广州麓湖轩超限结构的设计.docVIP

- PAGE 1 - 广州麓湖轩超限结构的设计 宋 荣 黄雄辉 曾繁禹 提 要 本文介绍了高层建筑受场地影响而使高宽比超限,同时塔楼使用功能与裙楼不同时,高层建筑结构体系及转换层结构类型的选择分析,为类似问题的处理提供设计参考. 关键词 高宽比 , 超限结构， 转换层 一、工程概况 麓湖轩位于广州市麓湖路段，麓湖公园南端，场地狭长不规整。麓湖轩建筑面积3万平方米，地上32层，地下2层，裙房3层，第4层是架空层，层高3.5米，作为露天活动场地,5层以上是商品房。建筑物总高度97.7米，长度62.8米，宽度只有14.25米，长宽比L/B=4.4<6，满足规范要求，但高宽比H/B=6.8>5，大大超过规范限值。在结构选型上，由于一至三层裙房为商业用房，要求有较大空间,适于框架体系；五层以上为住宅,适于剪力墙体系，因而在四层架空层设置转换层。这样本幢楼的结构集高宽比超限及转换层设计两个难点于一体，成为抗震设计上非常不利的因素，建筑剖面如图1所示。 由于结构超限，本楼的扩初设计及施工图设计提交了广州市建委组织的结构专业委员会进行专项审查，获得通过。 结构方案的选择 图1 剖面图根据国内对转换层研究的成果显示，转换层设置高度对结构的受力影响很大，设置较高时易使框支剪力墙结构在转换层附近的刚度，内力特别是传力途经产生明显突变，形成薄弱层，其抗震设计方法与底层框支剪力墙结构有较多差异。一般而言，转换层位于三层以上时，层间位移角易发生突变，本楼的转换层设在四层，属于易发生突变的范围，所做的工作就是要避免层间位移角发生突变。常规底部大空间剪力墙结构布置主要解决两个关键问题：一是保证大空间层有充分刚 图1 剖面图 图2 转换层结构平面图度，防止竖向刚度过于悬殊；二是加强转换层的刚度与承载力，保证转换层可以将上层剪力可靠地传到落地墙上去。由于本幢楼横向（Y向）高宽比超限，对横向落地剪力墙的间距和数目要求更严。因此结构布置上,除中央落地核心筒外，两边各均匀设置10道横向剪力墙，其中5道为落地剪力墙，位置大致对称，并尽量布置在平面两端，形成以电梯井为中心的三大块刚体，以减少扭转效应的影响，同时剪力墙的紧靠南北端排列布置具有抗倾覆力矩的最大力臂，是提高结构体系抗侧能力的最直接有效措施,转换层结构平面如图2所示。 图2 转换层结构平面图 由于场地狭长，而且建筑上南北面预留4米宽的消防通道，因而三层裙房在标准层平面范围外扩不多，仅在北面挑出2.5米，无法在外扩部份增加剪力墙以调整转换层上下刚度的差异，只有把裙房两部防火楼梯的隔墙改成砼墙，同时增加转换层下剪力墙厚度，提高砼强度，这样使转换层上下刚度比控制在2以内 =1.30， =0.90 转换层采用梁式转换是一种成熟的形式，考虑到剪力墙只落在转换梁一段上，难以形成象落在全跨上的拱效应，因而对梁产生较大的剪应力，梁初始截面定为800×2200。但初算后存在较大问题，由于转换层高3.5米，转换梁截面高2.2米，柱净高只有1.2米，属于超短柱，地震作用下吸收了一半的楼层水平剪力，对柱非常危险。经过多方案比较论证后，决定转换梁改用“八”字型斜柱支撑，转换梁和斜撑柱截面均为600×800。剪力墙一端支承在框支柱上，另一端支承在斜柱上，斜柱底支承在下一层框支柱位置，同时为了平衡，转换梁另半边也用斜柱支撑。“ 八”字型斜撑传力直接可靠，杆件轻巧，尤其是几何不变的机构，使结构抗震性能有可靠保证，同时这种形式不占空间，能较好地满足建筑上作为交通走道的使用要求。 本次结构计算采用TBSA及SATWE两套空间分析程序计算，选用 9振型非耦连刚性楼板模式，主要参数为地震基本烈度七度，Ⅱ类场地土，基本风压值0.45KN/m2, 修正系数1.1，计算结果如表一，表中只列出前六个周期。结果表明，结构自振周期，位移，基底剪力均在正常范围内。SATWE与TBSA结果相比，周期及位移偏大，这是两者对剪力墙计算时采用不同模式产生的。同时补充用SATWE 进行弹性动力时程分析，地震波选用适合Ⅱ类场地土的兰州人工波（LAN2-2），Taft-2波及场地人工波三条，地面最大加速度取35gal,结果如图3、图4。 动力时程分析结果小于振型组合法，但转换层下Taft 波的作用产生的剪力稍大于CQC法，设计上要加强; 位移角曲线光滑无明显突变,而人工波作用下地震响应较小，不作为设计控制因素。 其中一框支剪力墙在横向地震作用下有限元分析如图5, 应力集中在斜撑节点部位,构造上要做加强处理。转换构件计算结果，斜撑杆轴压比0.57，转换梁抗剪抗弯承载力满足设计要求。 表一 结构计算结果 计 算 程 序 SATWE TBSA 计 算 方 向 X向 Y向 X向 Y向