大底盘双塔结构底盘刚度对结构受力影响

塔结构随底盘刚度变化对结构自振周期、最大楼层位移和最大层间位移角的影响，总结得出了相应变化规律，可为以后
同类结构分析和设计提供指导。
关键词：钢筋混凝土结构，大底盘刚度，抗震性能
中图分类号：TU312
文献标识码：A
0 引言
大底盘双塔结构是将底部设置为大底盘，裙房与标准层之间 采用转换层过渡，转换层上部采用两个塔楼作为主体的结构。由 于大底盘和转换层的存在，使整个结构的受力性能比较复杂。目 前对混凝土基本构件的非线性研究较多，但对整体结构的非线性 研究较少，对大底盘双塔结构这种复杂结构的研究更不多见。
3 结语
基于以上分析，文中提出以下建议及结论： 1） 双塔楼结构的自振周期，随落地底盘刚度的增加而变短， 但与落地剪力墙厚度和柱截面增大呈非线性关系，底盘刚度变化 主要影响结构的高阶振型，对低阶振型影响不大。 2） 双塔楼结构的最大层间位移角都随底盘刚度增加而减小， 对于大底盘结构刚度比适合取 β≥1． 5。 3） 弹性动力时程分析法评估振型分解反应法的结果时，两者 结果基本一致。 参考文献： ［1］ 方鄂华，韦宇宁． 大底盘多塔楼结构地震反应［J］． 建筑结构
图 4 模型 1 在 8 度的罕遇地震抗倒塌验算图 刚度比为 1． 0，1． 5，2． 3 的模型能满足罕遇抗倒塌验算，最大 层间位移角分别为 1 /201，1 /202，1 /214。满足在抗震规范层间位 移角超过 1 /100 之前结构反应穿过 αmax = 0． 9 的反应谱曲线的要 求，说明底盘相对软弱和刚度过大都不利于结构抗震。
［1］ GB 50011-2010，建筑抗震设计规范［S］． ［2］ GB 50010-2010，混凝土结构设计规范［S］． ［3］ 刘永涛，李 欢． 框排架结构厂房设计分析［J］． 科技信息，
2010（ 18） ： 103-105． ［4］ 熊 伟，张丽娟，王 亮． 包钢 4 #、5 # 转炉土建设 计 评 析
0.000 4 0.000 2
▲◆■
◆■▲
◆▲■
0
1
2
3
4
β
图 3 底部 5 层层间位移角随刚度比变化曲线
2． 2 弹性动力时程分析部分
为了评估振型分解反应法的结果，我们对结构进一步使用弹
性动力时程分析法进行计算分析，分别选择旧版地震库里的两条
天然波 ELC-3 波与 KAR-3 波和一条人工波 LAN3-3 波进行对比， 主要分析数据是以结构基底剪力和最大层间位移（ 或顶点位移） 与振型分解反应谱的计算结果进行比较，控制在小于 20% 的误差 范围之内。表 2 是 6 个模型在弹性动力时程分析下的结果。
尺寸为 450，此尺寸与吊车样本有关。
顶、柱变截面处和柱上集中荷载处。2） 建筑长度宜满足伸缩缝要
4 计算结果分析
求，否则应采取措施。如： 增大配筋率，通长配筋，改善保温，铺设
1） 在用 PKPM 软件计算梁柱时，应尽量采用 TAT 或 SATWE 架空层，加后浇带等。3） 柱计算长度取值尤为重要。4） 设计中应
三维软件。相对平面框排架 PK 来讲，TAT 或 SATWE 三维软件优 点如下： a． 计算结果更接近实际受力状态，如地震力或风力是按 抗侧移刚度分配，而 不 是 按 框 架 的 楼 面 从 属 面 积，还 如 从 框 架 柱
考虑工艺、热工等 重 型 设 备 荷 载 尽 量 布 置 在 低 处，这 种 布 置 对 土 建结构有利［4］； 压缩机等动力设备应与厂房及平台完全脱开，设 备与楼层之间的缝宽，不得小于防震缝的宽度； 基础也应脱开。
出挑的梁和从次梁出挑的梁，因次梁的支座（ 框架梁） 发生下沉变 5） 当建筑布局很不规则时，结构设计应根据建筑布局做出合理的 形，内力重分布，从框架柱出挑的挑梁配筋将较大。b． 快速方便， 结构布置，并采取相应的构造措施或设置缝分开形成较为规则的
三维软件整 体 计 算，不 必 生 成 单 榀 框 架，再 人 工 归 并，可 整 楼 归 并。2） 一般情况下，PKPM 计算结果应满足楼层最小地震剪力系 数值，如不满足说明地震力计算过小； 还应满足弹性层间位移角 限值，如不满足，说明上层刚度相对较弱； 楼层承载力突变时，薄
需求谱曲线
周期—最大层间 位移角曲线
周期—加速度 曲线（能力曲线）
