。目前 FEQ 無法計 算框支主梁承托剪力墻并承托轉換次梁與其

10、上剪力墻，可以用有限元程序 進行補充計算。c. 復雜高層要求采用兩個不同力學模型的三維空間分析軟件進行 計算，并采用彈性時程分析補充計算，本工程采用了 SATWE 和 PMSAP 進行了大指標對比，基本吻合，主要問題是 PMSAP 中剪力墻連梁超筋。 彈性時程分析，每條時程曲線計算所得的結構底部剪力不應小于陣型分解 反應譜法的 65% 。多條時程分析的底部剪力平均值不應小于振型分解反應 譜法求得的底部剪力的 80% ，均滿足要求。HiStruct 注：框支剪力墻結構應特別注意轉換層樓板的平面內應力設計， 平面內抗剪承載力設計，以減小樓板的開裂程度即剛度折減程度，進而保 證樓板具有足夠的能力傳遞

11、上下層豎向構件之間的剪力。分析某高層住宅局部框支結構設計若干要點 摘要：本文是結合工程實際對高層住宅局部框支結構設計中框剪結構中 轉換層、框支柱和剪力墻的計算與分析等進行了闡述。關鍵詞：局部框支轉換層設計與分析 刖言通過轉換構件將上部構件的內力傳遞到基礎和地基，也常有一部分住宅建筑由于車位、底部景觀架空通透、上部房間布局等因素，造成了少量抗 震墻無法落地。它們有一個共同的特點，就是轉換層上的不落地抗震墻占該 層總抗震墻的比例很小，一般僅在10%左右。由于轉換層上下側移剛度基 本相同，這使得它們的一些特性更加接近抗震墻結構，我們把這種介于抗震規范所講的抗震墻結構和部分框支抗震墻結構之間的結構形式

12、稱為局部 框支抗震墻結構。這里所講的局部框支抗震墻結構除了不落地抗震墻很少 以外，還具有以下特點：框支柱的數量一般為 68個,最多不超過10個。文 章結合實際工程，具體的探討此類建筑結構的抗震設計。1工程概況本工程主體結構層高60.30m,地下室一層，層高分別為4.2m，地上13 層為商業，層高分別為4.8，4.8，5.4m;4層18層為住宅，層高3.0m，抗 震設防烈度為7度。2結構設計中的計算和分析 2.1轉換體系的選取與計算框支轉換層樓板在地震中受力變形較大，其在整體電算中的模型選擇很關鍵。由于工程轉換梁上部層數多，地震時樓板將傳遞相當大的地震力，其在平面內的變形是不可忽略的。因此采用彈

13、性板或彈性膜的計算模型較為 適宜。由于彈性板的平面外剛度在整體計算中已被計入,相當于考慮了板對梁的卸荷作用 ,會使梁的設計偏于不安全。在進行整體結構分析時,將轉換層樓板用彈性膜單元模擬。2.2 嵌固端與轉換層樓板板厚的確定工程以± 0.000 板作為嵌固端 ,既保證上部結構的地震剪力通過地下室 頂板傳遞到全部地下室結構 ,同時能夠保證上部結構在地震作用下的變形 是以地下室為參照原點。抗規第 條規定 :當地下室頂板作為上 部嵌固端部位時 ,地下室結構的側向剛度與上部結構的側向剛度之比不宜 小于 2。故地下室頂板厚度取 200mm, 同時 ,為了有效地將水平地震力傳遞 給剪力墻 ,在應力

14、集中的樓層 ,將樓板厚度加大 ,轉換層樓板取 180mm, 與其 相鄰的層也適當加厚至 150mm 。考慮抗震需要 , 根據高層建筑混凝土結構技術規程 JGJ3-2002 （以 下簡稱高規 ）要求使轉換層配筋率 ,每層每方向達到 0.25%, 以進一步提 高轉換層樓板和框支大梁共同作用的能力。考慮到梁寬大于上部剪力墻的 兩倍,寬度較寬,對邊轉換梁 ,板面鋼筋不是簡單地要求伸入梁內滿足錨固要 求即可 ,而是要求必須貫穿梁頂截面 ,以確保梁內扭矩在板上的有效傳遞。 2.3 框支柱與剪力墻底部加強部位墻厚的設計框支柱基本布置于上部剪力墻對齊的下方或就近區域,這樣不僅能使豎向荷載的傳力途徑直接、明確

15、,減少轉換板的內力 ,同時 ,上下抗側力結構對 齊 ,對于抵抗水平地震荷載作用 ,改善轉換板的復雜受力情況也是大有益處的 （詳見圖 1）框支柱作為框支剪力墻結構體系中重要的構件 ,它的安全度直接決定了整棟建筑的抗震潛力 ,因而框支柱的延性和承載力成為設計的關鍵。 框支柱 應在計算的基礎上 ,通過概念設計和抗震措施 （構造措施 ）進行設計。調整框 支柱總剪力，使每根柱所受剪力不小于基底剪力的 3%, 框支柱的抗震等級 比高規 4.8 條要求提高一級，定為一級 ,為了增加其延性 ,軸壓比不超過 0.6,其最小配筋率不小于 1.2% 。底部加強區剪力墻抗震等級為一級， 軸壓 比控制在 0.5 以內。

