框支转换结构设计总结

1、一个框支转换结构设计的总结之一转2009-05-23 13:13新市场项目结构设计结果的总结一，工程概况：新市场改造项目由xx市xx房地产开发公司在xx市平原路西段路北建造。一类商住楼，地上二层裙房为商业，地下一层主要布置设备用房和商业。6栋塔楼在标高为±0.000处连为一块，地上十七层，地下一层。总面积九万平方米，其中6栋塔楼五万多平方米。建筑高度52.25m。目前4#、5#、6#已经施工三层，1#、2#、3#基坑正在开挖。二，方案阶段结构设计的原则：(1).化繁为简(2).对采用的措施找到权威依据方案阶段按以上两原则：根据甲方意图，通过在标高为±0.000以上部位设缝，

2、将一个很不规则的平面简化。问题1：地下室连为一体，是否属于高规多塔结构。很多书本均有解释，比较权威的是采用黄小坤高规若干问题解说。明确了不为多塔结构。问题2：标高为0.000处作为嵌固端确定。根据抗规和高规均要求采用剪切刚度计算，但是甲方不同意塔下剪力墙过多。参考高层建筑箱形与筏形基础技术规程.2条，满足1.5倍即可。其次上海规程6.1.19条规定也是1.5倍。参考高规宣贯培训材料，对于刚度计算可按抗规等效刚度方法满足2.0。为了满足甲方意图，本工程采用以下方案：高层塔楼按剪切1.5倍计算，同时按抗规等效刚度方法复核满足2.0倍。最后整个地下室一起建模满足剪切2.0倍。同时注意，地下室剪力墙的

3、间距满足规范要求（<40m）和相应的构造要求。到此解决以上问题。HiStruct注：本人认为某些规范规定采用1.5倍刚度比是针对地下室的侧移刚度(V/d)而言，此时可考虑地下室的侧向约束。实际上若不考虑地下室外土的侧向约束，针对大裙房地下室中的单个塔楼而言，要求地下室一层与上部的剪切刚度比满足1.5也是可以接受的。一般建议还是根据规范的要求采用剪切刚度比确定结构嵌固部位更合适。三，施工图阶段设计遇到问题：(1).地下室面积比较大（16258）(2).属于复杂高层结构设计（转换梁）(3).采用部分型钢设计(4).结构体系：塔楼采用了框支剪力墙结构，框支层位于第二层。二层裙房采用框架结构，基

4、础梁板式筏基。1. 基础工程建设计问题：a.超长结构   b.筏板基础偏心超长问题通过采用添加KL- HEA型膨胀防水剂和设置后浇带。来解决温度应力对结构构件产生超过国家标准规定的裂缝。筏板基础偏心问题通过在裙房基础和塔楼基础之间设置抗水板将其分开。后浇带分为两种：后浇带A：用于减轻砼收缩不利影响，结构构件中的受力钢筋可不断开，应在两个月后浇注。后浇带B:用于消除基础沉降差，结构构件中的受力钢筋宜断开，应在主体结构完成和沉降基本稳定后方可浇筑。由于面积较大，此时每隔一个后浇带的距离，设置膨胀加强带，宽度为2米。沉降后浇带和沉降膨胀加强带在和主楼相邻位置设置。HiStruct

5、注：沉降后浇带在满足设计要求的情况下可解决主裙楼的沉降差问题，设置抗水板并在底部加软垫层减小主裙楼刚度差异的互相影响，并减小抗水板内力，是一个好办法，但是还是应适当加大此处配筋率为宜。2. 还有两个问题比较重大：基础埋深和主体塔楼结构地基承载力的深度修正。对于基础埋深，强调了从有可靠侧限位置算起。本工程在标高为±0.000处连为一体。因此，要保证楼板连续，尽量不开洞，一定要保证在主楼位置不开洞，以形成传递水平力的条件。由于建筑使用功能的要求，常在板中开洞以形成中空。此时，需要结构师和建筑师紧密配合，满足规范对结构布置的要求。对于基础的地基承载力的深度修正，宜将基础底面以上范围内的荷载

