某L形超限高层框剪结构的抗震设计加强措施

2020-09-14 12:24:19 中国房地产业·上旬 2020年9期

【摘要】结合某超限高层的结构设计实例,对项目的具体工程概况以及结构超限判断进行了介绍与分析,并根据本项目的超限情况及软件计算结果,提出了具有针对性的抗震加强措施以及对墙、柱、梁和板的抗震加强设计方法,并对一些共性问题进行了总结与探讨。

【关键词】超限高层;超限判断;框剪结构;抗震加强措施

随着全世界经济水平、建筑结构设计分析方法以及施工技术手段的不断进步和发展,现代建筑逐渐的呈现出超高化、形体多样化和功能复杂化的特点,越来越多的超限高层建筑应运而生。在高层建筑的设计过程中,抗震设计一直都是结构设计中的一个主要目标,也是一个工程设计过程中的重点、难点。特别是针对超限高层的抗震设计,建设部在2002年就发布了111号令《超限高层建筑工程抗震设防管理规定》,明确了在抗震设防区内的超限高层项目需提交结构抗震设防设计论证报告。报告须对结构的超限情况进行判断分析,同时给出不同计算软件在各种地震作用下的计算分析结果,并针对性的提出抗震加强措施,这些给当代结构设计师带来了新的难点与挑战。本文将结合具体工程实例对上述要点进行阐述与分析。

1、工程概况

某超高层酒店总建筑面积约3.7万m2,主楼地上31层,地下2层,地上部分1-2层为商业裙房,3-31层为酒店,地下室为两层车库。建筑高度为139.6m,屋顶构架结构顶标高达到151.5m,地上部分各层层高均为4.5m,地下室两层层高分别为5.2m、3.5m,基础埋深约为9.0m。

本工程结构形式为框架-剪力墙结构,设计使用年限为50年,建筑安全等级为二级,建筑抗震设防分类为丙类,抗震设防烈度为6度,设计地震分组为第一组,场地類别为II类,设计基本加速度值为0.05g,场地特征周期为0.35s,框架及剪力墙抗震等级均为二级,整体计算嵌固端为地下室顶板。

本工程地上平面呈内角为115度的L形,典型平面柱网为4.8mX6.7m及7.0mX7.9m,结构布置详见图1。其中二层平面L形拐角处因酒店大堂要求通高大空间而导致大范围楼板开洞且无框架梁拉结;标准层因酒店房间功能单一,故除开拐角处、两个核心筒、两侧山墙面布置有剪力墙外,其余均为框架+整跨楼板。

(a) 二层结构布置平面

(b) 标准层结构布置平面

2、结构超限分析判断

本超高层酒店采用框架-剪力墙结构体系,其抗侧力体系主要由剪力墙形成第一道防线,混凝土柱形成第二道防线,水平设置连梁和框架梁形成主要耗能体系。酒店标准层平面尺寸为(41.5m+35.0m)x17.5m,结构高宽比约为5.46(按最不利等效宽度25.57m计算),结构高度139.6m大于130m,即超过规范规定的钢筋混凝土框剪结构的A级高度限值,属于B级高度高层。

根据YJK2.0.3模型计算结果,结合建质[2015]67号《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》中的条文规定,结构考虑偶然偏心的扭转位移比为1.39>1.2;L形的平面形状导致偏心率大于0.15、平面凹凸尺寸大于相应边长的30%;二层拐角处的门厅大堂开洞和电梯井洞太近,导致拐角处楼板有效宽度小于50%;同时二层的门厅大堂开洞也产生了局部的穿层柱。

综上所述,本结构存在:1a扭转不规则、1b偏心布置、2a凹凸不规则、3楼板不连续以及7局部穿层柱的问题,同时具有I类超限分类表中四项不规则,属于B级高度超限高层结构。

3、抗震加强措施

针对本工程的超限情况以及结构布置,在结构抗震设计中,采取了多项加强措施以提高重要构件及节点等的设计标准。

3.1 针对二道防线的措施

本工程剪力墙作为结构抗侧力的第一道防线,第二道防线为钢筋混凝土柱与外框钢筋混凝土梁组成的钢筋混凝土框架,为保证第二道防线的可靠性,采取如下措施:

(1)在尽可能控制经济性能并不影响建筑功能的前提下,采取控制柱轴压比、增大柱截面与加大外框梁截面的方式以提高外框架的抗侧刚度,增加外框架的剪力分担比。

(2)通过框架剪力按0.2V0与1.5Vf,max调整的方式,提高外框柱强度储备,保证二道防线安全。

3.2 针对剪力墙的加强措施

为增强剪力墙的受力性能,改善剪力墙的延性,采取如下措施:

