超限高层商住楼的结构设计

超限高层商住楼的结构设计收稿日期:2008 01 28作者简介:姜天华(1964 ),女,高级工程师,国家一级注册结构师,中国核电工程有限公司河北分公司,河北石家庄 050021王 静(1971 ),女,工程师,中国核电工程有限公司河北分公司,河北石家庄 050021杜丽娟(1969 ),女,高级工程师,中国核电工程有限公司河北分公司,河北石家庄 050021姜天华 王 静 杜丽娟摘 要:结合工程实例,介绍了平面不规则超限高层建筑结构设计要点,针对结构平面超限情况采取相应的技术措施,并通过SA T WE 和PM SAP 程序进行结构计算,结果表明:结构设计符合我国超限高层建筑设计要求。

关键词:超限高层建筑,结构平面不规则,抗震设计中图分类号:T U 318文献标识码:A1 工程概况建新公寓位于上海市黄浦区西藏南路9 2号地块,该地块地处市中心繁华区域。

建新公寓为地上11层的小高层商住楼,无地下室,房屋长40.9m,宽17.85m,高33m 。

主楼1层和裙房为商店,2层以上为住宅。

占地面积约3032m 2,总建筑面积6351.26m 2,建筑覆盖率小于30%。

根据工程地质勘察报告,该区域场地覆盖层厚度大于80m,为 类场地,地震设防烈度为7度,不考虑地基土地震液化影响。

综合考虑结构类型、材料情况、施工条件、周围环境等因素,确定主楼采用钻孔灌注桩基,桩端持力层为第 层粉质黏土层,桩长38m 左右。

裙房与主楼脱开,采用柱下条基。

主楼为地上11层现浇钢筋混凝土剪力墙结构,平面形状大致呈L 型,由于高层商住楼平面布置凹进尺寸超出!建筑抗震设计规范∀的规定,属平面凹凸不规则类型,外伸尺寸超出!高层建筑混凝土结构技术规程∀的规定,确定建新公寓属平面规则性超限高层建筑,根据建设部和上海市有关规定,须经过上海市建筑工程抗震设防审查专家委员会审查批准后方可进行施工图的设计,本工程已于2003年2月27日通过了上海市工程抗震办公室组织有关专家进行的结构抗震专项审查。

2 结构超限情况介绍高层商住楼建筑平面中间部位最大凹进尺寸为4.5m,与相应投影方向总尺寸10.95m 之比为41%,大于GB 50011 2001建筑抗震设计规范第3.4.2规定的30%的限值;西北角平面局部外伸,其外伸长度6.3m 与房屋总宽之比为37%,大于JGJ 3 2002高层建筑混凝土结构技术规程第4.3.3规定的35%的限值。

故本楼属平面规则性超限的高层建筑。

3 针对超限采取相应措施规范从限制结构平面布置的不规则性来避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应,防止结构扭转破坏。

控制结构扭转效应应从两个方面加以控制:1)扭转变形指标 。

扭转变形是质量、刚度、平面分布确定后结构固有特性。

=U max /U,U =(U max +U min )/2,U max =U + L /2;=1+ L /2U 。

其中,U max 为按刚性楼盖计算,同一侧楼层角点竖向杆件最大位移或最大层间位移;U min 为按刚性楼盖计算,同一侧楼层角点竖向杆件最小位移或最小层间位移;U 为楼层平均水平或平均层间位移; 为楼层水平转动扭转角; L /2为楼层水平转动扭转角引起的水平扭转变形。

控制 实质就是控制 L /2U ,就是控制扭转变形与平动变形之比。

!高层建筑混凝土结构技术规程∀第4.3.5条对位移比进行了限制。

2)扭转刚度指标。

结构扭转振型及周期是其扭转刚度、扭转惯量分布大小的综合反映。

限制结构的抗扭刚度不能太弱,当结构抗扭刚度小,转动惯量大,扭转振动成为主振型,对结构抗震和抗风均十分不利。

为进一步有利控制地震作用下结构扭转效应,!高层建筑混凝土结构技术规程∀第4.3.5规定对结构以扭转为主的最大周期与以平动为主的最大周期之比T t /T l 进行了限制。

周期比T t /T l 与结构的抗扭刚度K t 、侧向刚度K l 、转动惯量m t 以及质量m l 有如下关系:T tT l=2 m t K tm l K l=m t K lm l K t。

从上式可以看出,提高抗扭刚度K t 与侧向刚度K l 的比值,就可减小T t /T l 的值,从而减轻扭转效应的影响。

高层建筑扭转不规则结构控制,关键是通过调整结构布置尽量满足规范位移比和刚度比的要求,再通过抗震加强构造措施,满足抗震要求。

对一些特殊的复杂高层建筑,无法避免突破规范扭转不规则指标时,结构可进行基于性能的抗震设计,但不能突破下列强制指标:=U max /U #1.8;T t /T l <0.95。

以下通过对高层商住楼结构的抗震计算及采取抗震加强构造措施的分析,来阐述超限高层商住楼结构设计的过程。

3.1 结构计算1)该工程结构分析采用中国建研院PKPM 工程部的高层建筑结构空间有限元分析与设计软件SA T WE 及复杂多、高层建筑结构分析与设计软件PM SAP 进行分析、比较。

2)计算结果分析。

a.结构刚度分析。

结构的最大层间位移角X 方向为1/1499,Y 方向为1/1891,满足JG J 3 2002高层建筑混凝土结构技术规程1/1000的舒适度的要求,此时不应考虑偶然偏心的影响。