6、，按基础两侧超载考虑：当超载宽度大于基础宽度两倍时，可将超载折算成土层厚度作为基础埋深，基础两侧超载不等时，取小值。3. 主体结构设计模型对于转换结构的设计，采用PKPM程序中SATWE时要注意刚度比计算方法的选择。a.       剪切刚度(1).判断地下室嵌固点(2).一层转换结构的刚度比(3).上海地区钢砼结构b.      剪弯刚度多层转换结构的刚度比c.       地震剪力与层间位移的比本工程由于计算分析需要以上三

7、种刚度比计算方法均用到，加上基础整体分析，共分6个模型。模型1：内力配筋，设计图纸模型无刚性楼板假定，地震剪力与地震层间位移的比模型2：位移、周期比计算刚性楼板假定，地震剪力与地震层间位移的比模型3：1.5倍地下室嵌固的判定（主楼）刚性楼板假定，剪切刚度模型4：2.0倍地下室嵌固的判定（整体）刚性楼板假定，剪切刚度模型5：转换结构刚度比的判定刚性楼板假定，剪弯刚度模型6：基础计算模施工加载2，生成传给基础的刚度4. 框支剪力墙结构计算模型有三个问题需要注意。a. 墙元细分最大控制长度应取得尽量小，建议为1。这是为了转换梁与上部剪力墙协调变形更合理。b. 转换梁应该考虑轴向变形的影响，所以要考虑

8、弹性楼板，转换梁才能计算轴力。c. 框支转换属于竖向不连续，应强制为薄弱层，此时刚度比值无关。对于转换高层属于复杂高层建筑结构，一般情况下容易形成超限结构，即特别不规则结构。(1).扭转不规则：楼层的最大弹性水平位移（或层间位移）大于该楼层两端弹性水平位移（或层间位移）平均值1.2倍。(2).侧向刚度不规则：该层的侧向刚度小于相邻上一层的70%或小于其上相邻三个楼梯侧向刚度平均值80%。(3).竖向抗侧力构建不连续(4).凹凸不规则(5).楼板局部不连续(6).楼层承载力突变本工程一开始超出前三项，形成了特别不规则结构，为了避免通过调整相邻上下层刚度和扭转不规则，使其只有一项竖向不连续，对有条

9、件的情况下，建议尽量调整。5. 型钢结构的设计其设计采用STS工具箱节点连接计算与绘图工具设计。对柱脚采用外包式柱脚。6. 对于其他问题概述a. 对于剪力墙结构设计，根据高规对于约束边缘构件非阴影部分箍筋及拉筋的规定，可以采用全部拉筋。根据中国建筑就设计研究院结构专业设计研究院主编的国家标准图集（04SG330）给出了两种配置方式，本工程按它第1条设计。b. 框支柱承受的地震剪力调整，在0.2Q中输入一个负值，PKPM会自动调整满足规范要求。框支托梁的应力分析按FEQ计算。目前FEQ无法计算框支主梁承托剪力墙并承托转换次梁及其上剪力墙，可以用有限元程序进行补充计算。c. 复杂高层要求采用两个不

10、同力学模型的三维空间分析软件进行计算，并采用弹性时程分析补充计算，本工程采用了SATWE和PMSAP进行了大指标对比，基本吻合，主要问题是PMSAP中剪力墙连梁超筋。弹性时程分析，每条时程曲线计算所得的结构底部剪力不应小于阵型分解反应谱法的65%。多条时程分析的底部剪力平均值不应小于振型分解反应谱法求得的底部剪力的80%，均满足要求。HiStruct注：框支剪力墙结构应特别注意转换层楼板的平面内应力设计，平面内抗剪承载力设计，以减小楼板的开裂程度即刚度折减程度，进而保证楼板具有足够的能力传递上下层竖向构件之间的剪力。分析某高层住宅局部框支结构设计若干要点摘要：本文是结合工程实际对高层住宅局部框

