浅析框架_核心筒结构设计中的几个问题

第 26卷第 4期 2010年 8月 结 　构 　工 　程 　师 Structural Engineers Vol. 26, No. 4 Aug. 2010 收稿日期 : 2010 - 03 - 103 联系作者 , Email: guchengdong@163. com 浅析框架 -核心筒结构 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 中的几个问题 洪婷婷 3 (上海工程勘察设计有限公司 ,上海 200120) 摘 　要 　某新建办公楼总高 90 m ,采用框架 - 核心筒结构。考虑到安全储备 ,严格按照考虑双向 地震 (X向 , Y向 )框架部分承受的地震倾覆力矩均小于 50%进行设计 ;地下室顶板在满足嵌固的构 造及刚度比要求的条件下 ,模型建立时计入地下室作整体分析 ,所得周期及位移比参数相比把地下室 当作大底板更接近于实际情况 ;最后通过底部剪力墙截面面积与楼面面积之比判断剪力墙数量的合 理性。 关键词 　框架 -核心筒 , 倾覆力矩 , 剪力墙截面面积 , 合理性 Analysis of Some Issues for Design of Frame2Shear ing Wall Structures HONG Tingting3 ( Shanghai A rchitectural and Engineering Consultants Co. , L td. Shanghai 200120, China) Abstract　Some issues on design of frame2shear wall structures based on an actual building p roject case are discussed. For the safety purpose, the seism ic overturning moments in X and Y direction beared by frames are less than 50% for the studied case. Under the condition of the fixed condition of basement floor slab and the condition that the stiffness ratio are satisfied, the calculated periods and disp lacement ratios will be more accurate than the model without the basement structures when the basement structures can be added into the whole building calculation model. Finally the rationality of the structural design can be assessed by checking the ratio of shear2wall cross2sectional area to the floor area. Keywords 　 frame2shearing wall structure, seism ic overturning moment, shear2wall cross2sectional area, rationality 　　随着我国国民经济不断发展 ,对高层建筑的 需求愈来愈大 ,高层建筑的应用愈来愈广泛 ,结构 的形式也多种多样 [ 1 ]。框架 - 剪力墙结构由框 架和剪力墙两种不同的抗侧力结构组成 ,由于剪 力墙的抗侧刚度比框架的抗侧刚度大得多 ,故它 们的协同作用既可以提供整体结构较大的抗侧 力 ,也利用了框架结构可以提供较大空间的优越 性 [ 2 ]。因此这种结构体系整体性好、刚度大、侧 向变形小、抗震性能好 ,易于满足高层结构中现行 国家 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 限定值要求 [ 3 ]而得到广泛应用。下面 结合工程实例 ,简单介绍某框架 - 核心筒结构设 计中的几个问题。 1　工程概况 上海某新建办公楼 ,建筑占地面积 2 044. 9 m 2 ,建筑总面积 30 894. 58 m2 ,地下 3层 ,地上办 公楼 24层 (总高度 90. 400 m ) , 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 层平面图详 见图 1。办公楼因需要大开间采用框架 - 核心筒 结构 ,底层层高为 4. 8 m,其余层高均为 3. 65 m。 高度为 A级 ,抗震设防 7度 ,设计地震分组第一 组 ,设计加速度 0. 1 g,建筑结构安全等级二级 ,抗 震设防类别为丙类 ,场地土类别 Ⅳ类 ,特征周期 0. 9 s,剪力墙抗震等级二级 ,框架抗震等级二级。 图 1　标准层平面图 Fig. 1　Typ ical floor p lan 2　计算分析 办公楼剪力墙底部加强部位墙厚 350 mm,框 架柱底 1 100 mm ×1 000 mm,底部混凝土强度 等级 C50,底部加强部位结构布置见图 2。