8层框剪结构教学楼超限报告简述

1、1. 概述 1.1 工程概况本项目位于深圳市南山区赤湾。本次开发项目三栋建筑，分别为教学楼、学生宿舍、教师宿舍。地上建筑面积91311.33 m2，地下建筑面积41008.18平方米，地下室共2层，埋深约9.3m。涉及超限的为教学楼，结构高度为41.050m，8层，标准层层高4.200m，塔楼高宽比为41.05/66.70=0.61，长宽比为109.20/66.70=1.63，塔楼底部共1层裙房，存在1层夹层，层高为4.500+4.500m，塔楼间在裙房设置抗震缝。教学楼平面为 “回”字型建筑，在裙房顶设置托柱转换，被转换柱子数量为32个，占框架柱总数的25.2%比例；转换梁跨度均为33.6m

2、，转换柱和转换梁采用型钢混凝土。1.2 工程地质概况拟建场地地层自上而下分别为：人工填土层、 冲洪积层、残积层、砾质粘性土、强风化花岗岩、强风化花岗岩、中风化花岗岩、微风化花岗岩、孤石；地下稳定水位高程为4.195.05m，平均高程为4.92m。1.3结构分析设计参数及设计目标分析设计参数：子项教学楼建筑结构安全级：一级结构重要性系0：1.1建筑结构抗震设防类别：乙类结构体系类别：框架-剪力墙基础设计等级：甲级基础安全等级：一级场地类别：II类楼层区段教学楼纯地下室剪力墙框架梁柱转换柱转换梁框架塔楼一级一级/裙房一级一级一级一级/地下室一层相关范围一级一级一级/三级地下室二层相关范围一级一级一

3、级/三级2. 基础设计 基础拟采用机械成孔嵌岩桩，桩端持力层为中风化花岗岩。3. 设计与分析结果 3.1 结构布置与选型结构整楼三维图3.2 结构超限检查情况存在一般不规则性超限（扭转不规则、凹凸不规则、楼板不连续、构件间断、局部不规则）5项超限。3.3抗震设防性能目标抗震性能目标C级，各构件的验算要求如下表所示：关键构件普通竖向构件耗能构件底部加强区的剪力墙和框架柱，转换柱，转换梁“关键构件”以外的竖向构件连梁、框架梁3.4 弹性分析结果3.4.1 弹性主要分析结果（1）模态前三个振型的图示如下：（2）重力及地震总作用力项次ETABSYJK重力荷载代表值DL+0.5L(kN)11623591

4、202322平均重力(kN/m2)23.724.5方向XYXY地震作用基底总剪力(kN)39213.944699.539904.743999.2基底剪重比3.37%3.85%3.32%3.66%规范限值1.60%1.60%1.60%1.60%基底总倾覆弯距(kNm)912109.21107078.3897074.51051798.19因字数限制，此处省略内容：层间位移角、最大位移比、剪重比、框架和剪力墙的剪力分配、框架和剪力墙的倾覆力矩分配、层刚度比与层间抗剪承载力比、转换层剪切刚度比、重力二阶效应与结构稳定判断、构件轴压比等。3.4.2 弹性时程分析以上各波的拟加速度谱曲线与反应谱曲线比较见

5、下图。自选谱与规范谱对比图具体各楼层平均谱与规范谱层剪力比详下表：-X向Y向楼层号七条平均值规范谱七条平均值/规范谱的比值（%）七条平均值规范谱七条平均值/规范谱的比值（%）913341.513261.60.9812719.813894.20.92815789.218242.10.8717264.720337.10.85716657.820458.90.8118227.723240.90.78617097.322274.70.7719039.4256400.74517997.424292.50.7420570.228148.70.73420802.626540.60.7824161.63088

6、5.40.78324465.530865.30.7928886.235334.70.82232769.238121.30.8636194.442050.20.8613615039910.90.9138546.944007.80.88因字数限制，此处省略内容：加速度时程曲线、底部剪力对比、层弯矩对比，层间位移角对比等。3.4.3 弹性分析结果小结通过ETABS模型和YJK模型计算结果比较与分析，两模型计算的指标基本一致，确保了YJK模型力学分析的可靠性。3.5 中震主要构件验算3.5.1 中震参数计算参数中震计算中震参照高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）性能水准3控制地震影响系数最

