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多塔、有缝及错层 结构的设计

多塔、有缝及错层 结构的设计. 编写：黄吉锋 中国建筑科学研究院软件所. 目录. 1 多塔结构 2 有 “ 缝 ” 结构 3 错层结构 4 顶部 小塔楼. 1.多塔结构. 塔的概念，刚性板的概念 规范条文规定 计算模型 多塔交互定义. 多塔结构：塔的概念，刚性楼板的概念. 塔是工程概念 各塔独立计算风荷载，计算一个塔的风荷载时，就好像其余塔不存在 塔之间遮挡的考虑可以通过交互定义实现 位移、位移比分塔统计 剪重比分塔统计 偶然偏心地震的偏心距分塔考虑. 多塔结构：塔的概念，刚性楼板的概念. 多塔工程例：大底盘七塔之大底盘.

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多塔、有缝及错层 结构的设计

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Presentation Transcript

  1. 多塔、有缝及错层结构的设计 编写：黄吉锋 中国建筑科学研究院软件所

  2. 目录 1 多塔结构 2 有“缝”结构 3 错层结构 4 顶部小塔楼

  3. 1.多塔结构 • 塔的概念，刚性板的概念 • 规范条文规定 • 计算模型 • 多塔交互定义

  4. 多塔结构：塔的概念，刚性楼板的概念 • 塔是工程概念 • 各塔独立计算风荷载，计算一个塔的风荷载时，就好像其余塔不存在 • 塔之间遮挡的考虑可以通过交互定义实现 • 位移、位移比分塔统计 • 剪重比分塔统计 • 偶然偏心地震的偏心距分塔考虑

  5. 多塔结构：塔的概念，刚性楼板的概念 多塔工程例：大底盘七塔之大底盘

  6. 多塔结构：塔的概念，刚性楼板的概念 多塔工程例：大底盘七塔之七塔

  7. 多塔结构：塔的概念，刚性楼板的概念 • 刚性楼板是力学概念 • 同一刚性楼板上的节点的面内位移满足同一个刚体运动场： • 刚性楼板假定可以理解为对计算模型的降阶手段，从而提高计算效率 • 刚性楼板假定又可以理解为对工程中一类特定楼板的一种模拟，哪类特定楼板？----面内刚度足够大，面外刚度可忽略的楼板

  8. 多塔结构：塔的概念，刚性楼板的概念 • 综合以上：塔和刚性楼板在概念上是完全不同的两个东西，不应混淆。将塔与刚性楼板在头脑中默认为一个东西，是错误观念，殊不可取！ • 详言之，在实际工程中,塔的构成可以这样表达： 1个塔 = N1 块刚性板 + N2 块弹性板 + N3 个孤立节点 这里，N1,N2,N3 取 0,1,2,3,…

  9. 多塔结构：塔的概念，刚性楼板的概念 一 个 塔 可 以 这 样 来 构 成 刚性板1 弹性板区域 刚性板2

  10. 多塔结构：规范规定 • 多塔楼结构的平立面布置层数、平面、刚度 宜接近；塔楼对底盘宜对称；质心距<20%L。 D<0.2L D<0.2L L D不宜大于0.2L，以控制扭转效应

  11. 多塔结构：规范规定 • 底盘屋面楼板板厚不低于150MM,相邻上下层楼板 构造加强。 • 转换层不宜做在底盘屋面上一层塔楼内 这三个楼层楼板宜加强 该层及以上楼层均不宜设置转换层 该层楼板厚度宜大于150mm

  12. 多塔结构：规范规定 • 多塔楼之间裙房连接体的屋面梁、塔楼中与裙房 连接体相连的外围柱和剪力墙均宜加强 （提高构造配筋，做约束边缘构件） 粗红线标出了宜加强的部位

  13. 多塔结构：计算模型 • 周期比控制的计算模型 • 建立多个单塔模型，分塔验算、控制。上部有强连接的多塔，尚应补充验算整体周期比 • 可以采用强制刚性楼板假定 • 位移比控制的计算模型 • 按整体模型建模计算并验算 • 可以采用强制刚性楼板假定

