论文部分内容阅读
【摘 要】本文论述了某工程的特点和结构设计概况，设计时采取了基于性能的抗震设计，并提出了有效的抗震措施。经对结构行多模型的弹性分析及过程分析可得，其工作状态和性能均能达到预期性能目标和规范要求。以下可供参考！
【关键词】高层结构；抗震性能目标；搭接柱转换；结构设计
一、工程简介
某工程为位于城市中心的一栋高层商住楼，地下2层，地上23层，其中地上层1～4为商场，楼层5为公寓会所，楼层6～23为住宅楼，总高约为80.2m。建筑结构安全等级为二级，结构设计使用年限为50年，本工程结构抗震设防烈度为6度（第一组），设计基本地震加速度为0.05g；建筑抗震设防分类：建筑为标准设防类建筑；建筑场地类别为Ⅲ类。
二、大楼结构设计分析
1 结构选型设计
建筑塔楼平面接近方形，外围长宽均为61.2m，每边相接宽度均为10m左右，中部开洞面积接近20%。结构设计时，利用垂直交通系统，在塔楼四角均适当设置刚度较大的钢筋混凝土抗震墙体，并在方字形的每边均设置少量墙体，作为主要抗侧力构件，结构平面竖向构件布置基本规则、对称。图1为塔楼结构平面及剖面布置，其中主框架梁为510×620，主要柱断面为600×1000，主要抗震墙厚度为30～45cm，柱、墙混凝土强度等级为C50～C30，其余为C30。
住宅部分的结构有跃层，且跃层上层开洞较多，具有较多楼板不连续的建筑特点，塔楼层6～23每两层设一层主框架，在每层主框架间设置跃层次结构，即在主框架上设梁上小柱，支承夹层次结构梁板，形成层间主次结构。根据建筑使用净高的要求，
本工程的次结构层采用无梁楼盖的结构布置形式。为满足裙房商业的柱网规整的需要，部分柱在裙房顶层采用搭接柱转换。
2 结构抗震设计的预期性能目标
本工程由于存在部分搭接柱转换，塔楼采用主次楼层的结构形式，部分楼层还存在楼板不连续的情况，属复杂高层建筑。设计时采取了基于性能的抗震设计和比现行规范要求更为严格的抗震措施。经与建设方及相关抗震审查部门商定，本工程抗震设计的预期性能目标如下：1）在小震下，结构满足弹性设计要求，结构构件的抗震承载力和结构层间位移及位移比、周期比均满足规范要求；2）在中震下，结构的主要竖向构件（主要的抗震墙、柱）处于弹性工作状态；3）在大震下，结构重要部位的竖向构件（搭接柱）不屈服，对结构进行非线性分析，允许有些选定部位的构件（次楼层水平构件）达到屈服阶段，但满足变形限制要求，不发生剪切等脆性破坏，各节点满足延性要求。
3 采取的主要抗震措施
采取的主要抗震措施如下：1）提高重要部位结构构件的抗震等级，局部有转换的框架抗震等级提高为一级；2）对搭接柱转换的节点进行应力分析校核，加强构造措施；3）各层主框架的柱、墙构件均按中震弹性进行设计；4）提高底部加强区抗震墙的分布筋配筋率，提高约束边缘构件的体积配箍率；5）加大转换层（层5）的楼板厚度及配筋率，以确保楼盖的整体性。
4 搭接柱转换的设计
工程在层4楼面有9根柱采用搭接柱转换，水平转换距离约为1.5m。若采用转换大梁来完成如图2所示的柱网变化，楼板受力较少，转换梁承受很大的弯矩和剪力，将造成转换梁断面过大，材料浪费，同时转换层的净高降低；另一方面，由于转换梁刚度大，造成结构竖向刚度突变，对抗震不利；而采用搭接柱转换的钢筋混凝土材料用量少、转换层建筑空间可充分利用，上下层沿竖向刚度变化小。
经内力分析，由于搭接柱层错位对竖向力的影响，搭接柱楼面梁内产生拉力，此拉力通过梁、板传到抗侧力构件上，使抗侧力构件产生附加水平力。考虑搭接柱上下楼层相应位置楼板及梁中均承受较复杂的拉压应力，对搭接柱上下层楼面楼板厚度均取15cm，相应跨和相邻跨的上下层的配筋率均不小于0.6%。搭接柱转换节点除采用SATWE，PMSAP进行整体分析外，还采用SATWE的框支剪力墙有限元分析程序FEQ软件进行应力补充分析计算。
5跃层上层的次结构层无梁楼盖设计
本工程上部为跃层叠加式公寓楼，由于建筑使用净高的要求，层8～22间的偶数层设置为次结构层，采用无梁楼盖，仅在方形的内外周布置框架梁，形成了主结构的框架-剪力墙体系，及相间
次结构层的板柱结构，无梁楼盖的楼板厚度均取16cm。
公寓楼的次结构无梁楼盖柱网尺寸变化大、不规则，不能采用直接法及一般等代框架法计算，因此在框架-剪力墙用SATWE及PMSAP整体分析的基础上，对无梁板采用SATWE中的“复杂楼板有限元计算”SLABCAD模块进行楼板的应力计算分析。
三、结论
（1）本工程部分柱采用搭接柱转换，材料用量少、转换层建筑空间可充分应用，上下层沿竖向刚度变化小。
（2）结合住宅有跃层，且跃层上层开洞较多、楼板不连续的建筑特点，塔楼每两层设一层主框架，在每层主框架间设置跃层次结构，即在主框架上设梁上小柱，支承夹层次结构梁板，形成层间主次结构，次结构层采用无梁楼盖的结构布置形式，可满足建筑净高要求。
