高烈度区多层建筑结构体系比选浅析.pdf

林 振杨 高烈 度区多层建筑结构体系比选浅析 9 1 高烈 度区多层建筑结构体 系比 林振杨 北京 中机一 院工程设计有限公司 。 北京1 0 0 0 4 4 选浅析 【 摘 要】 对林芝地区某工程， 采用框架结构和框架 一 抗震墙结构体系 ， 运用 S A T WE软件进行抗震设计分 析， 比较了周期、 位移比和经济技术指标之间的差别， 得出了框架 一抗震墙结构优于框架结构的结论， 为类似工程 提供参考。 【 关键词】 高烈度区； 多层建筑 ； 结构体系； 抗震设计； 经济性能 【 中图分类号】 T U 3 5 2 ． 1 1 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 2 0 1 4 0 6 0 0 9 1 0 3 随着经济技术的发展 ， 我国高烈度区的结构设计 1 3 益 成为一个显著问题 ， 其突出特点是地震作用大， 层间位移角 大， 配筋大。对于多层建筑， 在低烈度设防区， 框架结构有 着广泛的应用， 主要因为其平面布置灵活， 能获得较大空 间， 可有效地满足建筑功能的要求。但在高烈度区， 框架结 构体系是否还是最优结构形式呢。在既要经济成本低又要 满足抗震设防的 目标要求下 ， 对高烈度地区的多层建筑进 行一些结构体系的比较分析就显得十分必要了。 1 工程概 况 西藏林芝地区的某宾馆， 地上5层， 无地下室， 建筑平面 长 6 7 ． 7 m， 宽 1 8 ． 2 m， 首层高4 ． 2 m， 标准层高3 ． 6 m， 建筑高度 1 8 ． 6 0 m， 建筑总面积为 5 9 4 7 ． 4 m 。本工程建筑结构安全等 级为二级 ， 抗震设防类别为丙类 ， 抗震设防烈度为8度 ， 设计 基本地震加速度为 0 ． 3 g ， 设计地震分组为第三组， 地面粗糙 度为 B类， 基 本 风 压 值 为 0 ． 3 5 k N ／ m ， 基 本 雪 压 值 为 0 ． 3 5 k N ／ m ， 场 地 土 类 别 为 I I类。结 构 楼 面 恒 载 取 5 ． 0 k N ／ m 包括楼板 自重 ， 楼面活荷载取 2 ． 5 k N ／ m ， 楼梯 问活荷载取 3 ． 5 k N ／ m 。由于建筑平面超长， 故在建筑中间 位置设一道结构缝。遵循 “ 均匀、 分散、 对称、 周边”的原 则 ， 本工程在建筑四个角的外墙位置和电梯井位置布置了 抗震墙 ， 并使其布置成 L形和日字型， 框架部分承受的地震 倾覆力矩小于结构总倾覆力矩的 5 0 ％。两种结构体系标准 层结构平面布置分别如图 1和图 2所示。根据地质勘查报 告 ， 本工程采用天然基础 ， 以稍密卵石作为基础持力层， 地 基承载力特征值不小于 2 2 0 k P a ， 框架结构采用柱下独基， 框 架 一 抗震墙结构采用墙下条基与柱下独基相结合的形式。 2 计算模型及主要设计参数 2 ． 1 计算软件及模型 本工程采用由中国建筑科学研究院 P K P M C A D工程部 开发的多高层建筑结构空间有限元分析与设计软件 S A T WE 进行结构的整体力学计算。S A T W E软件采用空间杆单元模 拟梁、 柱， 用在壳元基础上凝聚而成的墙元模拟抗震墙。框 架结构与框架 一抗震墙结构主要构件参数见表 1 ， 混凝土强 度等级为 C 3 0 ， 纵筋及箍筋均采用 HR B 4 0 0 。