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土木工程论文

站马屯翰苑3#住宅楼结构设计

时间:2019/11/8 17:22:13  作者:60论文网  来源:www.60lw.com  查看:1  评论:0

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毕  业  论  文
论文题目 :站马屯翰苑3#住宅楼结构设计                                          
姓    名 :孔旧暗                                      
学    号 :17031020321015                                   
专    业 :土木工程(建筑工程方向)                                           
层    次 :                                           
学习中心 :河南电大教育中心                                           
指导教师 :                                           




2019年 10月 15日

站马屯翰苑高层3#住宅楼结构设计
1、工程概况
绿都站马屯翰苑项目工程位于郑州市十八里河镇站马屯村,站马屯路与花溪南路交叉口西南角。本项目包括3栋33~34层高层住宅楼(2层地下室),总建筑面积55971.5㎡
2、首层层高 6.05m,第 2 层及以上层高为 3.15m,墙厚 
400mm、300mm,向上厚度逐步减小至 300mm、250mm,标准层 
结构平面见图 1

结构平面为 T 形,长宽比为 31.8m/9.3m=3.42 (端部)、 
31.8m/19.3m=1.65(中部),小于 JGJ 3—2010《高层建筑混凝 
土结构技术规程》(以下简称《高规》)限值 6.0 的要求;高宽比 
为 147.7m/9.3m=15.89(端部)、147.7m/19.3m=7.66(中部),均大 
于《高规》限值 6.0 的要求
3 抗震性能指标
根据《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》(建质〔2010〕109 号),本塔楼存在高度超限,以及平面凹凸不规则和底层刚度突变不规则等一般规则性超限 2 项,属一般 不规则结构 B 级高度高层建筑。根据本工程的超限情况及与 业主的沟通结果,选定本工程的抗震性能目标为《高规》中的 C 级目标,即多遇地震下满足性能水准 1 要求,设防烈度地震 下满足性能水准 3 要求,预估的罕遇地震下满足性能水准 4 要求。细部要求见表 1。
表1 抗震设计要求及抗震性能目标细分表
构件 多遇地震 设防烈度地震 预估的罕遇地震
关键构件:底部加强区落地监理墙及框架柱 压弯 小震弹性 中震不屈服 个别构件进入屈服阶段,控制屈服比例大震不屈服
抗剪 小震弹性 中震弹性
普通竖向构件:非底部加强区剪力墙框架柱 压弯 小震弹性 中震不屈服 部分构件进入屈服阶段
抗剪 小震弹性 中震弹性 部分构件进入屈服阶段,抗剪满足界面控制条件
耗能构件:连梁、框架梁 小震弹性 抗弯部分构件屈服,抗剪不屈服 允许部分构件破坏
核心筒及洞口周边楼板 小震弹性 中震不屈服 钢筋不屈服,满足抗剪界面要求

4 结构弹性计算分析
结构弹性计算分析采用 SATWE(新规范 2010 版),同时,采用 MIDAS GEN 8.2 版软件进一步分析计算并以此作为参考 对照。通过 2 种软件小震弹性分析的结果对比,塔楼的周期、位移角、位移比、楼层剪力、刚度比、抗剪承载力之比、抗倾覆力矩比等指标均接近,相差不大。补充弹性时程分析,选取 7 条地震波计算所得的结构底部剪力均不小于 CQC 法求得的底部剪力的 65%,不大于 CQC法求得的底部剪力的 135%,结构底部剪力的平均值大于 CQC法求得的底部剪力的 80%,也不大于 CQC 法求得的底部剪力的 120%,所选地震波基本满足规范要求。X 方向层剪力在 37~ 51 层(此数值为模型计算层数,模型计算层数包括地下室楼层 和屋顶以上 3 层屋架,以下相同)大于 CQC 法的计算结果,约为平均值的 1.007 倍;Y 方向层剪力在 3~18 层大于 CQC 法的计算结果,约为平均值的 1.026 倍,在 28~51 层大于 CQC 法的计算结果,约为平均值的 1.047 倍。故结构设计采用 CQC 法(振型分解反应谱法)计算,不同楼层分别采用地震力放大系数,以确保 CQC 法的计算结果能够包络弹性时程分析的结果,满足规范要求。 
在中震弹性、中震不屈服、大震不屈服验算时,通过调整构件配筋及进行承载力复核,使所有构件均满足设定的性能目标。
5 X 向少墙剪力墙结构体系补充分析
从平面图中可以看到,X 向剪力墙较少,刚度偏弱,故针对 X 向少墙剪力墙结构体系进行补充分析。将 X 向所有的翼墙(非有效翼缘)和端柱在 SATWE 中按“框架柱”建模,避免SATWE 将端柱和翼墙分担的倾覆弯矩和剪力统计为剪力墙 承担的内力,倾覆力矩的计算方法采用 GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》(2016 年版)的“规定水平力”方法及VXH 法,框架柱分担的地震倾覆力矩与剪力有关,而与柱子位置无关,并且统计 X 向墙体在嵌固层承担的地震剪力占基底总剪力的比值。结构底层的倾覆力矩及楼层剪力统计结果列于表 2。
表 2 底层倾覆力矩及楼层剪力统计表

