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《PKPM软件在应用中的问题解析》讲义

2008-10-05 
第十四章 不规则结构方案调整的几种主要方法 (一)工程算例1 ⑴工程概况:某工程为一幢高层住宅 ...
第十四章 不规则结构方案调整的几种主要方法
(一)工程算例1
⑴工程概况:某工程为一幢高层住宅建筑,纯剪力墙结构,结构外形呈对称y形。一层地下室,地上共23层,层高2.8m。工程按 8度抗震烈度设防,地震基本加速度为0.2g,建筑抗震等级为二级,计算中考虑偶然偏心的影响。其结构平面图如图1所示。(图略)
⑵这个工程的主要特点是:
①每一个楼层沿y向对称。
②结构的角部布置了一定数量的角窗。
③结构平面沿y向凹进的尺寸10.2m,y向投影方向总尺寸为22.3m。开口率达45%,大于相应投影方向总尺寸的30%,属于平面布置不规则结构,对结构抗震性能不利。
⑶本工程在初步设计时,结构外墙取250厚,内墙取200厚。经试算结果如下:
结构周期:
t1=1.4995s,平动系数:0.21(x),扭转系数:0.79
t2=1.0954s,平动系数:0.79(x),扭转系数:0.21
t3=1.0768s,平动系数:1.00(y),扭转系数:0.00
周期比:t1/t2=1.37, t1/t3=1.39
最大层间位移比:1.54
最大值层间位移角:1/1163
⑷通过对上述计算结果的分析可以看出,该结构不仅周期比大于规范规定的0.9限值,而且在偶然偏心作用下的最大层间位移比也超过1.5的最高限值。
经过分析我们得知,之所以产生这样的结果,主要是由于结构的抗扭转能力太差引起的。
⑸为了有效地提高结构的抗扭转能力,经与建筑协商,在该结构的深开口处前端每隔3层布置两道高lm的拉梁,拉梁间布置200mm厚的连接板(如图2所示)。(图略)
经过上述调整后,计算结果如下:
t1=1.3383s,平动系数:0.22(x),扭转系数:0.78
t2=1.0775s,平动系数:0.78(x),扭转系数:0.22
t3=1.0488s,平动系数:1.00(y),扭转系数:0.00
周期比:t1/t2=1.24,t1/t3=1.28
最大层间位移比:1.48
最大值层间位移角:1/1250
⑹从上述结果中可以看出,由于设置了拉梁和连续板,使结构的整体性有所提高,抗扭转能力得到了一定的改善。结构的周期比和位移比有所降低,但仍不满足要求。
经过分析得知,一方面,必须进一步提高结构的抗扭转能力以控制周期比;另一方面,结构的最大位移值出现在角窗部位,因此,控制最大位移值就成为改善位移比的关键。
为此,对本工程采取如下措施:
①尽量加大周边混凝土构件的刚度。具体做法是将结构外围剪力墙厚增加到300以提高抗扭转的能力。
②将转角窗处的折梁按反梁设计,其断面尺寸由原来的200×310改为350×1000,从而控制其最大位移。
③将外墙洞口高度由2490mm降为2000mm,以增大周边构件连梁的刚度。
④加大结构内部剪力墙洞口的宽度和高度,以降低结构内部的刚度。
经过上述调整后,计算结果如下:
t1=1.0250s,平动系数:1.00(x),扭转系数:0.00
t2=0.9963s,平动系数:1.00(y),扭转系数:0.00
t3=0.8820s,平动系数:0.00, 扭转系数:1.00
周期比:t3/t1=0.86;t3/t2=0.88
最大层间位移比:1.29
最大值层间位移角:1/1566
该工程最大层间位移比为1.29,根据《复杂高层建筑结构设计》建议的表7.2.3(如下表所示)可知,本工程在小震下最大水平层间位移角限值为1/1240,满足要求。
表7.2.3
扭转变形指标 ξ=umax/u/1.2/1.3/1.4/1.5/1.6/1.7/1.8/
中震下最大水平层间位移角限值/2.8/2.26/1.81/1.4/1.05/0.74/
小震下最大水平层间位移角限值/1/1/1.24/1/1.55/1/2/1/2.67/1/3.78/1/6
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⑺通过上述调整后,可以看出结构的整体抗扭转能力得到了很大的提高,周期比和位移比都能满足规范要求,设计合理。
⑻对于角窗结构,宜在角窗处的楼板内设置暗梁等措施以提高结构端部的整体性。
(二)工程算例2
⑴工程概况:某超高层商办楼,主楼41层,结构高度184.3m。地下室共5层,深19.5m,结构体系为钢筋混凝土筒体和框架组成的钢-混结构体系,框架由钢骨混凝土柱和钢柱组成。本工程按7度抗震烈度设防,建筑抗震等级按二级,因工程平面复杂,构造措施按提高一级。其结构平面图如图1所示。(图略,该结构总长35m,总宽42m,结构右上角和左下角均缺少14x16.8m的部分结构)
⑵工程特点:本工程筒体刚度较大,但延性较差,结构初算侧移很小,但平扭周期偏大,在地震作用下质心与其他角点以及边缘点的位移比亦不满足要求。究其原因,因筒体偏离整个平面较大,中部连接板带尺寸过小。
⑶调整方法
①剪力墙核心筒开计算洞以降低刚度;
②结构角部加水平隅撑以加强结构边缘节点的约束;
③薄弱层楼板加厚以提高楼板刚度,增加结构水平的协调能力。
④筒体内主要角部暗埋了竖向h型钢,在周边连梁内暗埋h型钢,以提高筒体的延性。
⑷计算结果
结构自振周期计算结果如下表所示:
modeno period angle movement torsion
1   4.8103 14.53  0.93   0.07
2   3.8697 97.38  0.85   0.15
3   3.1442 136.6  0.23   0.77
周期比:t3/t1=0.653:t3/t2=0.813;
地震作用下的位移比均小于1.40。
地震作用下的最大层间相对位移:x向为1/1220,y向为1/1328。

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