16、抗震設計時 ,剪力墻的底部加強部位包括底部塑性鉸范圍與其上部的一 定范圍 ,其目的是在此范圍內采取增加構造邊緣構件箍筋和墻體橫向鋼筋 等必要的抗震加強措施 ,避免脆性的剪切破壞 ,改善整個結構的抗震性能。 高規 ）第 條規定 :底部帶轉換層的高層建筑結構 ,其剪力墻底部加 強部位的高度可取框支層加上框支層以上兩層的高度與墻肢總高度的 1/ 8 二者的較大值。 為了保證底部加強部位處剪力墻的平面外剛度和穩定性 建筑抗震設計規范 GB50011-2002（ 以下簡稱抗規 ）與高規分 別規定了剪力墻底部加強部位墻厚的取值。 其中 ,考慮到高層建筑結構的重 要性 ,高規對墻厚的取值更加嚴格。針對本工程

17、結構的特點,設計中有以下兩點特別之處 :（1）一般情況下 ,高層建筑結構底部加強部位的剪力墻厚度應按照高 規 條規定取值。但對于本工程而言 ,由于底部層高較大 ,一般剪力墻 墻厚 bw 取 350, 但對于電梯井處剪力墻布置較多 ,相對的軸力較小 ,其截面按照上述方法取值則顯得 的不是很經濟合理。因此 ,針對本工程的具體設計，剪力墻截面厚度bw適當的減少到300,同時嚴格按照高規附錄D以下公式（1）計算墻體的穩定。（2）在保證上部住宅剪力墻強度與層間位移滿足規范的前提要求下，盡量減少上部剪力墻數量，減薄厚度，轉換層以下厚度加大，以減少結構上部剛 度,增大下部剛度。同時，由于轉換層上下剛度的突變

18、對上部相鄰幾層剪力墻造成的影響，故而對轉換層上相鄰數層剪力墻的水平與豎向分布筋和暗 柱鋼筋予以加強2.4轉換層上、下結構側向剛度比的確定工程實踐中，框支剪力墻結構體系是對結構本身來說是很不利的，為了加大底部大空間樓層的抗側剛度，使上下剛度接近，高規規定：需要抗震 設防時，當轉換層在1層以上時，轉換層上下剪彎剛度比宜接近1，抗震設計時不應大于1.3。為了滿足此要求，對底部的落地芯筒與少量的落地剪力 墻均予以加厚，落地芯筒周邊墻體加厚至 300mm（上部為200mm）,少量的 落地剪力墻加厚至400mm（上部為200mm）,同時轉換層以下的混凝土強 度等級定位C45（上部為C35）,最終控制剛度比

19、均能滿足規范要求。由于高層結構中轉換層的出現，沿建筑物高度方向剛度的均勻性會受到很大的破壞，力的傳遞途徑會有很大的改變。 如何計算轉換層上、下結構 側向剛度比是帶轉換層高層建筑結構設計時必須解決的主要問題。高規 附錄E分別規定了底部大空間層數不同，轉換層上、下結構側向剛度比的計算方法。其中轉換層上、下結構的等效側向剛度比的計算綜合考慮了豎向 抗側力構件的抗剪剛度和抗彎剛度，因此更能反映帶轉換層的高層結構沿 高度方向剛度變化的實際情況。轉換層上、下結構的等效側向剛度比按公 式計算，為了便于計算頂部位移，可以將頂部單位水平力適當放大結構設計時可以應用“高層建筑結構空間有限元分析與設計軟件”(SAT

20、WE)計算轉換層上、下結構的等效側向剛度比，具體計算步驟如下:(1) 采用PMCAD分別按圖2建立結構計算模型1、2;(2) 采用SATWE前處理程序形成風荷載數據文件 WIND.SAT;分別修改計算模型1、2的風荷載數據文件，將頂層剛性樓板的X、Y 向風荷載的X、Y軸均設置為500kN, Z軸扭轉分量設置為0,其余各層X、 Y向風荷載的X、Y軸分量以與Z軸扭轉分量均設置為 0；(4)運行SATWE中結構分析與構件內力計算程序，求出計算模型1、2的頂部位移；應用公式即可求解出轉換層上、下結構的等效側向剛度比心)計1-轉RES (b)計-轉其卜亠部結購部給構圏上轉攜層上、下結構的第數側問附度叱的

21、計霧模型通過上述方法計算得出的轉換層上、下結構的等效側向剛度比宜接近1,非抗震設計時不應大于2,抗震設計時不應大于1.32.5 局部抗震設計局部框支剪力墻結構的局部加強范圍,對本工程來說 ,取框支部分所臨近兩個 23 個開間所包圍的區域 (見圖 1 中方框內的部分 )。在進行框支柱、 梁內力調整時可按此調整加強部位有關剪力墻、框支柱和梁的內力。局部 框支加強范圍以外 ,可按剪力墻結構設計。兩者交接部分應加強連接構造 如板邊設暗梁、梁板配筋加強等 ,以保證水平剪力傳遞。建筑專業為了立面處理的需要 ,希望在建筑平面的角部開窗 (見圖 1 中 圓形標注內的部分 ),墻體角部在地震作用下 ,是較敏感的部位 ,特別當結構 平面不規則時 ,由于平面的扭轉 ,引起內力重分布 ,將使震害加劇 , 使得此處 的連梁分配更多的地震力 ,容易產生連梁的超筋問題。因此,需要