0.00 0.30 0.60 0.90 1.20 1.50 1.80 2.10 2.40 等效率自由体系周期/s
注：所在地区：全国；罕遇地震；场地类型：3；设计地震分组：1；抗震设防 烈度：8；地震影响系数最大值 αmax：0.900g；特征周期 Tg：0.500 s；弹性 状态阻尼比：0.050
构自振周期（ 考虑扭转藕联） 相比较随落地剪力墙厚度增加，结构
各阶振型的周期 变 短，但 变 化 幅 度 有 限，单 纯 依 靠 增 加 落 地 剪 力 墙厚度来增强结构刚度的做法是有一定限制的［2］。底盘刚度变
化对下部各层大底盘层间位移角影响见图 2，图 3，可以看出，除
去刚度特别大的首层，β ＜ 1． 5 时层间位移角增长明显，β≥1． 5 时 层间位移角变化 较 平 缓，综 合 考 虑 层 间 位 移 角 影 响，对 于 大 底 盘
部刚度不变来获得，模型 5 和模型 6 通过增大落地剪力墙厚度和
大底盘柱子截面提高大底盘刚度。
2． 1 SATWE 弹性静力分析
分析比较了前 24 阶振型及其相应的周期，相比文献分析的 落地剪力墙厚度变化对振型性态影响不大［2］，同时满足落地剪力
墙厚度和柱子截面增加来提高刚度比 β 时，结构各阶振型的周期 变短，而且变化幅度很大，结构自振周期与 β 是呈非线性关系； 结
结构刚度比适合取 β≥1． 5。
塔楼最大位移角楼层
20
18 16
◆ ◆ ◆◆
◆
பைடு நூலகம்
14
◆
12
10
8
6
4
2
0
1
2
3
4
β
图 2 塔楼最大位移角出现的楼层随刚度比变化曲线
层间位移角
0.001 4 0.001 2
0.001 0.000 8 0.000 6
◆▲ ■
◆▲■ ◆▲ ■
■ 5层 ▲ 4层 ◆ 3层
2层 1层
布局。6） 现代工业建筑向大、高、轻的方向发展，大即大跨度、大 空间、大面积和大体量； 高即多层、高层厂房； 轻即轻型结构、轻质 材料、轻巧造型［5］。 参考文献：
弱层抗侧力结构的抗剪承载力不应小于相邻上一楼层的 65% ，如 不满足说明本层刚度相对较弱。3） 顶层排架嵌固楼层应避免开 设大洞口，楼板厚度不宜小于 150 mm。为保证排架嵌固层的作 用，排架嵌固层处刚度（ X，Y 方向） 宜为上层排架刚度的 2 倍及以 上，方能作为嵌固层考虑柱截面尺寸。
·43·
墙在底部加强区 为 特 一 级，非 底 部 加 强 区 为 二 级，结 构 设 计 使 用 年限为 50 年。
a）2 层平面图
b）12 层平面图
图 1 结构平面图
2 结构分析
定义 β 为底盘顶层（ 即第 5 层） 的抗侧刚度与上部塔楼（ 即第 6 层） 抗侧刚度的比值［1］。通过 保 持 上 部 塔 楼 各 层 抗 侧 刚 度 不
第 37 卷 第 32 期
·42· 2 0 1 1 年 1 1 月
山西建筑
SHANXI ARCHITECTURE
Vol． 37 No． 32 Nov． 2011
文章编号：1009-6825（2011）32-0042-03
大底盘双塔结构底盘刚度对结构受力影响
杜亚光 陈 军
摘 要：结合大底盘双塔结构特点，通过实例计算，采用工程分析软件 PKPM 中的 SATWE，EPDA 等模块分析了大底盘双
表 2 弹性动力时程分析最大响应
模型号
1 2 3 4 5 6
主方向最大 位移 / mm
77． 7 63． 0 61． 8 50． 4 44． 4 47． 6
反应项目
主方向最大层 间位移角 / rad
主方向最大 剪力 / kN
1 /753
42 606． 9
1 /1 125 1 /1 073
59 298． 3 57 032． 3
1 /1 135
68 229． 6
1 /1 189 1 /1 058
91 511． 8 132 646． 3
主方向最大 弯矩 / kN·m
1 945 507 2 258 596 2 394 546 2 731 878 3 476 636 4 284 190
与 SATWE 弹性静力分析数据比较，两者结果基本一致，满足 弹性动力时程分析结果。多遇地震作用下，结构的主方向最大位 移、最大层间位移角、最大楼层剪力、最大楼层弯矩都在转换层处 发生突变，随着底盘刚度下降，结构的主要地震动响应加大，我们
