多层建筑结构设计与分析

多层建筑结构设计与分析

1大推动文化生活概况昆山文化艺术中心位于昆山西部副中心的城市森林公园内，是该市中心区域的重要组成部分。该项目是一座集文化交流、会议、休闲、娱乐等功能于一体的综合文化建筑。整个建筑群由大剧院、影视中心、文化活动中心、展示中心、室外连廊及配套车库组成,总建筑面积约8万m2。本文仅介绍大剧院部分的结构设计。大剧院部分(图1)三层及以下由400座多功能剧场及1400座的大剧院组成,四层由国际会议厅、新闻发布厅、大会厅及若干小会议室组成。平面示意图如图2所示。2一般判断如图2所示,本项目的平面复杂,对其进行规则性判别,如表1所示。3顶板嵌固部位结构计算模型中,嵌固部位是否符合实际情况,直接影响结构受力真实性,从而关系到结构安全。本项目在结构计算中嵌固部位难以明确指定。一般建筑只要符合《建筑抗震设计规范》的要求,均可将地下室顶板作为嵌固部位。在该项目结构计算中,嵌固部位很难直接依据规范要求确定。(1)如图2(a)所示,后台北面为地下车库,顶板标高为-1.800m,上有约1.5m覆土。由于地下车库覆土层没有压实要求,故车库顶板覆土对于主体结构的嵌固作用不大,也就是说车库顶板(即-1.800m处楼板)不能作为主楼的嵌固部位。(2)后台的板顶标高为-1.350m,即±0.00m处楼板开大洞。此外,观众厅部分的板为一斜面,并不在同一标高。不符合抗震规范要求。因此,地下夹层楼板也不能做为嵌固部位。根据工程实践经验,嵌固部位如果再下移一层,设计结果将会很保守,经济性不好。4凝土框架-剪力墙结构本工程抗震设防烈度为7度(0.1g),设计地震分组为第一组,建筑场地类别为Ⅳ类,采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构。由于大剧院的座位数超过1400座,属于大型剧院,抗震设防类别取为乙类,抗震设计时,地震作用满足7度要求,抗震措施满足8度要求。结构中框架抗震等级为二级,剪力墙抗震等级为一级。根据建设方要求,大剧院设计使用年限为100年,结构构件的重要性系数为1.1。4.1结构设计结果采用SATWE、PMSAP软件进行对比计算。地震作用按地震剪力与地震位移的比分析模型并考虑扭转耦联,共计算24个振型,结构嵌固部位取在±0.000m标高处,计算结果见表2、表3。针对本工程实际情况,结构设计中采取了以下措施:(1)利用地下室建筑布局,增加地下混凝土剪力墙布置,提高地下室结构楼层的侧向刚度。经计算地下室楼层侧向刚度约为相邻上部楼层的20倍,满足规范要求。(2)对于楼面开大洞较多的情况,在楼板开洞处的下一层将其板加厚到180mm,并适当加大配筋,从而有利于楼层水平力传到周围土体中。(3)分两个版本计算,将结构嵌固部位分别设置于地下室顶板和地下夹层楼板,回填土对地下室约束相对刚度比定为2,结构设计中按二者的不利情况控制。4.2采用相应剪力调整方法根据本项目的实际情况,由于建筑专业平面布局的变化,首层至屋面在外立面变化复杂,造成各层楼层刚度差异较大。整体计算程序采用的剪力调整方法为按结构底部总剪力一次调整,即楼层框架总剪力取0.2V0和1.5Vf,max的较小值。同时,考虑顶部几层剪力墙较少的情况,对计算程序中的调整系数进行了人为干预,顶部几层不进行剪力调整。通过对剪力区段的合理划分,能够保证结构设计的合理性和经济性。4.3弹性波计算时程如图2及表1所示,该项目存在结构空旷、楼板不连续、楼板弱连接、结构扭转效应较大、位移比较大等不规则类型,为具有多项不规则的多层建筑。采用弹性时程分析法进行多遇地震下的补充计算。弹性时程分析参数:选用天然波TH1TG065、TH4TG065,人工波RH3TG065波进行计算;地震加速度时程曲线的最大值为35cm/s2,结构阻尼比取5%。时程分析得到的结果如图4所示。计算结果分析:1)振型曲线符合规律;2)最大层间位移角<1/1000;最大层间位移与平均层间位移之比<1.4,均满足规范要求;3)从楼层剪力图4(b)可以看出,在计算模型第10层发生剪力突变,这与实际情况符合;此外,分析结果还表明,弹性时程分析得到的底部剪力约为CQC法计算值的1.03倍,因此,在CQC分析时,将全楼地震剪力放大1.05倍;4)时程分析的最大位移平均值小于反应谱法计算的位移值,时程分析的最大楼层剪力与弯矩均小于反应谱法的计算值。5确定综合构造、安装的点和方案如图2及表1所示,该项目存在结构空旷、楼板不连续、楼板弱连接、结构扭转效应较大、位移比较大等不规则类型,为具有多项不规则的多层建筑。结合《昆山市文化艺术中心结构抗震专门研究和论证会会议纪要》,计算时设计时采取以下技术措施:(1)计入双向地震作用下的扭转影响;对重要结构部位采用PK程序进行单榀补充计算。(2)由于结构平面存在凸凹、楼板不连续情况,补充分体计算。即考虑地震作用下,细腰部位楼板失效,将这部分楼板去掉,将剩余平面按分塔计算,进行强度控制包络设计;此外,计算中真实模拟楼板开洞情况,加强连接部位。(3)对重要、关键构件性能指标从严要求:其中大剧院台口大梁、台口柱按中震弹性设计。(4)对长悬臂和大跨度结构考虑竖向地震作用,地震作用标准值取为该结构、构件重力荷载代表值的10%;此外,大跨悬挑梁(悬挑长度>5m)按承载能力极限状态控制选取梁截面,并在梁中布置无粘结预应力钢筋,以满足梁的正常使用极限状态要求。(5)调整大剧院看台局部结构布置,对大跨悬挑梁根部平衡段适当放大,尽量避免受拉墙或柱。6结构构造措施该项目为超长结构,平面尺寸约120m×124m,属超长结构,但因其特殊的建筑形式,难以对其分缝断开,须考虑温度荷载的影响;采取的结构构造措施为:1)设置伸缩后浇带,并控制封带温度不超过10℃;2)适当加大楼板的温度钢筋,楼板通长布置上铁负筋,在支座处设置短钢筋与通长筋“隔一布一”以满足计算要求;3)混凝土中添加高性能膨胀抗裂剂;4)加强保温隔热等技术措施。7混凝土中的氯离子含量混凝土耐久性设计按100年考虑。采取的结构构造措施为:1)混凝土保护层厚度应按《混凝土结构设计规范》(GB50010—2002)表9.2.1的规定增加40%;2)控制混凝土中的最大氯离子含量为0.06%;3)宜使用非碱活性骨料,当使用碱活性骨料时,混凝土的最大碱含量为3.0kg/m3;4)依据《混凝土结构耐久性设计规范》(GB/T50476—2008)室内环境作用等级为Ⅰ-A,桩及与土壤直接接触的构件环境作用等级为Ⅰ-B。8旋转式多层