结构的剪重比X 方向为5.94%,Y 方向为5.67%,均在较合适的范围内。

b.结构扭转效应分析。

浅析球墨铸铁管在城市管道中的应用及前景收稿日期:2007 11 05作者简介:张 磊(1978 ),男,河南工业大学防灾减灾工程研究所硕士研究生,河南郑州 450052韩 阳(1955 ),男,教授,河南工业大学防灾减灾工程研究所,河南郑州 450052范 量(1966 ),男,高级工程师,河南工业大学土木建筑学院,河南郑州 450052张磊 韩阳 范量摘 要:对球墨铸铁管进行了介绍,研究了球墨铸铁管在国内外的发展状况,通过对球墨铸铁管、灰口铸铁管及钢管的技术性能比较,说明了球墨铸铁管在管道工程应用中的优越性,以及球墨铸铁管的市场发展前景。

关键词:球墨铸铁管,技术性能,优越性,发展前景中图分类号:T U 511.1文献标识码:A地下管线是城市基础设施的重要组成部分,就像人体内的%神经&和%血管&,日夜担负着传送信息和输送能量的工作,是城市赖以生存和发展的物质基础,被认为是城市的生命线[1]。

地下管线的铺设状况,从某种意义上讲,标志着一座城市的经济发展状况和现代化水平。

在新技术、新材料不断涌现的今天,球墨铸铁管在给排水管道的铺设中是其他新材料难以完全代替的管材,在供水、输气工程领域里占有重要地位。

1 球墨铸铁管简介球墨铸铁管属于柔性管,是近年来引进和开发的一种管材,利用离心力铸造成型,管壁致密。

因其中的石墨形态为球状,基体以铁素体为主,伸长率大、强度高,性能与钢管相似,具有柔韧性好,适应突发力强,且抗弯强度比钢管大,使用过程中管段不易弯曲变形和较好的抗压、抗氧化、抗腐蚀等性能,抗腐蚀性比灰口铸铁大35%,能承受较大的静荷载及地面动荷载。

在埋地管道中 扭转变形指标 即位移比。

最大层间位移与平均层间位移比值X 方向为 X =1.18<1.5,Y 方向为 Y =1.34<1.5。

扭转刚度指标。

扭转周期出现在第三周期T t /T l =0.71<0.85。

此时应考虑单向偶然偏心及双向水平地震作用的影响。

3)SAT W E 与PM SA P 计算结构的比较。

结构自振周期相当接近,扭转周期均出现在第三周期,且T t /T l 均小于0.85;结构顶点位移与层间相对位移相差较小;总质量、地震总剪力、剪重比等相当接近。

通过以上计算与分析,可以看出本工程高层住宅用两种程序计算的结果相差不大,总体上保持一致,均在规范规定的合理范围之内。

总体来说结构刚度较合理,虽然主楼Y 方向存在扭转不规则 Y =1.34,但其结构扭转效应能满足规范要求。

楼板基本连续,具有良好的整体性;竖向抗侧力构件连续,侧向刚度沿高度变化均匀,无明显的结构薄弱层;结构变形上从顶点最大位移到楼层最大层间位移均满足规范要求,两种不同力学模型计算结果较吻合,在对结构薄弱部位采取一定的抗震加强措施后,可以认为结构满足规范要求安全合理。

3.2 抗震概念设计及抗震加强措施1)增强建筑物周围刚度。

2)增强底部侧向刚度。

对于楼底部1层由于建筑设置商场而增加层高,因此特意将底部1层剪力墙厚度增加为300mm,以加强其侧向刚度,使侧向刚度变化均匀,比值满足规范要求。

3)加强结构延性设计。

通过对连梁等耗能构件加强其合理性配筋的设计,对剪力墙底部加强区增加配筋率、提高暗柱配箍率,限制剪力墙在重力荷载代表值作用下的轴压比,以及对结构位移较大部位加强其构件的延性等措施。

4)加强楼板的整体刚度。

楼板是传递整个地震水平力的重要构件,因此对楼电梯间以及中间凹口部位附近的楼板均增加,其板厚为120mm,并提高其配筋率。

5)在楼层凹口处根据需要增设拉梁以及拉结板,并加强配筋,以改善此薄弱部位的刚度及延性,从构造上加强平面的连续性。

6)对屋顶构架等非结构构件亦加强其抗震设计和构造措施,保证其安全、可靠。

4 结语1)在高层建筑设计早期方案阶段,通过与建筑师、业主协调,调整结构布置,尽量做到平面及竖向不超限,使结构体系、结构体型的规则性及整体性满足规范的规定。

2)如平面超限不可避免,应调整抗侧力结构布置,满足规范规定的扭转不规则指标即位移角和周期比的最大要求。

3)通过增加剪力墙厚度的方法,避免结构竖向刚度的突变。

4)抗震计算各项指标满足规范要求后,对结构抗震薄弱环节进行抗震构造加强,增强结构在地震作用下的耗能能力,满足抗震要求。

参考文献:[1] GB 50011 2001,建筑抗震设计规范[S].[2] JG J 3 2002,高层建筑混凝土结构技术设计规程[S].[3] 阴 杰,曹京华,陈克勤.高层建筑的结构设计理念[J].山西建筑,2007,33(4):76 78.[4] 徐培福.复杂高层建筑结构设计[M ].北京:中国建筑工业出版社,2005.Structure design of tall commercial residence building beyond the code limitsJIANG Tian hua WANG Jing DU Li juanAbstract:Combined w ith t he engineer ing example,it intro duces t he design points of an ir regular tall building beyond the code limits in plane,aiming t he actuality of structur e beyond the code limits,it takes some skill methods,performs the structure calculation by using SAT W E and PM SA P softw ar e,the results showes that the structure design meets the design requi rements of the tall building beyond the code li mits in our country.Key words:tall building bey ond the code limits,structure plane ir reg ularit y,seismic design。