经 过 SATW E计算结构中框架柱承担倾覆力矩见 表 1。 图 2　底部加强部位结构布置图 Fig. 2　Bottom structural strengthening layout ·61·Structural Engineers Vol. 26, No. 4 Study of Design Method　 　表 1 框架柱承担倾覆力矩 　Table 1 Se ism ic overturn ing m om en ts beared by fram es 所在层数 柱倾覆弯矩 (X向地震 ) / ( kN·m) 墙倾覆弯矩 (X向 地震 ) / ( kN·m) 柱倾覆弯矩 百分比 / % 柱倾覆弯矩 ( Y向 地震 ) / ( kN·m) 墙倾覆弯矩 ( Y向 地震 ) / ( kN·m) 柱倾覆弯矩 百分比 /% 27 20. 3 2741. 8 0. 74 76. 7 1 168. 8 6. 16 26 1 735. 8 6 004. 4 22. 43 3 496. 6 3 877. 1 47. 42 25 3 592. 2 10 941. 0 24. 72 6 591. 7 8 281. 4 44. 32 24 7 565. 0 16 166. 2 31. 88 13 586. 4 12 861. 6 51. 37 23 11 639. 3 23 448. 2 33. 17 19 898. 0 19 688. 5 50. 26 22 16 280. 0 32 882. 8 33. 11 26 729. 1 28 595. 8 48. 31 21 21 286. 3 43 945. 9 32. 63 33 770. 8 39 368. 5 46. 17 20 27 134. 3 56 026. 8 32. 63 41 571. 5 51 641. 7 44. 60 19 35 359. 4 67 949. 8 34. 23 52 479. 8 62 605. 6 45. 60 18 43 517. 4 81 408. 7 34. 83 62 902. 7 75 610. 6 45. 41 17 52 098. 8 95 974. 7 35. 18 73 604. 6 89 859. 1 45. 03 16 60 924. 8 111 683. 1 35. 30 84 317. 2 105 577. 4 44. 40 15 70 000. 7 128 606. 9 35. 25 95 301. 8 122 443. 9 43. 77 14 78 449. 8 146 998. 5 34. 80 106 335. 9 140 140. 2 43. 14 13 88 262. 5 165 453. 2 34. 79 118 896. 4 157 374. 9 43. 04 12 97 872. 6 185 316. 2 34. 56 130 895. 7 176 612. 4 42. 57 11 107 686. 5 206 129. 2 34. 32 142 744. 7 197 424. 7 41. 96 10 117 598. 1 227 897. 7 34. 04 154 243. 9 219 922. 9 41. 22 9 127 462. 5 250 650. 5 33. 71 165 374. 9 244 050. 9 40. 39 8 137 316. 2 274 174. 5 33. 37 175 932. 8 269 996. 3 39. 45 7 147 145. 7 300 038. 7 32. 90 185 505. 3 300 060. 3 38. 20 6 157 251. 3 326 043. 9 32. 54 194 876. 3 331 549. 0 37. 02 5 166 466. 5 353 276. 3 32. 03 201 295. 5 366 830. 8 35. 43 4 181 938. 3 385 933. 6 32. 04 214 465. 7 407 209. 8 34. 50 3 202 332. 4 402 980. 6 33. 43 237 262. 9 419 406. 2 36. 13 2 204 043. 8 411 400. 9 33. 15 238 909. 3 435 151. 9 35. 44 1 204 591. 5 415 821. 5 32. 98 239 240. 5 444 258. 3 35. 00 　　表中可以看出 ,柱承担的倾覆弯矩随着楼层 加高 ,逐渐增大。 Y向在 23层左右达到最大值 , 23层以上又逐渐减少 ; X 向在 16层左右达到最 大值 , 16层以上减少。并且 , X向在 20层以上出 现柱承担的倾覆弯矩大于 50% [ 4 ]。《高层建筑混 凝土结构技术规程 》8. 1. 3提出 ,在对框架 - 剪力 墙结构作抗震设计时 ,在基本振型地震作用下 ,框 架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆 力矩的 50% ,其框架部分的抗震等级应按框架结 构采用 ,柱轴压比限制宜按框架结构的规定采用 , 其最大适用高度和高宽比限值可比框架结构适当 增加。