复杂高层结构设计.doc

复杂高层结构设计(转换层结构)复杂高层建筑结构包括：带转换层的结构、带加强层的结构、错层结构、连体结构和多塔楼结构等。这些结构竖向布置不规则，传力途径复杂，有的工程平面布置也不规则。这里着重就宁波C区块单身公寓项目(5层转换)，建筑30层，高98.75米，5层裙房，谈谈转换层结构的设计浅见。就转换构件而言，有梁式转换、桁架转换、厚板转换、箱形转换等等。在目前的带转换层高层建筑结构中，梁式转换的应用最为广泛，从结构传力方式看，梁式转换层具有传力直接、明确和传力途径清楚的有点。转换梁具有受力性能好、工作可靠、构造简单和施工方便的优点，结构计算也相对容易，因此，工程实践中应用较多。转换结构的设计原则：1、减少转换；2、传力直接；3、强化下部、弱化上部；4、优化转换结构；5、计算全面准确。一、底部转换层的设置高度转换层位置较高时，易使框支剪力墙结构在转换层附近的刚度、内力发生突变，并易形成薄弱层，其抗震设计概念与底层框支剪力墙有一定的差别。转换层位置较高时，转换层下部的落地剪力墙与框支结构易于开裂和屈服。因此高规规定，对于部分框支剪力墙结构，转换层设置高度，8度区不宜超过3层，7度区不宜超过5层，6度时其层数可以适当增加。而对于底部带转换层的框架核心筒结构和外筒为密柱框架的筒中筒结构，由于其转换层上、下部结构的刚度突变不明显，转换层上、下内力传递途径的突变也小于框支剪力墙结构，转换层设置高度对这种结构的影响不如框支剪力墙结构严重，因此这种结构的转换层位置可以比框支剪力墙结构适当提高。当底部带转换层的筒中筒结构的外筒为由剪力墙组成的壁式框架时，其转换层上、下的刚度突变及内力传递突变的程度与框支剪力墙结构比较接近，其转换层设置高度的限制宜与框支剪力墙结构相同。二、转换层上、下刚度突变的控制带转换层高层建筑结构应使转换层下部结构的抗侧刚度接近转换层上部邻近结构的抗侧刚度，不发生明显的刚度突变，转换层结构不应设计成为柔弱层。在水平荷载作用下，当转换层上、下部结构侧向刚度相差较大时，会导致转换层上、下结构构件内力突变，促使部分构件提前破坏；当转换层位置相对较高时，这种内力突变会进一步加剧。因此，设计时应控制转换层上、下层结构的等效刚度比。实际上，在水平力作用下(静力)结构的层间变形角是否均匀是检查结构刚度是否均匀的最基本的要求，层间变形角可通过结构整体分析获得，结构抗侧刚度突变应当反映在层间变形曲线上。抗震设计时相邻两层的层间变形角之比值宜控制在0.71.4之间。刚度比的控制严格按照高规附录E 的规定，应该值得注意的是，在底部大空间层数大于1层时，其转换层上部与下部结构的等效侧向刚度比的计算模型的H1、H2高度的选取要正确。另外为防止出现转换层下部楼层刚度较大，而转换层本层的侧向刚度较小；此时，等效刚度比虽能满足限制，但转换层本层的侧向刚度过于柔软。故高规规定当转换层设置在3层及3层以上时，其楼层侧向刚度尚不应小于相邻楼层侧向刚度的60。在pkpm里这些都是可以实现的，多层及高层结构CAD软件高级应用P72页说明在控制此60时应采用“地震剪力与地震层间位移的比”的方法来比较控制刚度比。三、剪力墙、框支柱的布置落地剪力墙、筒体和框支柱的布置对防止转换层下部结构在地震中发生严重破坏或倒塌将起着十分重要的作用。必须特别注意落地剪力墙、筒体和框支柱的布置。为此，应采取措施防止转换层下部结构发生破坏。1、带转换层的筒体结构的内筒应全部上、下贯通落地并按刚度要求增加墙厚度；框支剪力墙结构要有足够的剪力墙上、下贯通落地并按刚度要求增加墙厚度。