轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設計總結(jié)

廈門市三個中心”結(jié)構(gòu)設計一、工程概況廈門市三個中心位于廈門市鎮(zhèn)海路，總建筑面積為45188.1m2,分A、B兩棟樓。主體高度99.66m，地下1層，地上31層。兩幢高層地下室連成一體，地上部分設抗震縫脫開，縫凈寬400mm,滿足抗震縫最小縫寬要求。地下部分未設永久性施工縫，由于地下室較長，超過溫度伸縮縫最大間距要求，考慮在適當位置設置一條施工后澆帶。|本工程是以商住為主，集商業(yè)、辦公、居住為一體的綜合性建筑，地下室為機房設備和停車場，一~三層為商場，四層為辦公樓。五層為轉(zhuǎn)換層，五層為以上均為住宅。建筑抗震設防類別為丙類,建筑結(jié)構(gòu)安全等級為二級，廈門地區(qū)的抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度0.15g，設計地震分組：第一組；場地類別II類；特征周期Tg=0.35s。二、結(jié)構(gòu)選型及設計本工程地下一層為車庫，地上1?4層為商場，4?5層為轉(zhuǎn)換層，5層以上為住宅。由于底下商場與上部住宅在開間，軸線位置上均不同，所以要求在5層頂設置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層來實現(xiàn)從框筒到剪力墻體系的結(jié)構(gòu)形式的轉(zhuǎn)換及剪力墻軸線位置的轉(zhuǎn)換。由于本工程結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層在5層頂，標高已達22.00m，為高位轉(zhuǎn)換，屬豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)。另外由于本工程基地條件的限制，為滿足上部住宅的要求，住宅南側(cè)要在下部框支結(jié)構(gòu)上挑出1.8m，如加上陽臺挑出尺寸將大于3.5m，為此住宅南側(cè)墻體的轉(zhuǎn)換梁均擱在懸挑的轉(zhuǎn)換大梁上，使轉(zhuǎn)換大梁的受力更加復雜。本工程的超限情況，我們在結(jié)構(gòu)設計中注意以下問題并采取了如下的措施以確保本工程達到規(guī)范規(guī)定的抗震設防目標。1.結(jié)構(gòu)利用外圍柱子及兩側(cè)布置短肢剪力墻和筒體作為主抗側(cè)力構(gòu)件，在外圍柱子兩側(cè)布置短肢剪力墻的目的有兩個：一是增加剪力墻承擔的地震剪力的比例，二是提高整體抗扭的能力。2.嚴格控制框支柱軸壓比W0.6。3.落地墻加厚，轉(zhuǎn)換層上部與下部結(jié)構(gòu)的等效剛度比小于等于1.3，并盡量接近1.0。4.框支柱另加在核心區(qū)配筋形成芯柱，芯柱配筋率與砼柱的面積比取0.8%~1.0%，以提高框支柱的延性。5.由于轉(zhuǎn)換層的位置在五層，，根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》1025“底部帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震等級應符合本規(guī)程第4.8節(jié)的規(guī)定。對部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)，當轉(zhuǎn)換層的位置設置在3層及3層以上時，其框支剪力柱、剪力墻底部加強部位的抗震等級尚宜按本規(guī)程表4.8.2和表4.8.3的規(guī)定提高一級采用，”框支柱抗震等級為特一級，抗震墻抗震等級：底部加強部位為一級；非底部加強部位為二級。|6?