11、支结构设计中框剪结构中转换层、框支柱和剪力墙的计算与分析等进行了阐述。关键词：局部框支  转换层  设计与分析前言通过转换构件将上部构件的内力传递到基础和地基，也常有一部分住宅建筑由于车位、底部景观架空通透、上部房间布局等因素,造成了少量抗震墙无法落地。它们有一个共同的特点,就是转换层上的不落地抗震墙占该层总抗震墙的比例很小,一般仅在10%左右。由于转换层上下侧移刚度基本相同,这使得它们的一些特性更加接近抗震墙结构,我们把这种介于抗震规范所讲的抗震墙结构和部分框支抗震墙结构之间的结构形式称为局部框支抗震墙结构。这里所讲的局部框支抗震墙结构除了不落地抗震墙很少以外,还具有以下

12、特点:框支柱的数量一般为68个,最多不超过10个。文章结合实际工程,具体的探讨此类建筑结构的抗震设计。1工程概况 本工程主体结构层高60.30m,地下室一层,层高分别为4.2m，地上13层为商业,层高分别为4.8，4.8，5.4m;4层18层为住宅,层高3.0m，抗震设防烈度为7度。2结构设计中的计算和分析2.1转换体系的选取与计算框支转换层楼板在地震中受力变形较大,其在整体电算中的模型选择很关键。由于工程转换梁上部层数多,地震时楼板将传递相当大的地震力,其在平面内的变形是不可忽略的。因此采用弹性板或弹性膜的计算模型较为适宜。由于弹性板的平面外刚度在整体计算中已被计入,相当于考虑了板对梁的卸荷

13、作用,会使梁的设计偏于不安全。在进行整体结构分析时,将转换层楼板用弹性膜单元模拟。2.2嵌固端与转换层楼板板厚的确定工程以±0.000板作为嵌固端,既保证上部结构的地震剪力通过地下室顶板传递到全部地下室结构,同时能够保证上部结构在地震作用下的变形是以地下室为参照原点。抗规第条规定:当地下室顶板作为上部嵌固端部位时,地下室结构的侧向刚度与上部结构的侧向刚度之比不宜小于2。故地下室顶板厚度取200mm,同时,为了有效地将水平地震力传递给剪力墙,在应力集中的楼层,将楼板厚度加大,转换层楼板取180mm,与其相邻的层也适当加厚至150mm。考虑抗震需要, 根据高层建筑混凝土结构技术规程JGJ

14、3-2002（以下简称高规)要求使转换层配筋率,每层每方向达到0.25%,以进一步提高转换层楼板和框支大梁共同作用的能力。考虑到梁宽大于上部剪力墙的两倍,宽度较宽,对边转换梁,板面钢筋不是简单地要求伸入梁内满足锚固要求即可,而是要求必须贯穿梁顶截面,以确保梁内扭矩在板上的有效传递。2.3框支柱与剪力墙底部加强部位墙厚的设计框支柱基本布置于上部剪力墙对齐的下方或就近区域,这样不仅能使竖向荷载的传力途径直接、明确,减少转换板的内力,同时,上下抗侧力结构对齐,对于抵抗水平地震荷载作用,改善转换板的复杂受力情况也是大有益处的(详见图1)。框支柱作为框支剪力墙结构体系中重要的构件,它的安全度直接决定了整

15、栋建筑的抗震潜力,因而框支柱的延性和承载力成为设计的关键。框支柱应在计算的基础上,通过概念设计和抗震措施(构造措施)进行设计。调整框支柱总剪力，使每根柱所受剪力不小于基底剪力的3%,框支柱的抗震等级比高规4.8条要求提高一级，定为一级,为了增加其延性,轴压比不超过0.6,其最小配筋率不小于1.2%。底部加强区剪力墙抗震等级为一级，轴压比控制在0.5以内。抗震设计时,剪力墙的底部加强部位包括底部塑性铰范围及其上部的一定范围,其目的是在此范围内采取增加构造边缘构件箍筋和墙体横向钢筋等必要的抗震加强措施,避免脆性的剪切破坏,改善整个结构的抗震性能。高规)第条规定:底部带转换层的高层建筑结构,其剪力墙