落地的横向剪力墙的数目与横向剪力墙总数目之比，非抗震设计时不宜小于30，抗震设计时不宜小于50。与建筑协调，争取尽可能多的剪力墙、筒体落地，且落地纵向、横向剪力墙最好成组布置，组合为落地筒体。加大落地剪力墙、筒体底部墙体的厚度，尽量增大落地剪力墙、筒体的截面面筋，尽量部开洞，开小洞。若需开洞，洞口宜布置在落地剪力墙、筒体墙体的中部。2、长矩形平面建筑中落地剪力墙的间距L宜符合以下规定：非抗震设计时：L3B且L36m抗震设计时：底部12层为框支层时：L2B且L24m底部为3层及3层以上框支层时：L1.5B且L20m其中，B楼盖宽度。3、落地剪力墙与相邻框支柱的距离，12框支层时不宜大于12m，3层及3层以上时不宜大于10m。4、框支层周围楼板不应错层布置，以防止框支柱因楼盖错层发生破坏。5、刚度比的控制。四、框支剪力墙结构的设计与构造要求1、转换构件的内力调整按照高规10.2.6、10.2.7调整。注意的是框支柱剪力调整后，应相应调整框支柱的弯矩及柱端梁(不包括转换梁)的剪力、弯矩，框支柱轴力可不调整。2、转换层楼板转换层楼板要将上部剪力墙的水平剪力传递到落地剪力墙上去，其自身平面内收到很大的剪力，楼板变形显著。因此，转换层楼板应采用现浇钢筋混凝土板，其厚度不宜小于180mm。转换层楼板混凝土强度等级不应低于C30，并应采用双层双向配筋，每层每方向贯通钢筋的配筋率不宜小于0.25，且在楼板边缘结合纵向框架梁或底部外纵墙予以加强，形成加配粗钢筋的边缘拉梁。部分框支剪力墙结构的框支层楼板剪力设计值，应符合下列要求：Vf0.1cfcbftf/REVffyAs/RE参高规10.2.18。不要在大空间范围内的楼板开洞，如果必须在大空间部分设置楼梯间、电梯间时，应采用钢筋混凝土剪力墙围成筒体。框支层楼板的边缘和较大洞口周边应设置边梁，其宽度不应小于板厚的2倍，纵向钢筋的配筋率不应小于1.0，钢筋接头宜采用机械连接或焊接，楼板的钢筋应锚固在边梁内。与转换层相邻楼层的楼板也应适当加强，楼板厚度不宜小于150mm，并宜双层双向配筋，每层每方向贯通钢筋配筋率不宜小于0.25%，且需在楼板边缘结合纵向框架梁或底部纵墙予以加强。3、框支梁当转换梁承托上部墙体满跨不开洞时，转换梁与上部墙体共同作用，其受力特征与破坏形态表现为深梁，此时转换梁的截面设计方法宜采用深梁截面设计方法或应力截面设计方法，且计算出的纵向钢筋应沿全梁高适当分布配置。由于此时转换梁跨中较大范围内的内力比较大，故底筋不宜截断和弯起，应全部伸入支座。当转换梁承托上部墙体满跨且开较多门窗洞或不满跨但剪力墙长度较大时，转换梁截面设计也宜采用深梁截面设计方法或应力截面设计方法，纵筋的布置则沿梁下部适当分布配置，且底筋不宜截断和弯起，应全部伸入支座。当转换梁承托上部墙体为小墙肢时，转换梁基本上可按普通梁的截面设计方法进行配筋计算，纵筋可按普通梁集中布置在转换梁的底部。1)、框支梁的截面尺寸。当上部框支剪力墙门窗洞口规则排列且位于框支梁跨中部区域时，框支梁与其上部墙体的共同作用较强。框支梁的截面尺寸是根据其抗剪承载力要求决定的，抗弯对截面的要求并不是控制因素。框支梁截面组合的最大剪力设计值应符合下列要求：框支梁上部剪力墙满跨时：非抗震：Vb0.25cfcbbhb0抗震： Vb0.20cfcbbhb0/RE框支梁上部剪力墙不满跨时：非抗震：Vb0.2cfcbbhb0抗震： Vb0.15cfcbbhb0/RE框支梁可采用加腋梁(水平加腋、垂直加腋)，一方面可保证框支梁的抗剪承载力，另一方面也可有效的降低其截面尺寸，增加建筑物的使用空间。