  14. 多塔结构：计算模型 • 结构配筋设计的计算模型 1 （推荐） （适用于所有多塔类型） • 整体建模分析、设计 • 楼板按照真实情况计算，不做强制刚性楼板假定 • 选取足够多的振型，使得有效质量系数超过90% • 该模型理论上正确，设计基础方便

  15. 多塔结构：计算模型 整体建模 整体分析设计

  16. 多塔结构：计算模型 • 结构配筋设计的计算模型 2 （针对仅地下室相连，地上完全分开的多塔结构） • 各塔地上部分单独建模，单独设计，嵌固点取在正 负零位置（2.0总是满足） • 整体建模，设计地下室，传基础力。 • 各塔底层(地上一层)的设计结果，两种模型取保守。 • 该模型易于把握，设计上可行

  17. 多塔结构：计算模型 地上部分各自建模分析设计

  18. 多塔结构：计算模型 • 结构配筋设计的计算模型 3 （针对地上有裙楼、裙楼以上完全分开的多塔结构） • 每塔建立一个计算模型，该模型包括塔本身、完整的 裙楼和完整的地下室，嵌固点取在基础顶面，该塔裙 楼以上部分及位于裙楼中的塔范围以内的部分可以采 用该分离模型设计。 • 整体建模分析，设计裙楼、地下室，传基础力。 • 差异较大的部分的设计结果，两种模型取保守。 • 该模型易于把握，设计上可行，但部分区域的 设计结果要比较取保守，较繁琐。

  19. 多塔结构：计算模型 采用这样的分离模型设计各塔

  20. 多塔结构：图形交互定义 • 多塔结构需用户以围区方式定义； • 如存在遮挡，可以定义遮挡面，以准确计算风荷载 • 刚性楼板信息由程序自动搜索，无需用户交互操作； • 建议以最高的塔为一号塔，以下依次按高度排列。 • 多塔定义的合理性程序可以自动检查

  21. 多塔结构：图形交互定义 • 什么是合理的多塔定义？ • 完整性：结构的每一部分都有定义，不能遗漏 • 无矛盾：同一构件，不能既属于A塔又属于B塔 • 非空性：定义的塔范围的多边形内至少应包含 一个构件，不能为空

  22. 2.有“缝”结构 • 规范规定 • 有缝结构的特点 • 有缝结构的计算模型

  23. 有缝结构：规范规定 • 伸缩缝：《混凝土结构设计规范》9.1.1条，规定了排架结构，框架结构、剪力墙结构等的伸缩缝的最大间距。 • 沉降缝：《地基基础设计规范》规定了沉降缝的设置要求。 • 防震缝：《抗震设计规范》 6.1.4条，规定了防震缝设置要求。

  24. 有缝结构：特点 • 设缝结构可以看作一类特别的多塔结构，只不过塔之间的距离非常之小而已。 • 由于缝的宽度很小，导致缝隙面不是迎风面。需要定义遮挡面以准确计算风荷载。

  25. 有缝结构：特点

  26. 有缝结构：计算模型 • 各部分独立计算，建立多个计算模型 • 这种方法针对缝自顶到底将结构完全分开、只有基础相连的情况。 • 计算风荷载时，程序把缝所在的面也作为迎风面，该方向的风荷载计算值偏大，为此可定义遮挡面。 • 各部分一起计算，建立一个整体计算模型 • 原则上各种设缝结构均可做整体计算 • 应把每个结构单元定义为独立的塔 • 参与振型取得足够多，使有效质量系数超过90% • 定义遮挡面，准确计算风荷载

  27. 3.错层结构 • 错层结构的基本特征 • 计算模型 • 模型输入 • 错层信息生成 • 越层柱的计算长度系数 • 层刚度比 • 位移比和周期比 • 规范条文规定

  28. 错层结构：基本特征 • 同一楼层平面内，部分区域有楼板，部分区域没楼板 • 在没有楼板的区域内，往往形成大量越层构件 • 越层构件上的越层节点的位移不受楼板或梁的约束，可以自由变位