《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》10.2.4規(guī)定“底部帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑結(jié)構(gòu)，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及墻肢總高度的1/8二者的較大值”。99.66x1/8=12.45mV框支層以上兩層的高度25.04，所以取底部加強部位取框支層以上兩層。7.由于轉(zhuǎn)換層地震內(nèi)力乘以1.5倍增大系數(shù)，適當加在轉(zhuǎn)換層上、下各一層抗側(cè)力構(gòu)件的配筋。8.目前帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑中，常用的結(jié)構(gòu)型式是梁式轉(zhuǎn)換，它的計算、分析比較簡單，故成為結(jié)構(gòu)工程師考慮轉(zhuǎn)換層問題時的首選，但本工程中不僅需要實現(xiàn)結(jié)構(gòu)體系的轉(zhuǎn)換，而且要實現(xiàn)軸線位置的轉(zhuǎn)移，特別是上部住宅的南側(cè)還要在框支層中挑出，所以不可避免會出現(xiàn)轉(zhuǎn)換梁擱轉(zhuǎn)換梁的二級轉(zhuǎn)換現(xiàn)象，為抵抗第二級轉(zhuǎn)換梁帶來的較大扭矩，我們采用了箱型轉(zhuǎn)換，以上下箱板來抵抗二轉(zhuǎn)換梁帶來的扭矩。轉(zhuǎn)換梁上下板之間的空間可以充分利用，用來作為設備房。9.為了提高結(jié)構(gòu)的抗震性能，適當提高配筋率：落地墻最小配筋率$0.4%,框支柱最小配筋率$1.6%,框支柱體積配箍率$1.6%,落地剪力墻約束邊緣構(gòu)件的配箍特征值取0.24以上。10.對轉(zhuǎn)換大梁，除做電算整體計算外，在施工設計時,尚應把上部全部墻體作用作為荷載作用于梁上進行局部復核,并請建筑科學研究院抗震所用ANSYS對本工程進行了有限元法做局部分析。同時對轉(zhuǎn)換大梁采用在重力荷載下不考慮上部墻體共同作用的手算復核。11.轉(zhuǎn)換梁的剪力均控制在°」5卩丿/化;之內(nèi)，不設彎起筋，所有剪力由混凝土及箍筋承擔，箍‘RE筋最小面積含箍率取1.3/f，轉(zhuǎn)換梁的最小配筋率取0.6%以上。12?轉(zhuǎn)換梁的yv撓度控制在16°°之內(nèi)，以減少上部墻體因大梁變形而引起的附加應力。13?轉(zhuǎn)換梁上盡量不開洞，箱型梁需開洞時，洞邊應離支座1m以上，洞口四周應適當加強。14.轉(zhuǎn)換梁上部一層剪力墻上開洞應盡量在轉(zhuǎn)換梁剪力較小處，如不能做到，則該處轉(zhuǎn)換大梁及上部剪力墻該處洞口的連梁應適當加強，洞口外側(cè)短墻肢配筋適當加強。15?轉(zhuǎn)換層板取200mm厚，轉(zhuǎn)換層上下各一層板也應適當加厚。16.框支柱底層下端及轉(zhuǎn)換層上部的彎矩乘以1.8增大系數(shù)，各層柱剪力應乘以1.2增大系數(shù)，地震作用產(chǎn)生的柱軸力應乘以1.8增大系數(shù)。17.基本風壓：本工程的主體高度99.66m大于60m，根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》3.2.2“基本風壓應按照現(xiàn)行國家標準《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB5°°°9的規(guī)定采用。對于特別重要或?qū)︼L荷載比較敏感的高層建筑，其基本風壓按1°°年重現(xiàn)期的風壓值采用。”故基本風壓取0.95kN/m2。18.關于轉(zhuǎn)換層的建模根據(jù)《多層及高層結(jié)構(gòu)CAD軟件高級應用》，轉(zhuǎn)換大梁占有一層高度的，分析模型與構(gòu)件的配筋模型難以統(tǒng)一，必須采用不用的計算模型的兩次分析來解決問題。