(1)严格控制加强区墙体在重力荷载代表值下的轴压比在0.6以下,对楼板洞口周边的剪力墙适当加厚。

(2)在较长墙肢中设置结构洞口,以减小单片墙肢的长度和刚度。

(3)底部加强区域内,提高角部墙体的约束边缘构件配筋率,提高加强区墙体的承载力和延性。

(4)严格控制剪力墙截面的剪应力水平,适当提高底部加强区剪力墙水平钢筋的配筋率,以提高剪力墙的抗剪承载力。

(5)底部楼板洞口周边剪力墙加强平面外墙肢约束,以提高其墙体稳定能力。

(6)在不影响建筑功能的情况下,剪力墙设置边框柱,并安规范要求设置暗梁。

3.3 针对外框柱的加强措施

(1)在尽可能控制经济性能并不影响建筑功能的前提下,适当加大柱的截面,特别是楼板开洞周边的框架柱,严格控制抗剪截面控制条件。

(2)严格控制柱在地震作用下的轴压比,同时控制框架柱截面的剪应力水平。

(3)底部加强区的框架柱适当提高纵向钢筋的截面面积(不小于柱截面面积的1.0%),增加框架柱刚度。

(4)越层柱全部采用加芯柱的钢筋混凝土柱,适当提高芯柱的配筋率,并严格控制其重力荷载代表值下的轴压比,适当提高越层柱箍筋的配筋率,对箍筋全高加密处理。

3.4 针对楼板的加强措施

(1)适当增加中庭大堂洞口周边相关区域及相邻层楼板厚度和配筋率,并采用双层双向配筋加强、增设放射筋及角筋等加强措施。

(2)对电梯井前室、拐角部位楼板适当加厚,并采用现浇混凝土和双层双向配筋加强。

(3)地下室顶板作为嵌固端,板厚不小于180mm,配筋双层双向且配筋率不小于0.25%。

(4)中间拐角部位楼板厚度和配筋适当加强,特别是在L形平面内凹角部位增設结构板,并加强构造处理。

3.5 针对框架梁的加强措施

(1)二层中庭洞口外边框梁在大震下可能存在全截面受拉,故采取增大截面尺寸、梁全长通长配筋、箍筋全长加密的措施。

(2)标准层外框梁受扭严重,采取箍筋全长加密和设置抗扭腰筋的措施增强其抗扭能力。

(3)屋顶构架层高度较高,且无楼板拉结,鞭梢效应较大,采用增强框架配筋率、钢筋采用机械连接的措施。

3.6 针对偏心布置的加强措施

主楼平面不规则,中部剪力墙主要集中在楼梯与电梯间一侧,层偏心率大于0.15,采取如下加强措施:

(1)计算计入扭转影响,严格控制在规定的水平力及偶然偏心作用下楼层两端弹性水平位移(或层间位移)的最大值与其平均值的比值大于1.5。

(2)适当增加外框梁刚度和少墙侧框架柱截面及配筋。

结语:

从上述对本工程的超限判定和抗震加强措施中,我们不难发现一些共性的问题和解决方法:

(1)对总高较高(如B级高度)的框架-剪力墙结构,底部加强区竖向构件的承载力及延性至关重要,一般都需要严控轴压比、适当加大配筋等方式来加强处理;同时还要通过长墙开洞及加大柱刚度等方式来合理调节墙与柱的剪力分担,确保第一道防线的同时加强第二道防线。

(2)对平面呈L形的异形结构,往往都存在偏心布置及凹凸不规则的问题,计算过程中周期及位移等指标也较难算过,此时可在L形两端设剪力墙、加强拐角处楼板以及适当提高外框架刚度。

(3)对于楼板不连续及楼板开大洞的位置,则可通过加强洞口周边所有构件刚度、加大相邻楼层相同位置的板厚及配筋等方式来处理。

参考文献:

[1]吕西林.超限高层建筑工程抗震设计指南[M].同济大学出版社,2009.

[2]王微.超限高层建筑工程抗震设计中的若干问题[J].工程技术(文摘版),2016(24):00030-00030.

[3]JGJ3-2010 高层建筑混凝土结构技术规程[S].

作者简介:

周扬(1988-),男,汉族,湖南长沙,硕士研究生,工程师,主要从事结构设计工作。