根据以上分析数据,结论如下: 
1)将 X 向的翼墙和端柱统计为“框架”时,这部分“框架”分担的地震倾覆力矩小于 10%,按照规范确定结构体系为“剪力墙”结构;
2)设计过程中统计了 X 向剪力墙面内承担剪力、翼墙端 柱承担剪力、框架柱承担剪力的大小及比值,其中,X 向剪力墙面内承担剪力大于基底剪力的 90%,而翼墙端柱及框架柱则分担小于 10%; 
3)为确保抗震设防多道防线现实,并保证所有剪力墙进入第 1 道防线,采取设计措施使 X 向剪力墙承担全部楼层剪力,同时,使“框架部分”承担相邻 Y 向墙的面内剪力。验算过程表明,经“剪重比”调整后,X 向剪力墙仍需乘以不大于 1.1的系数。在抗震设计中,剪力墙尚应满足抗弯中震不屈服和抗剪中震弹性的性能目标,采用上述措施表明,X 向剪力墙完全可以承担楼层剪力,并有一定富余。
6 设防烈度地震作用下剪力墙及框架柱受拉 验算
从图 1 中可以看到,本工程高宽比超出《高规》限值 6.0 较多,并根据《高规》7.2.12 条,抗震等级为一级的剪力墙,中震作用下底部墙体需进行抗拉不屈服验算。 
现对底部 4 层墙柱抗拉进行验算,仅模型 3 层虚线框出的剪力墙混凝土名义拉应力大于 ftk,但用公式 N(/ Aftk)复核验算(其中,N 为填充区域的拉力;A 为填充区域竖向构件面积;ftk 为竖向构件混凝土抗拉强度标准值),均小于 1,仅 1 片墙受拉,名义拉应力大于混凝土抗拉强度,但超出不多,仅 6%,故出现拉应力的墙肢配筋按照特一级构造,提高墙体配筋率,满足中震受拉不屈服,如图 2 所示。

图 2 3F(计算层)剪力墙及框架柱受拉验算




1层、2层和4层部分剪力墙在混凝土名义拉应力,但小于1.0倍ftk,可不设置钢骨。

7、动力弹性分析
  本工程动力弹性时程分析采用软件SAUSAGE对整体结构、构件、材料定义不同的性能水准,通过地震反应后抗震,能力与地震的需求的比来判断结构是否满足大震不倒要求。
选用2条天然波和1条人工波进行罕遇地震弹性塑性时程分析,计算得到各时程波对应的基底监理约是小震作用CQC法计算结果的3-5倍。
通过以上3条地震塑性时程分析的大地震弹塑性时程分析,各条波计算结果均满足《高规》要求。根据分析结果得到以下要求:
1)、最大层间最大位移角分别为1/163(X向)和1/281(Y向),满足设定性能目标1/120的要求;
2)连梁及跨高比较小的框架梁,在罕遇地震的损伤体现了其作为耗能构件的作用。罕遇地震作用下,连梁及框架梁的损伤较为严重,钢筋进入屈服阶段;剪力墙仅个别墙体出现混凝土受压损伤,仅1片墙体在底部加强区出现中度损伤,在中区出现轻微损伤,但大部分墙体均未出现损伤屈服,仍处于弹性阶段,从整个结构层面看,满足第4水准的抗震性能目标;同时。以等效弹性方法(连梁刚度折减系数未0.3,阻尼系数为0.07)计算大震剪力复核抗剪界面,满足要求,属于无损伤、不屈服阶段;从损伤顺序上将,首先是连梁及跨度高比较小的框架梁的混凝土损伤,其次是竖向构件剪力墙的混凝土损伤,符合相关规范的“强剪弱弯”,“强竖向弱水平”概念设计要求。
    针对计算损伤因子较高的墙肢,底部加强区及结构边墙肢在施工图设计过程中应考虑中震、大震的性能表现,设计过程中考虑适当提高其纵筋和箍筋的配筋率,以提高其在大震作用下的延性。
8、结束语
   本住宅楼为B级高度的高层建筑,且是2项一般不规则的结构,通过采用PKPM、MIDAS、Gen2中软件弹性对比进行分析和SUASAGE进行动力弹塑性分析。结果表明各项控制指标符合规范要求,根据计算分析结果,采取对重要构件和关键性构件做适当加强,保证结构满足各阶段预先设定的性能目标,在地震作用下有较好的延性,并满足“小震不坏,中震可修,大震不倒”的安全性要求。
参考文献
1、GB50011-2010建筑抗震设计规范(2016年版)[S]
2、GB5009-2012建筑结构荷载规范[S]
3、JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程[S]


标签:住宅 住宅楼 结构 设计 

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