（3）本工程属复杂高层建筑。设计时采取了基于性能的抗震设计方法。经对结构进行多模型的弹性分析和时程分析，结构的工作状态和性能均能达到结构的预期性能目标和规范要求。
【关键词】高层结构；抗震性能目标；搭接柱转换；结构设计
一、工程简介
某工程为位于城市中心的一栋高层商住楼，地下2层，地上23层，其中地上层1～4为商场，楼层5为公寓会所，楼层6～23为住宅楼，总高约为80.2m。建筑结构安全等级为二级，结构设计使用年限为50年，本工程结构抗震设防烈度为6度（第一组），设计基本地震加速度为0.05g；建筑抗震设防分类：建筑为标准设防类建筑；建筑场地类别为Ⅲ类。
二、大楼结构设计分析
1 结构选型设计
建筑塔楼平面接近方形，外围长宽均为61.2m，每边相接宽度均为10m左右，中部开洞面积接近20%。结构设计时，利用垂直交通系统，在塔楼四角均适当设置刚度较大的钢筋混凝土抗震墙体，并在方字形的每边均设置少量墙体，作为主要抗侧力构件，结构平面竖向构件布置基本规则、对称。图1为塔楼结构平面及剖面布置，其中主框架梁为510×620，主要柱断面为600×1000，主要抗震墙厚度为30～45cm，柱、墙混凝土强度等级为C50～C30，其余为C30。
住宅部分的结构有跃层，且跃层上层开洞较多，具有较多楼板不连续的建筑特点，塔楼层6～23每两层设一层主框架，在每层主框架间设置跃层次结构，即在主框架上设梁上小柱，支承夹层次结构梁板，形成层间主次结构。根据建筑使用净高的要求，
本工程的次结构层采用无梁楼盖的结构布置形式。为满足裙房商业的柱网规整的需要，部分柱在裙房顶层采用搭接柱转换。
2 结构抗震设计的预期性能目标
本工程由于存在部分搭接柱转换，塔楼采用主次楼层的结构形式，部分楼层还存在楼板不连续的情况，属复杂高层建筑。设计时采取了基于性能的抗震设计和比现行规范要求更为严格的抗震措施。经与建设方及相关抗震审查部门商定，本工程抗震设计的预期性能目标如下：1）在小震下，结构满足弹性设计要求，结构构件的抗震承载力和结构层间位移及位移比、周期比均满足规范要求；2）在中震下，结构的主要竖向构件（主要的抗震墙、柱）处于弹性工作状态；3）在大震下，结构重要部位的竖向构件（搭接柱）不屈服，对结构进行非线性分析，允许有些选定部位的构件（次楼层水平构件）达到屈服阶段，但满足变形限制要求，不发生剪切等脆性破坏，各节点满足延性要求。
3 采取的主要抗震措施
采取的主要抗震措施如下：1）提高重要部位结构构件的抗震等级，局部有转换的框架抗震等级提高为一级；2）对搭接柱转换的节点进行应力分析校核，加强构造措施；3）各层主框架的柱、墙构件均按中震弹性进行设计；4）提高底部加强区抗震墙的分布筋配筋率，提高约束边缘构件的体积配箍率；5）加大转换层（层5）的楼板厚度及配筋率，以确保楼盖的整体性。
4 搭接柱转换的设计
工程在层4楼面有9根柱采用搭接柱转换，水平转换距离约为1.5m。若采用转换大梁来完成如图2所示的柱网变化，楼板受力较少，转换梁承受很大的弯矩和剪力，将造成转换梁断面过大，材料浪费，同时转换层的净高降低；另一方面，由于转换梁刚度大，造成结构竖向刚度突变，对抗震不利；而采用搭接柱转换的钢筋混凝土材料用量少、转换层建筑空间可充分利用，上下层沿竖向刚度变化小。
经内力分析，由于搭接柱层错位对竖向力的影响，搭接柱楼面梁内产生拉力，此拉力通过梁、板传到抗侧力构件上，使抗侧力构件产生附加水平力。考虑搭接柱上下楼层相应位置楼板及梁中均承受较复杂的拉压应力，对搭接柱上下层楼面楼板厚度均取15cm，相应跨和相邻跨的上下层的配筋率均不小于0.6%。搭接柱转换节点除采用SATWE，PMSAP进行整体分析外，还采用SATWE的框支剪力墙有限元分析程序FEQ软件进行应力补充分析计算。
5跃层上层的次结构层无梁楼盖设计
本工程上部为跃层叠加式公寓楼，由于建筑使用净高的要求，层8～22间的偶数层设置为次结构层，采用无梁楼盖，仅在方形的内外周布置框架梁，形成了主结构的框架-剪力墙体系，及相间
次结构层的板柱结构，无梁楼盖的楼板厚度均取16cm。
公寓楼的次结构无梁楼盖柱网尺寸变化大、不规则，不能采用直接法及一般等代框架法计算，因此在框架-剪力墙用SATWE及PMSAP整体分析的基础上，对无梁板采用SATWE中的“复杂楼板有限元计算”SLABCAD模块进行楼板的应力计算分析。
三、结论
（1）本工程部分柱采用搭接柱转换，材料用量少、转换层建筑空间可充分应用，上下层沿竖向刚度变化小。
（2）结合住宅有跃层，且跃层上层开洞较多、楼板不连续的建筑特点，塔楼每两层设一层主框架，在每层主框架间设置跃层次结构，即在主框架上设梁上小柱，支承夹层次结构梁板，形成层间主次结构，次结构层采用无梁楼盖的结构布置形式，可满足建筑净高要求。
（3）本工程属复杂高层建筑。设计时采取了基于性能的抗震设计方法。经对结构进行多模型的弹性分析和时程分析，结构的工作状态和性能均能达到结构的预期性能目标和规范要求。