全致高(廣西榮泰建筑設(shè)計有限責(zé)任公司 廣西 柳州 545007)
錯層結(jié)構(gòu)剛度及樓層位移角的計算
全致高
(廣西榮泰建筑設(shè)計有限責(zé)任公司 廣西 柳州 545007)
隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展,現(xiàn)代建筑呈現(xiàn)出了功能復(fù)雜化、類型多樣化等趨勢,現(xiàn)有的錯層結(jié)構(gòu)計算程序已無法真實的反映錯層結(jié)構(gòu)的某些參數(shù),由此本文結(jié)合某剪力墻結(jié)構(gòu)算例,研究了錯層結(jié)構(gòu)剛度及樓層位移角的計算。
錯層結(jié)構(gòu);剛度;位移角;計算
高層建筑是社會需求與經(jīng)濟繁榮、科技進步的產(chǎn)物。隨著對高層建筑使用功能要求的日趨復(fù)雜,高層建筑在數(shù)量日漸增多、高度不斷提升的同時,結(jié)構(gòu)形式也日趨多樣性。為了有效地利用建筑空間,部分樓盤會在沿街塔樓設(shè)置商業(yè)裙樓。由于商業(yè)層高與住宅層高不同,相鄰樓層結(jié)構(gòu)高差超過了梁高范圍,因此在結(jié)構(gòu)上宜安錯層考慮?!陡邔咏ㄖ炷两Y(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》要求,當采用錯層結(jié)構(gòu)時,為保證結(jié)構(gòu)分析的可靠性,相鄰錯開的樓層不應(yīng)歸并為一個剛性樓層計算。但目前現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)計算程序無法真實的模擬樓層關(guān)系,在計算結(jié)果中會出現(xiàn)異常,因此在錯層處的計算往往采用人工手算復(fù)核。本文結(jié)合某工程框架剪力墻底部商業(yè)錯層結(jié)構(gòu)算例,探討錯層結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度及位移角的計算。
目前國內(nèi)主流結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件,如PKPM、盈建科,在錯層部位的建模可分為兩種思路。
第一種,整體平面建模,以其中一個板面標高作為基準層高,錯層的部分通過輸入梁、板標高形成。這種建模方法比較直觀,與實際情況相符,計算結(jié)果也無異常。但錯層部分的豎向構(gòu)件計算高度均為基準層高,反映不出錯層部位的受力情況。因此這種建模方式存在一定的安全隱患。
第二種,分層建模,錯層的樓層分為兩個標準層建模。這種建模方法比較復(fù)雜,且在第二個標準層由于層高很小,在計算上會形成剛度的突變,從而在計算結(jié)果中反應(yīng)出側(cè)向剛度、位移角不滿足規(guī)范要求的情況。本文是基于這種建模方式,通過人工手算得到真實的側(cè)向剛度和位移角。
1.1 樓層側(cè)向剛度計算
本文通過某框架剪力墻結(jié)構(gòu)算例,探討錯層結(jié)構(gòu)的計算方法。工程位于廣西柳州,為18層框架剪力墻結(jié)構(gòu),一層地下室,底部一半為三層住宅,另一半為兩層商業(yè)。工程使用PKPM軟件建模計算,平面簡圖及計算簡圖如圖1所示。
圖1 :平面簡圖及計算簡圖
由計算簡圖看,在9.000標高以下左半部分為住宅,右半部分為商業(yè),錯層高度為1.5m。
根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》3.5.2條第2款,對框架剪力墻結(jié)構(gòu),樓層與其相鄰上層的側(cè)向剛度比計算公式如下,且本層與相鄰上層的比值不宜小于0.9;當本層層高大于相鄰上層層高的1.5倍時,該比值不宜小于1.1;對底部嵌固層,該比值不宜小于1.5。
在錯層部位,如住宅部分三層的剛度應(yīng)為本層地震剪力標準值與二至三層的層間位移的比值。二至三層的層間位移為△3+△4,于是可以將上述公式變形為RJ3左=V4/(△3+△4)。同理對于商業(yè)部分二層的剛度為RJ2右=V3/(△2+△3)。
1.2 樓層位移角計算
位移角驗算也應(yīng)勾選剛性樓板假定,但是對于錯層結(jié)構(gòu),錯層部位墻、柱不在同一標高,或者本層沒有樓板,此時如果采用“強制剛性樓板假定”,越層墻、柱將受到樓層的約束,結(jié)構(gòu)分析可能失真,位移角也不一定有意義。樓層位移角的計算與側(cè)向剛度類似,根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第3.7.3條,位移角為按彈性方法計算的風(fēng)荷載或多遇地震標準值作用下的樓層層間最大水平位移與層高之比,公式為:
這里可以將上述公式變形為,在錯層部位,同樣以第三層為例θ3左=(△max3+ △max4)/H3左。同理對于商業(yè)部分二層的位移角為θ2右=(△max2+△max3)/H2右。
錯層結(jié)構(gòu)除了側(cè)向剛度及位移角外,墻身穩(wěn)定性也需要特別注意。在建模中,由于墻身計算高度是取層間高度。由計算簡圖看,商業(yè)部分一層層高為5.2m,二層層高為4.5m,但實際模型中,墻肢計算高度由下往上依次為3.7m、1.5m、1.5m、3.0m。在計算墻身穩(wěn)定性時,計算高度不符合實際,計算結(jié)果偏于危險。因此在計算墻身穩(wěn)定性時,可以將模型分為左右兩個,分別計算,這樣出來的結(jié)果較為真實。
通過以上方法能夠較好的處理層間位移比、層間位移角、側(cè)向剛度等結(jié)構(gòu)的計算參數(shù)。但錯層結(jié)構(gòu)屬于復(fù)雜高層結(jié)構(gòu),豎向抗側(cè)力構(gòu)件受力復(fù)雜,抗震性能較差,高層建筑宜避免采用。但如果因建筑的需要,局部有錯層,也可以通過一些措施進行加強,消除或減輕錯層給結(jié)構(gòu)帶來的不利影響。例如,當樓面板變標高處合用同一根梁時,可考慮設(shè)置梁側(cè)加腋以改善水平力的傳力途徑。錯層處框架柱的截面也可按“中震”進行復(fù)核,柱截面高度不應(yīng)小于600mm,墻截面厚度不小于250mm。對于錯層的設(shè)計,要合理布置結(jié)構(gòu),補充計算,增加必要的構(gòu)造措施,在保證滿足安全的前提下,做到經(jīng)濟合理。
[1]《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB50011-2010.
[2]《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2010.
[3]李宏洲.錯層結(jié)構(gòu)設(shè)計的分析探討[J].江蘇建筑.2015(02).
[4]王春偉.淺談帶錯層的高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品.2014(13).
[5]郭劍飛,楊育人,劉秀宏.多高層錯層結(jié)構(gòu)設(shè)計中的若干技術(shù)措施分析[J].四川建筑科學(xué)研究.2014(01).
G322
B
1007-6344(2016)06-0334-01
全致高(1987.09--),男,本科,廣西柳州人,助理工程師,現(xiàn)工作于廣西榮泰建筑設(shè)計有限責(zé)任公司,主要從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的工作。