按框架结构计 算， 框架抗震等级为二级； 按框架 一抗震墙结构计算， 框架 抗震等级为三级， 抗震墙抗震等级为二级。 o● oO ● oo● oo ●o o● o0 ●00 ● 0o● 0o ● 00● o0 ● o0● o0 ● oo● oo ●o o● o0 ● 0o● 00 ● 00● 00● 0 o● oo● 0o ● oo● oo● o O● 0o● 00 ●0 0● oo● 0 0● 口0● 0o ● 0o● 0o◆ 0o ● oo● 0o● 00● o0● 00 ●o o● 00 ●0o ● o口● 0 4施工过程 该工程施工难度较大 ， 具体有以下原因 1 工作面、 工作空间有限， 成品保护要求高。由于 图书馆位于三楼， 需要加固的梁及楼板位于二层顶板， 新加 壁柱需要从基础至顶层 ， 但一层、 二层是营业中的商店、 饭 店， 施工中要协调好各方关系 ， 部分营业场所需要停业， 成品 保护要求很高。 2 特种工法多， 零星工程多。采用了浇注灌浆料、 粘贴碳纤维布、 钢结构制安、 压力灌注结构胶、 化学植筋等特 种专业工法 ， 在大庆地区较为少见。由于目前结构加固工程 可依据的只有 G B 5 0 3 6 7 2 0 0 6 { 混凝土结构加固设计规范， 还没有颁布相关加固施工规范， 故要求施工人员必须经验丰 富， 也要求管理人员需具备较专业的施工技术与管理能力。 3 施工工期有 限。大庆地区 1 0月后气温就很低 ， 将影响灌浆料固化 ， 胶体固化等， 难以施工 ， 所以需要合理安 排组织 ， 尽量缩短施工工期。 5 结 语 通过对该建筑的检测鉴定及加固施工 ， 很好地解决了建 筑功能改变导致的荷载增加的问题 ， 保证以后正常使用的安 全性 。 参考文献 [ 1 ] G B 5 0 3 6 7 2 0 0 6 ， 混凝土结构加固设计规范[ s ] ． [ 2 ] G B 5 0 0 2 3 2 0 0 9 ， 建筑抗震鉴定标准[ S ] ． [ 3 ] G B 5 0 0 1 1 2 0 0 1 ， 建筑抗震设计规范[ S ] ． 2 0 0 8 版． [ 4 ] C E C S 1 6 1 - 2 0 0 4 ， 喷射混凝土加固技术规程[ s ] ． [ 5 ] 刘征．砖混办公楼改造加固设计[ J ] ． 建筑技术， 2 0 0 9 ， 1 5 0 5 2 ． [ 收稿 日 期】 2 0 1 4 0 2 一 l 9 【 作者简介] 迟宏文 1 9 6 4一 ， 男， 黑龙江通河人 ， 工程师， 从 事项 目与抗 震管理 工作 。 林 振杨 高烈度 区多层建筑结构体系比选浅析 墙结构的周期 比小于框架结构的， 其抗扭性能要好于框架 结构。 表 3 结构的动力特性 3 ． 2 位移角和位移比‘ 采用振型分解反应谱法得到的结构最大的位移响应详 见表4， 两种结构计算模型均采用了刚性楼板的假定。由表 中数据可知 层间位移角满足 G B 5 0 0 1 1 2 0 1 0 建筑抗震设 计规范 中对框架结构、 框架 一抗震墙结构要求的 1 ／ 5 5 0 、 1 ／ 8 0 0 。最大位移出现的层数， 框架 一抗震墙结构 比框架结构 偏高， 框架 一 抗震墙的抗侧移能力要优于框架结构。考虑 偶然偏心的情况下， 结构的最大层间位移和平均位移比都 满足规范的要求， 可见结构的刚度布置较均匀 ， 抗扭 刚度 较大 。 表 4 结构 的位移 响应 3 ． 