|(1)梁所占有的一層仍按一層輸入，大梁按剪力墻定義。此時可以正確分析整體結(jié)構(gòu)及構(gòu)件內(nèi)力，除大梁（用剪力墻輸入）的配筋不能用以下，其余構(gòu)件的配筋均能參考采用。（2）不把大梁作為一層輸入，即兩層合并為一層。大梁按當定義,—層高為兩之和。這種計算模型僅用于考察、計算大托梁受力、配筋，其余構(gòu)件及結(jié)構(gòu)整體分析的結(jié)果可以不用參考。層高的增加使柱的計算長度增加，此時程序自動考慮柱上端的剛域，變使結(jié)構(gòu)分析準確。也可以用FEQ進一步作轉(zhuǎn)換大梁的二次分析。根據(jù)根據(jù)中華人民共和國建設部令（第111號）《超限高層建筑工程抗震設防管理規(guī)定》第5條規(guī)定：在抗震設防區(qū)內(nèi)進行超限高層建筑工程的建設時，建設單位應當在初步設計階段向工程所在地的省、自治區(qū)、直轄市人民政府建設行政主管部門提出專項審查報告。根據(jù)以上要求，本工程在初步設計階段組織了進行抗震審查專家組提出了以下改進意見：1.由于嵌巖基礎，本設計一層地下室，其設計埋深可滿足要求。2.地下室底板與巖石澆在一起，要考慮混凝土徐變收縮與巖石不一致而帶來的混凝土開裂問題，并采取有效的防裂措施。3.地下室可不設縫，兩幢塔樓在±0.00以上再設縫。4.由于屬二次轉(zhuǎn)換（含±0.00處），應進行含地下室與不含地下室兩次計算，取內(nèi)力最大值進行框架梁柱的配筋，土0.00托墻梁需按轉(zhuǎn)換梁進行設計。5.許多短肢“一”字形墻宜按柱考慮防止平面外失穩(wěn)。6?±0.00處板厚已達200，可取消小次梁。7.轉(zhuǎn)換層以上兩，墻與板的配筋應適當加強。8.除了現(xiàn)有計算模型外，應再計算另一種模型，即轉(zhuǎn)換層計算高度取到箱體中部（梁高的一半，加上本層的層凈高），轉(zhuǎn)換層的上一層計算層高按實際層高取值。9.|要驗算懸挑部分的局部承壓，帶翼緣墻的墻中柱與墻端柱輸入時應把柱與墻分開，以確保柱計算配筋的準確性。|10?連梁剛度折減到0.55，折減過多，要考慮因連梁過早出現(xiàn)塑性鉸以及墻拱的作用減弱帶來的不利影響。11.整體結(jié)構(gòu)還可適當優(yōu)化，包括墻長、墻厚、混凝土等級與梁系等。12.應進行最不利方向地震作用的計算。三、計算結(jié)果分析根據(jù)超限審查要求，結(jié)構(gòu)采用2個符合結(jié)構(gòu)力學模型的程序進行計算，本次設計采用SATWE及TAT進行計算，考慮耦連，振型取18個，現(xiàn)以A樓為例取9個振型比較，比較結(jié)果見表一:。從以上兩種程序計算結(jié)果對比中可看出，兩種計算結(jié)果均滿足規(guī)范要求，且計算結(jié)果基本吻合，說明程序計算是可信的本工程結(jié)構(gòu)設計基本符合規(guī)范要求。根據(jù)抗震規(guī)范第5.1.2條要求，本工程又采用時程分析法進行了多遇地震下的補充計算，本次計算采用了三條波作為彈性時程分析，本次時程分析的三條地震波由中國建筑科學研究院廈門分院根據(jù)本場地情況提供，其計算結(jié)構(gòu)見表二、四。從時程分析結(jié)果中可以看出，最大樓層反應力在轉(zhuǎn)換層的位置突變，故對轉(zhuǎn)換層以及上、下一層做適當加強。

表一：A樓電算結(jié)果比較\計算程序計算內(nèi)容\SATWETAT自振周期周期X向側(cè)振Y向側(cè)振扭轉(zhuǎn)成分周期平動比例轉(zhuǎn)動比例T12.05900.020.980.001.94041.00T21.92090.970.020.011.77230.980.02T31.44770.030.000.971.23330.030.97T40.58970.910.080.010.54580.980.02T50.56020.070.910.010.52281.000.00T60.44450.