7、大值0.23双向地震作用考虑结构阻尼比0.06偶然偏心不考虑材料强度弹性取设计值、不屈服取标准值构件抗震等级调整不调整风荷载计算不考虑中梁刚度放大系数1.5周期折减系数0.85连梁刚度折减系数0.60.2V0调整不调整计算方法等效弹性计算薄弱层调整不调整剪重比调整不调整其它参数与小震弹性计算相同最不利地震角方向考虑3.5.2 中震等效弹性整体计算结果按等效弹性计算的中震整体计算结果如下表;项目中震小震中震/小震X向Y向X向Y向X向Y向层间位移角1/5321/7141/12351/15922.322.23（6层）（8层）（6层）（7层）基底剪力(kN)97183.76102592.0639904

8、.743999.22.432.333.5.3 中震电算结果剪力墙受拉验算，根据地震作用组合（N=DL+0.5LL+EHK），出现小偏心受拉的钢筋混凝土剪力墙构件采用特一级构造，平均拉应力大于1.0倍ftk墙体采取提高配筋率加强措施，其中Q5在L3层平均拉应力大于1.72倍ftk，施工图设计时提高配筋率至4.89/200=2.445%。因字数限制，此处省略内容：底部加强区剪力墙正截面不屈服验算，底部加强区剪力墙斜截面弹性验算，非底部加强区剪力墙正截面不屈服验算，非底部加强区剪力墙斜截面弹性验算，框架柱正截面不屈服验算，框架柱斜截面弹性，转换梁正截面不屈服验算，转换梁斜截面弹性验算，框架梁、连梁抗

9、弯、抗剪不屈服验算。3.5.4 主要构件中震验算小结施工图将采用小震及中震包络设计，底部加强区剪力墙及框架柱正截面能满足中震不屈服要求；非底部加强区剪力墙和框架柱正截面能满足中震不屈服要求，斜截面能满足中震弹性要求；框架梁、连梁能满足正截面、斜截面中震不屈服的要求。4.大震动力弹塑性分析4.1 地震动信息及分析工况4.2 弹塑性分析计算结果X向基底剪力时程曲线Y向基底剪力时程曲线楼层剪力曲线4.2.1 位移结果层间位移角曲线X向顶点位移时程曲线Y向顶点位移时程曲线X向顶点位移时程对比曲线Y向顶点位移时程对比曲线4.2.2 汇总（1）在大震作用下结构最大顶点位移X向为120.1mm，Y向为90.

10、0mm；X向最大层间位移角为1/237，Y向最大层间位移角为1/378，满足高规1/100的规范限值，能达到“大震不倒”的目标；（2）弹塑性分析结构基底剪力与小震计算结果的比值为3.924.67倍。4.3 构件性能表现4.3.1 梁、柱性能表现（1）非转换梁、柱构件X向主作用时构件性能水平Y向主作用时构件性能水平上述结果表明：结构柱基本处于轻微损坏状态，部分处于轻度和中度损坏状态；框架梁基本处于轻度破坏或中度破坏，个别达到重度损伤，起到耗能作用；（2）转换梁、柱构件X向主作用时转换构件混凝土压缩损伤云图（位置）Y向主作用时转换构件混凝土压缩损伤云图（位置）上述结果表明：混凝土未发生损伤或轻微损

11、伤。X向主作用时转换构件钢筋塑性应变（位置）上述结果表明：max,o值均小于1，钢筋处于弹性阶段。X向主作用时转换构件钢材塑性应变（位置）Y向主作用时转换构件钢材塑性应变（位置）上述结果表明：max,o值均小于1，钢材处于弹性阶段。X向主作用时转换构件性能水平（位置）Y向主作用时转换构件性能水平（位置）上述结果表明：转换柱基本处于轻微损坏状态，转换梁基本处于无损坏轻微损坏状态，被转换柱基本处于无损坏中度损坏状态。4.3.2 剪力墙性能表现剪力墙损伤X向地震作用Y向地震作用整体结构剪力墙受压损伤分布三维图上述结果表明：a)绝大部分剪力墙没有发生损伤或轻微损伤；b)绝大部分连梁屈服进入塑性，起到耗

12、能作用。剪力墙钢筋塑性应变 X向地震作用Y向地震作用整体结构剪力墙钢筋塑性应变上述结果表明：max,o值均小于1，剪力墙钢筋处于弹性阶段。4.3.3 剪力墙综合性能水准评价 X向地震作用Y向地震作用整体结构剪力墙性能水准上述结果表明：a)绝大部分剪力墙性能水平无损坏轻度损坏；b)绝大部分连梁性能水平基本为严重损坏、比较严重损坏、重度损坏，起到耗能作用。4.4 罕遇地震等效弹性计算结果4.4.1 大震参数计算参数大震计算大震参照高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）性能水准4控制地震影响系数最大值0.5双向地震作用考虑结构阻尼比0.07偶然偏心不考虑材料强度弹性取设计值、不屈服取标准值

13、构件抗震等级调整不调整风荷载计算不考虑中梁刚度放大系数1周期折减系数1连梁刚度折减系数0.50.2V0调整不调整计算方法等效弹性计算薄弱层调整不调整剪重比调整不调整其它参数与小震弹性计算相同最不利地震角方向考虑4.4.2 大震等效弹性整体计算结果项目大震小震大震/小震X向Y向X向Y向X向Y向层间位移角1/2491/3581/12351/15924.954.44（7层）（8层）（6层）（7层）基底剪力(kN)182704.49204843.0639904.743999.24.574.65因字数限制，此处省略内容：转换柱和转换梁斜截面不屈服验算，转换柱和转换梁正截面不屈服验算等。5. 专项分析5.