3 经济技术指标 表 5分析了框架结构与框架 一抗震墙结构体系之间建 筑面积 、 结构面积和使用面积的比较关系， 其中建筑墙体部 分所 占面积约为 6 5 ． 6 4 m 。 表 5 两种结构体 系建筑使用面 积比较 从上表中可以看出， 框架 一抗震墙的有效使用面积 比 框架结构提高约 1 ． 1 8 ％， 这是 由于框架 一抗震墙结构的柱 构件占用面积小 ， 框架 一抗震墙结构的使用面积相对于框 架结构存在优势 ， 且随着抗震设防烈度的提高， 总建筑面积 的增加 ， 框架 一抗震墙构在使用面积上的优势还略有扩大。 因此 ， 如果房屋以使用面积 出售 ， 假设单位面积售价相同， 则开发商在高烈度区开发框架 一抗震墙结构多层住宅， 因 使用面积的增加而创造的收益增加值可达总售价 的 l ％ 左右 。 表 6计算了一个标准层两种体系之间钢筋用量和混凝 土用量 ， 由于两种结构体系的楼板及次梁都一样， 所以本文 仅统计柱、 主梁、 抗震墙及基础部分的材料用量。 从表中统计结果可见 ， 框架结构的用钢量和混凝土用 量均要大于框架 一抗震墙结构， 其中用钢量超出了 2 4 ． 7 9 1 7 ． 4 5 ／ 1 7 ． 4 54 2 ． 1 ％， 混凝 土用量超出了 2 4 1 ． 6 8 1 9 2 ． 0 5 ／ 1 9 2 ． 0 5 2 5 ． 8 ％， 由此可见框架 一 抗震墙的经济性 相对框架结构较好。 表6 两种结构体系钢筋和混凝土用量比较 结构 体系 钢筋用l ／ t 混凝土用l ／ m 柱 主梁 抗震墙 基础 合计 柱 主 梁 抗震墙 基础 合计 框 架 结 构 9 ． 0 6 1 1 ． 2 2 框架一 抗 4 ．6 9 6 ． o 7 震墙结 构 4 ． 5 1 2 4 ． 7 9 3 9 ． 3 1 9 8 ． 2 1 1 0 4 ． 1 6 2 4 1 ． 6 8 3 ． 2 5 l 7 ． 4 5 1 8 _ 2 5 6 0 ． 4 2 2 2 ． 7 5 9 0 ． 6 3 1 9 2 ． 0 5 4结语 1 对于高烈度区多层建筑 ， 框架 一 抗震墙结构体系 刚度要大于框架结构体系， 各层层间变形较均匀， 其抗扭转 性较好。 2 本工程中框架 一抗震墙结构体系的柱和梁截面 均小于框架结构， 不仅能节省建筑空间， 而且材料用量也明 显少于框架结构， 经济性较好。 3 通过对两种结构体系的基本力学参数和经济性 比较可知， 框架 一抗震墙结构能够更好的满足高烈度区建 造多层建筑的需要。 参考文献 [ 1 ] G B 5 0 0 1 1 2 0 1 0 ， 建筑抗震设计规范[ s ] ． [ 2 ] G B 5 0 0 0 9 2 0 1 2 ， 建筑结构荷载规范[ s ] ． [ 3 ] G B 5 0 0 1 0 2 0 1 0 ， 混凝土结构设计规范[ s ] ． [ 4 ] 尚良 辉 ．高烈度地区结构体系的比选浅析[ J ] ． 科技创新导 报 ， 2 0 1 0， 2 5 3 63 7 ． [ 5 ] 袁浪， 劳文 ． 高烈度地震区多层建筑结构的设计[ J ] ． 浙江建 筑 ， 2 0 0 7， 2 4 8 3 03 1 ． [ 6 ] 张中． 高烈度区多层钢筋混凝土框架结构的位移控制[ J ] ． 工 程抗震 与加 固改造 ， 2 0 0 8 ， 3 0 1 7 8 8 1 ． [ 收稿日期] 2 0 1 4 一 O 1 2 2 [ 作者简介 ] 林振杨 1 9 8 7一 ， 男 ， 四川隆 昌人 ， 硕士 ， 工程师 ， 从事结构工程设计。