040.010.960.39960.050.95T70.33620.970.020.010.30710.990.01T80.29310.010.970.010.27151.000.00T90.25410.220.010.770.22720.460.54扭轉(zhuǎn)周期與平動周期之比駢」447%0590二0?703<0?851=1'233^,9404二°636<°85有效質(zhì)量系數(shù)X向：94.44%Y向：93.80%X向：94.19%Y向：93.61%地震作用最大的方向34.447（度）75.675（度）X向地震作用下層間最大位移角及位移比1/15081.131/14511.13X向雙向地震作用下層間最大位移角及位移比1/15001/14471.131.13X向-5%偶然地震作用下層間最大位移角及位移比1/16351.091/14721.08X向+5%偶然地震作用下層間最大位移角及位移比1/13991.211/12941.22

Y向地震作用下層間取大位移角及位移比1/14321/16411.081.04Y向雙向地震作用下層間最大位移角及位移比1/14071/16101.071.04Y向-5%偶然地震作用下層間最大位移角及位移比1/13061/14331.231.24Y向+5%偶然地震作用下層間最大位移角及位移比1/14711.141/16221.26X向風荷載作用下的樓層最大位移1/16101.141/16961.13Y向風荷載作用下的樓層最大位移1/13191.051/14471.04基底剪重比Q/'G二2.79%>2.4%ox' eQ!G=2.74%>2.4%oy' eQ/G二2.87%>2.4%ox eQ/G二2.77%>2.4%oy' e轉(zhuǎn)換層上下側(cè)移剛度比X向：K/K=0.7964X106X20.09/(0.2上393X107X22.20)=0.3012X向：K.K上'下=0.1400X107/0.2498X107=0.6861Y向：K/K=0.7211X106X20.09/(0.3536X107X22.20)=0.1846Y向：K/K上.下=0.1290X107/0.3414X107=0.378框支柱最大軸壓比0.440.46表二：A樓時程分析結(jié)果比較計算程序計算內(nèi)容X向Y向X向地震作用下層間最大位移角結(jié)構(gòu)底部剪力時程分析底部剪力/反應譜底部剪力X向地震作用下層間最大位移角結(jié)構(gòu)底部剪力時程分析底部剪力/反應譜底部剪力振型分解反應譜法(SATWE)1/15089906.91/14329730.3彈性時程分析法USER11/102412971.61.311/113515358.11.58USER21/138110717.81.081/106512072.91.24USER41/104213907.61.401/89113069.21.34平均值1/114912532.31.271/103113500.11.39四、基礎設計本工程采用天然地基，基礎混凝土強度等級礎為C35,墊層為C15?；A置于③層中風化花崗巖層，地基承力特征值3000KPa。基礎埋深為6.4M,小于1/15,所以根據(jù)高規(guī)第12.1.7“基礎應有一定的埋置深度。在確定埋置深度時，應考慮建筑物的高度、體型、地基土質(zhì)、抗震設防烈度等因素。埋置深度可從室外地坪算至基礎底面，并宜符合下列要求：1天然地基或復合地基，可取房屋高度的1/15；2樁基礎，可取房屋高度的1/18(樁長不計入在內(nèi))。當建筑物采用巖石地基或采取有效措施時，在滿足地基承載力、穩(wěn)定性要求及本規(guī)程第12.1.6條規(guī)定的前提下，基礎埋深可不受本條第1、2兩款限制。當?shù)鼗赡墚a(chǎn)生滑移時，應采取有效的抗滑移措施?！钡囊髮ㄖ镞M行了穩(wěn)定性驗算：

N=812898kN抗傾覆彎矩M=1016468kN?MNM8128981016468+ =+A_W