经过分析 ,在水平荷载作用下 ,框架结构的 侧向变形曲线以剪切型为主 ,而剪力墙的变形则 以弯曲型为主 ,由于两者是受力性能不同的两种 结构 ,因而两者之间需要通过楼板的协同工 作 [ 5 ]。由于楼板平面内刚度很大 (计算中假定为 无限刚度 ) ,因此在同一楼板处必有相同位移 ,这 形成了框架 - 剪力墙结构特有的变形曲线 ,呈反 S形的弯剪型变形曲线 (图 3 ) [ 6 , 7 ] ,框架下部位移 增长迅速 ,上部增长较慢 ,剪力墙则与之相反。在 框 - 剪结构下部 ,侧移较小的剪力墙对框架提供 帮助 ,墙把框架向左边拉 ,框架 - 剪力墙的侧移比 框架单独侧移小 ,比剪力墙单独侧移大 ;而上部 , 框架又可以对剪力墙提供支持 ,即框架把墙向左 边推 ,其侧移比框架单独侧移大 ,比剪力墙单独侧 移小。所以上部框架相对下部承担的倾覆弯矩较 大 ,考虑到本设计楼层较高 ,且现行规范未明确说 明当柱承担的倾覆力矩大于 50%时 ,适用高度的 ·71··设计 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 研究 · 结构工程师第 26卷第 4期　 控制要求 ,所以又增加了墙体 ,增加了剪力墙的刚 度 ,以满足柱承担的倾覆力矩小于 50%。经过调 整的框架柱的地震倾覆弯矩百分比见表 2。 图 3　框架、剪力墙和框架 - 剪力墙的侧移 Fig. 3　D rift of frame, shear wall and frame2shearing wall 　表 2 框架柱地震倾覆弯矩百分比 　Table 2 Se ism ic overturn ing m om en ts beared by fram es 所在层数 柱倾覆弯矩 (X向地震 ) / ( kN·m) 墙倾覆弯矩 (X向 地震 ) / ( kN·m) 柱倾覆弯矩 百分比 / % 柱倾覆弯矩 ( Y向 地震 ) / ( kN·m) 墙倾覆弯矩 ( Y向 地震 ) / ( kN·m) 柱倾覆弯矩 百分比 /% 27 20. 6 2 535. 7 0. 81 74. 7 1 000. 8 6. 94 26 2 674. 1 7 265. 5 26. 90 3 566. 9 5 191. 1 40. 73 25 5 508. 6 14 573. 4 27. 43 6 741. 4 11 640. 0 36. 68 24 11 514. 1 22 209. 7 34. 14 13 913. 6 18 693. 0 42. 67 23 15 640. 9 29 537. 3 34. 62 20 159. 0 25 476. 6 44. 17 22 20 328. 0 38 407. 5 34. 61 26 916. 3 33 742. 7 44. 37 21 25 369. 9 48 458. 8 34. 36 33 882. 5 42 556. 9 44. 33 20 31 256. 6 58 938. 8 34. 65 41 605. 4 54 134. 5 43. 46 19 39 546. 4 69 693. 0 36. 20 52 448. 1 64 025. 4 45. 03 18 47 756. 5 82 437. 2 36. 68 62 823. 5 76 157. 2 45. 20 17 56 393. 6 96 214. 5 36. 95 73 506. 1 89 354. 9 45. 13 16 65 277. 3 111 073. 8 37. 02 84 233. 7 103 837. 4 44. 79 15 74 432. 7 127 056. 1 36. 94 95 298. 0 119 303. 2 44. 41 14 83 015. 3 144 399. 5 36. 50 106 470. 5 135 576. 2 43. 99 13 93 001. 1 161 768. 3 36. 50 119 263. 1 151 204. 1 44. 10 12 102 803. 8 180 510. 3 36. 29 131 593. 0 168 679. 0 43. 82 11 112 842. 9 200 186. 0 36. 05 143 894. 7 187 571. 5 43. 41 10 123 016. 2 220 814. 2 35. 78 155 983. 0 207 996. 7 42. 85 9 133 230. 5 242 406. 7 35. 47 167 917. 5 229 846. 3 42. 22 8 143 504. 3 264 783. 8 35. 15 179 497. 7 253 215. 7 41. 48 7 153 654. 0 289 604. 8 34. 66 190 089. 1 280 134. 2 40. 43 6 201 055. 9 308 042. 4 39. 49 201 055. 9 308 042. 4 39. 49 5 174 040. 