2)、框支层一般梁的剪力增大系数同一般框架梁，即特一级、一级、二级抗震设计时，梁端部截面组合剪力增大系数vb分布取1.43、1.3、1.2。3)、框支梁不宜开洞。若需开洞，洞口位置宜远离框支柱边，位于梁中和轴附近。a、当洞口直径(或洞口宽度、高度中的大者) hb/4时，可采取洞口加筋、洞边加网片予以构造加强。当洞口直径hb/4时，开洞位置需位于跨中ln/2区段，且洞口上下部按上下弦杆进行加强配筋。当洞口直径hb/3时，需进行专门有限元分析，根据计算应力设计值进行配筋。为减少矩形洞口角部应力集中，可将洞口直角改为圆角或洞口角部加腋角。b、洞口上、下弦杆内力计算。c、洞口上、下弦杆必须采用加强措施，箍筋要加密，以增大其抗剪能力。上、下弦杆箍筋计算时宜将剪力设计值乘放大系数1.2。当洞口内力较大时，可采用型钢构件来加强。4)、框支梁的设计构造(详高规)5)、转换梁腰筋构造要求如下表，表中上下部分以梁高中点为分界。转换梁腰筋尚应满足要求：AshSbw(x-ft)/fyh所在范围抗震设计非抗震设计特一、一级二级三级下部220100218100216100212100上部220200218200216200212200转换梁腰筋构造要求4、框支柱1)、地震作用下框支柱内力调整。剪力调整强剪弱弯弯矩调整强柱弱梁轴力调整控制轴压比、剪压比2)、截面尺寸、构造措施详高规值得注意的框支柱钢筋能伸入上部墙体的钢筋尽量伸入墙体，不能伸入墙体的钢筋在梁内锚固。框支柱节点区水平箍筋原则上可同框支柱箍筋配置，但当框支梁腰筋配置及拉筋可靠锚固时，可按下列要求设置水平箍筋、拉筋：抗震等级一级时，不小于12100,且需将每根柱纵筋勾住；抗震等级二级时，不小于10100,且需至少将柱纵筋每隔一根勾住；5、框支梁上部剪力墙、筒体1)、上部剪力墙、筒体布置时，应注意其整体空间的完整性和延性，注意外墙尽量设置转角翼缘，注意门窗洞尽量居于框支梁跨中，应尽量避免无连梁相连的延性较差的秃墙。需满足轴压比限制。2)、振动台试验表明，底部带转换层的高层建筑结构中，当转换层位置较高时，落地剪力墙往往从其墙底部到转换层以上12层范围内出现裂缝，同时转换构件上部的12层剪力墙也经常出现裂缝或局部破坏。因此，框支梁上部剪力墙、筒体的底部加强部位范围取转换构件上两层。3)、框支梁上一层剪力墙配筋应满足下列要求：a、柱上墙体的端部纵筋As：As=hcbw(01-fc)/fyb、柱边0.2ln宽度范围内的竖向分布钢筋Asw:Asw= 0.2lnbw(02-fc)/fywc、框支梁上方0.2ln高度范围内水平钢筋Ash:Ash=0.2lnbwx,max/fyh有地震作用组合时，01、02、x,max均应乘以RE，RE0.85。框支梁相邻上层剪力墙配筋4)、框支梁上部的墙体开有边洞口时，洞边墙体宜设置翼缘墙、端柱或加厚，并应按规程有关约束边缘构件的要求进行配筋设计。当洞口靠近框支梁端部且梁的受剪承载力不满足要求时，可采取框支梁加腋或增大墙洞口连梁刚度等措施。5)、框支梁上部墙体竖向钢筋在转换梁内的锚固长度，抗震设计不应小于laE，非抗震设计时不应小于la。锚固长度自框支梁顶面起计，且末端另加水平弯脚10d。6)、转换梁与其上部墙体的水平施工缝处的抗滑移能力宜符合下列要求：Vwj(0.6fyAs+0.8N)/RE6、落地剪力墙、筒体1)、振动台试验表明，底部带转换层的高层建筑结构，当转换层位置较高时，落地剪力墙往往从其墙底部转换层以上12层范围内出现裂缝，同时转换构件上部的12层剪力墙也出现裂缝或局部破坏。