建筑结构抗震等级与设防烈度 [高烈度区塔式建筑结构方案设计]
时间：2019-04-18 03:30:48 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：本文结合工程实际问题，对位于高烈度区塔式建筑的结构方案进行研究设计，设计时采用钢筋混凝土框架结构、钢框架结构、轻钢-砼混合结构三种结构方案进行分析对比，最后得出结论，采用轻钢-砼混合结构体系的结构方案，可以解决高烈度地区塔式建筑结构采用钢筋混凝土框架结构位移较大、采用钢框架结构扭转不易控制的问题。
关键词：塔式建筑 轻钢结构混凝土结构 轻钢-砼组合结构
Abstract: Based on practical projects in this paper, a comparison is made for three structure systems:reinforced concrete structure, Steel Structure, light-weight steel concrete composite structure. Finally concluded that, the structural scheme of the mixed light steel - concrete structural system in high intensity tower building structure can be solved using the displacement of large reinforced concrete frame structure or steel frame reverse is not easy to control the problem.
Keywords: tower;light steel structure;concretestructure; composite light steel-concrete structure;
中图分类号：TU文献标识码：A文章编号：
1.前言：
钢筋混凝土结构、钢结构以各自独有的特性成为应用广泛的结构形式，并发展成为相对独立的结构学科，随着社会的发展，对建筑物使用功能的要求越来越高，目前现有的成熟的结构体系已经不能完全满足不断增长的功能要求，为使结构设计更好地服务社会，服务建筑功能要求，与时俱进，迫切需要对新型组合结构体系进行探索和研究【1】【2】。轻钢-砼组合结构能充分发挥钢、钢筋混凝土两种材料各自的优良性质，扬长避短，在欧美、日本等国应用广泛，我国对组合结构的研究起步较晚，组合结构有狭义和广义之分，通常所指组合结构仅指狭义意义上的钢-砼组合构件，主要有以下几种：钢-混凝土组合楼板、钢-混凝土组合梁、钢管-混凝土组合受压构件、型钢混凝土梁（柱、墙），广义意义上的组合结构主要指组合结构体系，根据结构体系间不同的组合方式，组合结构体系可分为以下几种：组合框架结构体系、巨型组合结构体系、横向组合结构体系、竖向组合结构体系【3】【4】。现阶段国内外对组合结构的研究主要是对狭义意义上组合构件的研究，而对建筑物整体广义的组合结构体系尚未有成熟的研究，加上现在的计算程序相对不完善，现行相关规范也只是涉及到钢-砼组合构件【5】。在某些特殊体型的工程结构中，如结构刚度呈上柔下刚的塔式建筑工程，若采用钢筋混凝土框架结构，结构位移不易控制，若采用钢框架结构，结构周期不易控制，为解决这一问题，本文结合工程实例通过多种结构方案分析对比，提出采用轻钢-砼组合结构体系，即下部结构采用钢筋混凝土框架结构，上部结构采用钢框架结构，这种组合结构是将不同材料组合在一起的结构形式，在设计时将不同材料和构件的性能纳入整体进行考虑，并非两种材料的简单组合和叠加，通过发挥两种材料各自的优势，以解决在高烈度地区塔式建筑结构位移较大、扭转不易控制的问题，从而获得更好的结构性能和综合效益【1】【6】【7】。
2. 工程概况：
结构为某塔楼结构，建筑物平面形状呈圆形，1~3层半径为1800mm（圆心至外墙外皮），层高2400mm，第四层半径为2650mm（圆心至外墙外皮），层高2700mm。详图1。根据建筑功能需要，结构只能设计为四根框架柱，框架柱最大截面为400x400(mmxmm)，且框架柱竖向不连续，四层需要向外挑出，墙体材料必须采用烧结普通砖。
结构设计资料：
1）地震作用及荷载取值：抗震设防烈度为9度，地震基本加速度0.4g，地震分组第二组；基本风压：0.3kN/m2；基本雪压：0.15kN/m2；楼面及楼梯活荷载：2.0kN/m2；不上人屋面活荷载：0.5kN/m2；恒载取建筑材料自重，场地类别为Ⅱ类场地，基础采用独立基础。
2）荷载组合：
标准组合： ；
准永久组合：
基本组合： ； ；
地震效应：
图1：塔楼建筑平面及立面
Fig 1. Plane and vertival of tower building
3.结构模型与计算分析
3.1方案一：采用钢筋混凝土框架结构体系
图2：混凝土结构方案平面
Fig 2. Plane of concrete structure plan
按照常规方案，对建筑物采用钢筋混凝土框架结构，利用PKPM结构软件进行建模和计算，混凝土强度等级采用C30，钢筋采用HRB400级，结构平面详图2，楼板与框架采用刚性连接，计算时考虑楼板参与框架工作，假定楼板为刚性楼板，考虑单向水平地震作用，不考虑竖向地震作用，采用振型分解反应谱法（CQC）计算水平地震作用；位移求解采用简化方法，并考虑偶然偏心的影响；层刚度比计算采用地震剪力与地震层间位移之比；根据《抗规》，结构阻尼比取值5%，并分别采用SATWE及PMSAP程序进行计算分析，主要计算结果详表1~3。
3.2方案二：采用钢框架结构体系
图3：钢结构方案平面
Fig 3. Plane of steel structure plan
对建筑物采用钢框架结构，梁柱钢材均采用Q235B,利用PKPM结构软件STS进行建模和计算，结构平面详图3，楼板与框架采用刚性连接，计算时考虑楼板参与框架工作，假定楼板为刚性楼板，钢梁侧向有楼板约束，故不考虑钢梁平面外稳定；计算时只考虑单向水平地震作用，不考虑竖向地震作用，采用振型分解反应谱法（CQC）计算水平地震作用；位移求解采用简化方法，并考虑偶然偏心的影响；层刚度比计算采用地震剪力与地震层间位移之比；根据《抗规》，结构阻尼比取值3.5%，在内力和变形分析中考虑重力二阶效应（P-△效应），不考虑蒙皮效应，计算分析分别采用SATWE及PMSAP程序进行，主要计算结果详表1~3。
3.3 方案三：采用轻钢-砼组合结构体系
图4：钢-混凝土组合结构方案平面
Fig 4. Plane of steel-concrete structure plan
建筑物1~3层采用钢筋混凝土框架，混凝土强度等级为C30,钢筋采用HRB400级，4层采用钢框架结构，梁柱钢材均采用Q235B,利用PKPM结构软件进行建模和计算，结构平面详图4，楼板与框架采用刚性连接，计算时考虑楼板参与框架工作，假定楼板为刚性楼板，在自身平面内刚度无限大，不考虑平面外刚度；钢梁侧向有楼板约束，故不考虑钢梁平面外稳定；计算时只考虑单向水平地震作用，不考虑竖向地震作用，采用振型分解反应谱法（CQC）计算水平地震作用；位移求解采用总刚度矩阵，并考虑偶然偏心的影响；层刚度比计算采用地震剪力与地震层间位移之比；根据《抗规》，1~3层钢筋混凝土结构阻尼比取值5%，位移角控制目标为1/550，考虑到钢结构只有1层，根据《抗规》要求，4层钢结构阻尼比亦取值5%，位移角控制目标为1/250，在内力和变形分析中考虑重力二阶效应（P-△效应），不考虑蒙皮效应，并分别采用SATWE及PMSAP程序进行计算分析，主要计算结果详表1~3。