9 340 795. 0 33. 81 209 717. 8 339 504. 6 38. 18 4 192 856. 0 369 309. 5 34. 31 227 707. 1 371 344. 9 38. 01 3 202 332. 4 402 980. 6 33. 43 237 262. 9 419 406. 2 36. 13 2 204 043. 8 411 400. 9 33. 15 238 909. 3 435 151. 9 35. 44 1 204 591. 5 415 821. 5 32. 98 239 240. 5 444 258. 3 35. 00 　　由表 2可见 ,虽然柱倾覆弯矩百分比的变化 趋势同表 1接近 ,但是最大的柱倾覆弯矩百分比 ·81·Structural Engineers Vol. 26, No. 4 Study of Design Method　 小于 50% ,满足较严格的规范要求。 3　带地下室与不带地下室模型周期及位 移比较 考虑地下室顶板嵌固 (设计满足构造要求及 侧向刚度比等要求 ) ,按带地下室与不带地下室 的计算结果表明 ,周期、最大层间位移角及位移比 等参数差别较大 ,见表 3与表 4。地下室顶板虽 然嵌固 ,但仅限制了位移 ,梁柱之间的转角还是存 在的。不带地下室相当于把地下室当作刚性基 础 ,其实是不合理的。而只有基础是箱形基础 ,或 者地下室墙体较多 ,不带地下室与带地下室计算 结果才比较接近。此次设计采用带地下室模型 , 更接近真实情况。 　表 3 模型周期比较 　Table 3 Com par ison of m odel per iods 带地下室模型周期 (地下 3层 ,地上 24层 ) 振型号 周期 / s 转角 平动系数 / (X + Y) 扭转系数 1 2. 204 2 88. 50 1. 00 (0. 00 + 1. 00 ) 0. 00 2 2. 079 9 177. 03 0. 63 (0. 63 + 0. 00 ) 0. 37 3 1. 928 9 1. 06 0. 37 (0. 37 + 0. 00 ) 0. 63 不带地下室模型周期 (地下室顶板嵌固 ,地上 24层 ) 1 2. 050 6 84. 23 0. 99 (0. 01 + 0. 98 ) 0. 01 2 2. 004 3 167. 00 0. 54 (0. 52 + 0. 02 ) 0. 46 3 1. 841 7 0. 55 0. 44 (0. 44 + 0. 00 ) 0. 56 　　框架 - 剪力墙结构合理周期 T = ( 0. 08 - 0. 12 ) n[ 8 ] ( n为层数 ) ,此次设计在合理周期范 围内。 　表 4 模型位移比较 　Table 4　Com par ison of m odel d isplacem en t 带地下室模型位移比 (地下 3层 ,地上 24层 ) 地震 方向 最大层间 位移角 所在 层数 最大水平位移和 层间位移比 X方向地震 1 / 886 16 < 1. 2 X双向地震 1 / 886 16 < 1. 2 Y方向地震 1 / 894 16 < 1. 2 Y双向地震 1 / 844 16 < 1. 2 不带地下室模型位移比 (地下室顶板嵌固 ,地上 24层 ) X方向地震 1 / 958 13 < 1. 2 X双向地震 1 / 956 13 < 1. 2 Y方向地震 1 / 928 13 < 1. 2 Y双向地震 1 / 866 13 < 1. 2 4　办公楼剪力墙数量的合理性 框剪结构中剪力墙若配得太少 ,对抵抗风荷 载及地震作用的帮助很小 ;但若配得太多 ,又增加 了 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 用量 ,增加了结构自重 ,增大了地震作用效 应 ,也是没有必要的。根据国内已建大量框架 - 剪力墙结构建筑 ,其底部剪力墙截面总面积与楼 面面积之比 (Aw + Ac ) /Af 为 3% ～5% , Aw /Af 为 1. 5% ～2. 5% [ 6 ] ,这样是比较合理的。 本次设计 , Aw = 18. 31 m2 , Ac = 17. 84 m2 , Af = 965 m2 , (Aw +Ac ) /Af = 3. 75% , Aw /Af = 1. 90%。 两个参数均在较为合理的范围 ,可以判断剪 力墙的数量较为合理。 5　结 　论 (1) 框架 -核心筒结构柱承受的倾覆弯矩在 中部偏大 ,这是框架 -核心筒协同工作的结果 ,建 议在较复杂和较高的结构中 ,适当增加剪力墙面 积 ,增加剪力墙承担的倾覆弯矩。 (2) 高层结构若地下室顶板作为嵌固 ,最好 在建模时将地下室合并考虑 ,这样得出的周期、位 移比以及位移结果更接近真实情况。 (3) 通过比较整个结构的周期与层数的关系 以及剪力墙的面积和整个楼面面积之比 ,可以简 便判断剪力墙布置数量的合理性。 参考文献 [ 1 ]　畅君文 .建筑结构设计若干问题的认识 [ J ]. 结构工 程师 , 2004, 20 (4) : 127. 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