  29. 错层结构：基本特征 一部分有楼板，一部分无楼板，这是错层结构的基本特征

  30. 错层结构：计算模型 • 忽略不大的高差 当错层高度不大于框架梁的截面高度时，一般可以近似地忽略错层因素影响，可以归并为同一楼层参加结构计算，这一楼层的标高可近似取两部分楼面标高的平均值； • 高差较大时需要准确考虑错层 当错层高度大于框架梁的截面高度时，各部分楼板应作为独立楼层参加整体计算，不宜归并为一层，此时每一个错层部分都应视为独立楼层。

  31. 错层结构：模型输入 • 框架错层结构：可以利用修改梁节点标高的方式，来输入错层梁或者斜梁 • 剪力墙错层结构：以楼板为界，将一个楼层划分为多个楼层输入。 • 多塔错层：当不同的塔楼具有不同的层高时，在PM建模时先按同一个层高输入，然后到计算程序（SATWE,PMSAP）的多塔修改模块里修改各塔的层高。

  32. 错层结构：模型输入

  33. 错层结构：错层信息生成 • 自动考虑越层节点为弹性节点：软件自动将错层构件在楼层平面内的节点设为独立的弹性节点，不受楼板计算假定限制，因而能更真实地反应结构的实际受力状态。 • 自动搜索每一段越层柱的长度折算系数：对于错层结构，程序判断柱和墙是否越层的原则是：既不和梁相连，又不和楼板相连。程序自动按上述原则搜索出越层信息，从而确定越层柱的折算系数。 • 何谓柱的长度折算系数？比如某越层柱高H,分为三段输入，各段高H1,H2,H3，则每一柱段的长度折算系数分别为H/H1,H/H2,H/H3。

  34. 错层结构：越层柱长度系数计算 以越层柱 H=H1+H2+H3 为例： 1.针对完整的柱H计算其计算长度系数 LCOEF 2.计算各个柱段的长度折算系数 C1=H/H1 C2=H/H2 C3=H/H3 3.从而，各个柱段的计算长度系数为(也就是用 户见到的柱长度系数)： LCOEF1 = C1*LCOEF LCOEF2 = C2*LCOEF LCOEF3 = C3*LCOEF 4.可见，越层柱各柱段的计算长度系数实际上 是折算长度系数乘上计算长度系数

  35. 错层结构：层刚度比 • 层刚度比仅作参考 因为在PM中输入的计算层与真实结构的楼层不一定一致,所以软件输出的层刚度比也不一定是真实楼层间的刚度比,这一点需设计人员注意.

  36. 错层结构：位移比和周期比 • 采用强制刚性楼板假定 • 位移比、周期比均有效

  37. 错层结构：规范规定 • 高规第10.4.4条规定，错层处框加柱的截面高度不应小于600mm，混凝土强度等级不应低于C30，抗震等级应提高一级采用，箍筋应全柱段加密。 • 高规第10.4.5条规定，错层处平面外受力的剪力墙，其截面厚度，非抗震设计时不应小于200mm，抗震设计时不应小于205mm，并均应设置与之垂直的墙肢或扶壁柱；抗震等级应提高一级采用。错层混凝土强度等级不应低于C30，水平和竖向分布钢筋的配筋率，非抗震设计时不应低于0.3%，抗震设计时不应低于0.5%。

  38. 4.顶部小塔楼 • 采用基底剪力法时，根据《抗震设计规范》 (5.2.4)条，突出屋面部分的地震作用效应宜乘以增大系数3； • 采用振型分解法时，突出屋面部分每层可作为一个质点，并取足够的计算振型。同时建议按照抗震规范（5.2.5）条控制屋面小塔楼每一层的剪重比。

  39. 参考文献 1.《高层规程 JGJ3-2002》 2.陈岱林，李云贵，魏文朗. 《多层 及高层结构CAD软件高级应用》， 中国建筑工业出版社，2004

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