因此，落地剪力墙、筒体底部加强部位的高度可取框支层加上框支层以上二层及墙肢总高度的1/8二者的较大值。2)、地震作用下落地剪力墙、筒体内力调整。3)、部分框支剪力墙结构，剪力墙底部加强部位墙体的水平和竖向分布钢筋最小配筋率，抗震设计时不应小于0.3，非抗震设计时不应小于0.25；抗震设计时钢筋间距不应大于200mm，钢筋直径不应小于8mm。4)、落地剪力墙、筒体截面限制条件。落地剪力墙的墙肢不宜出现偏心受拉。5)、落地剪力墙、筒体宜均匀设置，满足间距要求。6)、落地剪力墙、筒体应设置约束边缘构件。7)、当地基土较弱或基础刚度和整体性较差，在地震作用下剪力墙基础可能产生较大的转动，对框支剪力墙结构的内力和位移均会产生不离的影响。因此落地剪力墙基础应具有良好的整体性和抗转动的能力。8)、有抗震设防的落地双肢剪力墙，当抗震等级为特一级、一级、二级，且轴向压应力0.2fc及剪应力0.15fc时，为了防止剪切滑移，在墙肢根部可设置交叉斜向钢筋。五、转换层结构的施工为保证转换层结构有足够的承载力和刚度，致使转换层结构的截面尺寸不可避免的高而大。转换层结构的连续施工强度大，有的施工过程复杂，有一定的难度等。应根据实际情况和转换层的特点，合理选择转换层结构的模板支撑方案，确定模板支撑的布置方式，考虑支撑的布置和拆除次序对转换层结构的下部楼板或梁的承载力的影响。一般情况下，转换层的混凝土自重以及施工荷载使非常大的，而着又是结构设计中未能考虑的附加荷载。设计阶段未能考虑到转换层的施工方案，往往需要待施工阶段才去采取相应的措施来修改相关构件的设计。因此在结构设计阶段应考虑转换结构的施工支撑和拆除方案，建立符合实际的力学分析模型，以达设计与施工的统一。参考文献1、特殊和复杂高层建筑结构设计 唐兴荣 机械工业出版社2、高层建筑转换层结构设计与施工 唐兴荣 中国建筑工业出版社3、多高层钢筋混凝土结构设计中疑难问题的处理及算例 李国胜 中国建筑工业出版社4、全国民用建筑工程设计技术措施结构 中国计划出版社5、北京市建筑设计技术细则结构专业 北京市建筑设计标准化办公室6、PKPM 多层及高层结构CAD软件高级应用 中国建筑工业出版社7、多层及高层钢筋混凝土结构设计释疑及工程实例 张维斌 中国建筑工业出版社8、高层建筑混凝土结构技术规程 中国建筑工业出版社9、建筑抗震设计规范中国建筑工业出版社10、高层建筑钢筋混凝土结构概念设计 方鄂华 机械工业出版社11、高层建筑结构概念设计 高立人 方鄂华 钱稼茹 中国计划出版社12、复杂高层建筑结构设计 徐培福 傅学怡 王翠坤 肖从真 中国建筑工业出版社设计体会： 1、 框支梁上部墙体超筋；2、 框支梁刚度不一定越大越好；剪力控制。3、 箱形转换的设计思路；4、 转换层既是薄弱层，不要误认为主要楼层侧向刚度满足规程要求，该楼层就不是薄弱层，转换层应当按薄弱层设计。5、 复杂高层周期比严格控制在0.85之内。超限高层抗震设计经过一起的努力，温州项目出去了桩位图，就温州项目简单介绍一下超限高层的一些注意点，不妥之处恳请指正。首先严格对照建设部文件建质2006220号的内容及其附录一的表格，尤其注意表一的小字的注释比较重要。推荐吕西林超限高层建筑工程抗震设计指南一书，关于建筑物的规则性超限的判定及超限程度的控制诠释的比较全面。还有对抗震构造措施等等方面也有比较详细的介绍，例如对于常见的楼板板厚的加强，我们一般取多少才算加强呢？这里提到了，一般按加厚20mm处理。设计中应注意的一些问题：1、前期阶段（方案、扩初） 把握好概念性设计。需要注意的是和建筑、设备等工种配合的时候，对于计算的参数一定