16、底部加强部位的高度可取框支层加上框支层以上两层的高度及墙肢总高度的1/ 8二者的较大值。为了保证底部加强部位处剪力墙的平面外刚度和稳定性,建筑抗震设计规范GB50011-2002(以下简称抗规)及高规分别规定了剪力墙底部加强部位墙厚的取值。其中,考虑到高层建筑结构的重要性,高规对墙厚的取值更加严格。针对本工程结构的特点,设计中有以下两点特别之处:(1)一般情况下,高层建筑结构底部加强部位的剪力墙厚度应按照高规条规定取值。但对于本工程而言,由于底部层高较大,一般剪力墙墙厚bw取350,但对于电梯井处剪力墙布置较多,相对的轴力较小,其截面按照上述方法取值则显得 的不是很经济合理。因此,针对本工程的

17、具体设计,剪力墙截面厚度bw适当的减少到300,同时严格按照高规附录D以下公式(1)计算墙体的稳定。(2)在保证上部住宅剪力墙强度及层间位移满足规范的前提要求下,尽量减少上部剪力墙数量,减薄厚度,转换层以下厚度加大,以减少结构上部刚度,增大下部刚度。同时,由于转换层上下刚度的突变对上部相邻几层剪力墙造成的影响,故而对转换层上相邻数层剪力墙的水平及竖向分布筋和暗柱钢筋予以加强。2.4转换层上、下结构侧向刚度比的确定工程实践中,框支剪力墙结构体系是对结构本身来说是很不利的,为了加大底部大空间楼层的抗侧刚度,使上下刚度接近,高规规定:需要抗震设防时,当转换层在1层以上时，转换层上下剪弯刚度比宜接近1

18、，抗震设计时不应大于1.3。为了满足此要求,对底部的落地芯筒及少量的落地剪力墙均予以加厚,落地芯筒周边墙体加厚至300mm(上部为200mm),少量的落地剪力墙加厚至400mm(上部为200mm),同时转换层以下的混凝土强度等级定位C45(上部为C35),最终控制刚度比均能满足规范要求。由于高层结构中转换层的出现,沿建筑物高度方向刚度的均匀性会受到很大的破坏,力的传递途径会有很大的改变。如何计算转换层上、下结构侧向刚度比是带转换层高层建筑结构设计时必须解决的主要问题。高规附录E分别规定了底部大空间层数不同,转换层上、下结构侧向刚度比的计算方法。其中转换层上、下结构的等效侧向刚度比的计算综合考虑

19、了竖向抗侧力构件的抗剪刚度和抗弯刚度,因此更能反映带转换层的高层结构沿高度方向刚度变化的实际情况。转换层上、下结构的等效侧向刚度比按公式(2)计算,为了便于计算顶部位移,可以将顶部单位水平力适当放大。结构设计时可以应用“高层建筑结构空间有限元分析与设计软件”(SATWE)计算转换层上、下结构的等效侧向刚度比,具体计算步骤如下:(1)采用PMCAD分别按图2建立结构计算模型1、2;(2)采用SATWE前处理程序形成风荷载数据文件WIND.SAT;(3)分别修改计算模型1、2的风荷载数据文件,将顶层刚性楼板的X、Y向风荷载的X、Y轴均设置为500kN, Z轴扭转分量设置为0,其余各层X、Y向风荷载

20、的X、Y轴分量以及Z轴扭转分量均设置为0;(4)运行SATWE中结构分析及构件内力计算程序,求出计算模型1、2的顶部位移;(5)应用公式(2)即可求解出转换层上、下结构的等效侧向刚度比。通过上述方法计算得出的转换层上、下结构的等效侧向刚度比宜接近1,非抗震设计时不应大于2,抗震设计时不应大于1.3。2.5局部抗震设计局部框支剪力墙结构的局部加强范围,对本工程来说,取框支部分所临近两个23个开间所包围的区域(见图1中方框内的部分)。在进行框支柱、梁内力调整时可按此调整加强部位有关剪力墙、框支柱和梁的内力。局部框支加强范围以外,可按剪力墙结构设计。两者交接部分应加强连接构造,如板边设暗梁、梁板配筋加强等,以保证水平剪力传递。建筑专业为了立面处理的需要,希望在建筑平面的角部开窗(见图1中圆形标注内的部分),墙体角部在地震作用下,是较敏感的部位,特别当结构平面不规则时,由于平面的扭转,引起内力重分布,将使震害加剧,使得此处的连梁分配更多的地震力,容易