14、1 楼板内力分析注：不同板厚对应拉力组为ftk/h。楼板在地震作用下的内力分布如下：二层X向地震作用下板内F11内力分布图(N/mm)（绝大部分轴拉力小于241N/mm，局部最大轴拉力364N/mm）二层Y向地震作用下板内F22内力分布图(N/mm)（绝大部分轴拉力小于241N/mm，局部最大轴拉力434N/mm）楼板在恒活作用下的内力分布如下：二层1.1x（1.3D+1.5L）作用下板内F11内力分布图(N/mm)（轴拉力均小于361N/mm，局部最大轴拉力250N/mm；局部最大轴压力为320 N/mm）二层1.1x（1.3D+1.5L）作用下板内F22内力分布图(N/mm)（轴拉力均小于

15、361N/mm，局部最大轴拉力139N/mm；局部最大轴压力为214N/mm）由上图可见，在X向地震作用下，二层F11=364N/mm，需全截面附加配筋率0.76%；在Y向地震作用下，二层楼板最大内力F22=434N/mm，需全截面附加配筋率0.84%；在竖向荷载作用下，楼板最大内力小于相应楼板最大容许拉力，但为了保证楼板有效传递水平力，施工图设计时按0.2%配筋率双层双向配筋。5.2转换梁和转换柱构件分析5.2.1 多遇地震作用下转换梁和转换柱正截面承载力验算典型转换梁和转换柱组合内力图1.1x（1.3D+1.5L+0.9W）组合轴力1.1x（1.3D+1.5L+0.9W）组合剪力1.1x（

16、1.3D+1.5L+0.9W）组合弯矩转换梁正截面承载力验算转换柱正截面承载力验算以上结果表明，转换梁和转换柱的正截面承载力满足要求。因字数限制，此处省略内容：转换梁的裂缝和挠度验算。5.2.2 实体单元有限元分析模型介绍竖向荷载下(1.3D+1.5L)混凝土主压应力云图竖向荷载下(1.3D+1.5L)内置型钢Mises应力云图以上结果表明，大部分区域压应力小于C60混凝土抗压强度设计值，内置型钢应力小于Q390GJ钢材强度设计值。5.2.3 重力荷载作用下型钢混凝土转换梁刚度退化对比分析对于大跨度的型钢混凝土转换梁，为保证在遭遇罕遇地震刚度退化后还能承担重力荷载，将转换梁刚度折减0.8，进行

17、转换梁、转换柱和相关梁构件配筋对比分析，转换梁裂缝和挠度对比分析，重力荷载作用下楼板内力对比分析。5.3 跃层柱屈曲分析结构整体屈曲模态如下： 轴视图 俯视图 第一阶 结构X向屈曲，屈曲因子 K=66.73整体模型基础上在跃层柱柱顶施加恒载工况集中荷载，底部跃层柱屈曲模态如下：底层柱整体计算长度系数计算表柱截面(mmxmm)轴力（kN）临界荷载系数临界荷载（kN）抗弯刚度(kN.m2)无支撑长度（m）计算长度系数计算值计算长度系数设计值1800 x2800（型钢柱）583533221283772612073846191.071.251000 x1000730426.9868977.6300000090.651.25因此 9.0m 高度跃层柱使用YJK计算是能满足结构的受力要求，安全可靠。5.4 装配式技术方案教学楼典型楼层预制构件三维爆炸示意图6. 结构抗震加强措施6.1 结构超限抗震加强措施根据小、中、大震结构分析结果，本结构采取如下抗震加强措施。（1）弹性时程分析中选取的地震波符合规范要求，且平均结果小于反应谱结果。（2）剪力墙：小中震对水平钢筋和边缘构件包络设计；中震考虑双向地震作用下全截面受拉，拉应力大于ftk，但小于2.0ftk，设计时按特一级抗震构造措施和提高纵向钢筋配筋率（=拉应力/200）；（3）框架柱：小中震对箍筋和纵筋包络设计；（4）框架梁和连