收稿日期：2011-06-20 作者简介：杜亚光（ 1978- ） ，男，国家一级注册结构工程师，东华工程科技股份有限公司，安徽 合肥 230024
陈 军（ 1983- ） ，男，助理工程师，东华工程科技股份有限公司，安徽 合肥 230024
第 37 卷 第 32 期 2011 年11 月
杜亚光等： 大底盘双塔结构底盘刚度对结构受力影响
5 结语
通过以上分析，竖向框排架设计时体会如下： 1） 地震作用的 计算宜采用空间结构模型，质点宜设置在梁柱轴线交点、牛腿、柱
［J］． 包钢科技，2002，28（ 4） ： 46-48． ［5］ 于 群． 现代工业建筑发展趋势分析［J］． 沈阳大学学报，
2006，18（ 2） ： 68-70．
On consideration for design of vertical frame-bent structure
根据建筑各层功能布置和结构设计要求，采用的是现浇钢筋 混凝土部分框支剪力墙结构体系，抗震设防烈度为 8 度（ 0． 20g） ， 设计地震分组第一组； 建筑场地类别为Ⅲ类，建筑抗震设防分类 为丙类，建筑结构安全等级为二级 ，框架抗震等级为特一级，剪力
櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅
本文利用国内著名的工程分析软件 PKPM 中的 SATWE，EPDA，EPSA 模块对大底盘双塔带转换层结构的大底盘刚度变化对 结构自振周期、最大楼层位移和最大层间位移角的影响进行了研
究，总结了变化规律。
1 工程背景
本工程以某商业楼为结构模型，该工程模型包括地上 24 层， 地下 1 层，地下 1 层 ～ 5 层为贯通的大底盘位置，5 层及以上为双 塔结构，房屋出地面高度 78． 8 m，2 层平面图及 12 层平面图见图 1。
ZHANG Qi Abstract： Combining with the factual engineering examples，the paper indicates the design process of the vertical frame-bent structures from the aspect of design personnel，including the selection of the structural system，the design of the anti-seismic joints，the assumption of the calculation model，the analysis of the calculation results and the design consideration，and points out the precautions in the design and the relative calculation parameter，so as to direct the future vertical frame-bent structure design． Key words： vertical frame-bent，stiffness，anti-seismic joint，development tendency
变，增大或缩小落地剪力墙厚度和大底盘柱子截面来达到改变大
底盘刚度，文中考察了 6 组不同 β 值模型如表 1 所示。
表 1 各工况模型介绍
模型
1
2
3
4
5
6
β
0． 7
0． 9
1． 0
1． 5
2． 3
3． 5
其中，模型 4 为原模型，在此基础上模型 1 ～ 模型 3 通过减小
落地剪力墙厚度和大底盘柱子截面降低大底盘刚度，同时保持上
在设计中要求控制结构的上下刚度比不能过小，加强转换层及其 附近楼层配筋以保证结构的安全。
2． 3 弹塑性静力分析
从 8 度三类场地各模型刚度比罕遇地震抗倒塌验算可以看 出，刚度比为 0． 7 和 3． 5 的模型结构不能满足罕遇抗倒塌验算，见
图 4。
地震影响系数，层间位移角
1/111 0.9 1/125 0.8 1/143 0.7 1/167 0.6 1/200 0.5 1/250 0.4 1/333 0.3 1/500 0.2 1/1 000 0.1