《北京当代moma悬挑结构竖向地震分析及设计要点》由会员分享，可在线阅读，更多相关《北京当代moma悬挑结构竖向地震分析及设计要点（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第1 九届争国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 6 年 北京当代M O M A 悬挑结构竖向地震分析及 设计要点 冯丽娟肖从真徐自国李跃林 中国建筑科学研究院北京1 0 0 0 1 3 ) 提要北京当代万囱城北区工程的几栋塔楼普遍存在高位悬挑结构，超出了规范规定的悬挑尺寸，在设 计时针对悬挑结构及其对整体结构的影响，进行了竖匈地震的计算，分别采用r 反麻谱法和时程分析法 对设计使用的地震力作了定量的分析同时对悬挑部分的设计采用了中震弹性的性能化l 霞计等措施，保证 结构的安全。 关键词竖向地震悬挑结构反应谱分析时程分析性能化设计 1 概述 北京当代万国城北区工程地上总建筑面积约为1 6 0
2、，0 0 0 平方米，由九个最高有2 l 层的 塔楼( T I T 9 ) 及其它建筑组成，包括一个中心影院和地下停车库，塔楼主要用于住宅用途。 九个塔楼在结构顶部通过连廊连接成环形系统，并且多个塔楼顶部带有较大的悬挑结构。 该结构有多项超限内容，本文主要针对悬挑结构的超限内容，介绍计算分析及设计时采用 的一些措施。本文主要针对T 7 8 和部分T 9 的计算分析和设计的内容。 本工程抗震设防类别为丙类，设防烈度为8 度，场地类别为I I I 类，主体塔楼的结构 形式均为框架一核心筒体系；塔楼悬挑结构采用带有斜撑的钢结构形式：塔楼之间的连廊 则采用箱型钢桁架结构形式。T 7 8 为双塔楼结构(
3、 高塔为T 8 ，低塔为T 7 ) 存在较大的悬挑 结构。其中T 7 结构从1 2 层( 3 4 9 5 米) 开始向东悬挑l O 米，共悬挑3 层，超过了规程建议 的最大悬挑尺寸；T 8 结构从1 6 层( 4 7 1 5 米) 开始向南悬挑l O 米。共4 层。 赣捌 螨 撼册 十叶 。：| l 1 ： 蝌 器冀越 ： ：| ：8 ：I 正；麟 骶ji弱拜#： ；鞘 辫麟辜 t簿鞴i ；I I ；i l i T 十一 日童H|jjj：曩。： 各 田lT 7 8 结构1 1 层顶板田2T 7 8 结构1 5 层厦板 地震时，地面运动的竖向分量引起建筑物产生竖向振动。震害调查表明在高烈度区 竖
4、向地震的影响十分明显。冈此我国抗震规范规定【1 1 I 设防烈度为8 度和9 度区的大跨度 结构、长悬臂结构，以及设防烈度为9 度区的高层建筑，应计算竖向地震作I j 。本I ：程悬 冯州蚺立1 9 7 74 小牛碰h 丁程蛔j , 3 1 4 第1 九届伞田高层建筑结构学术会议论史2 0 0 6 年 挑部分达1 0 米，设防烈度为8 度根据规范进行了竖向地震分析。 2 竖向地震分析方法 竖向地震的分析方法川一般有三种： 1 ) 规范建议的简化方法 高层建筑的竖向地震作用计算可采用类似于水平地震作J j 的底部剪力法，即先确定结 构底部总竖向地震作削，然后由总竖向地震作用计算结构各个质点上的地
5、震作埘。这种方 法不用求解竖向周期和振型。规范对9 度时的高层建筑的竖向地震作崩标准值计算给山了 计算方法，并规定楼层的竖向地震作用效应可按各构件承受的重力荷载代表值的比例分配， 并宜乘以增大系数1 5 。 2 ) 竖向反应谱法 竖向地震作H j 反应谱法与水平地震反应谱法相同，先计算结构的竖向白振周期和振黎， 再由竖向扳型周期从竖向反应谱求得等效竖向力。求出各振型的竖向地震作崩和内力| I 厅， 用平方和开方法进行振型的内力组合。此法较合理，然而要计算结构的竖向白振特性，并 需要建立相应的竖向地震反应谱。 3 ) 竖向时程分析法 时程分据法又称直接动力法，将高层建筑结构作为一个多质点的振动体
6、系，输入已知 的地震波，用结构动力学的方法，分析地震全过程中每一时刻结构的振动状况，从而了解 地震过程中结构的反应，计算量较大。竖向地震的时程分析结果应满足规范对时程法的相 应要求口】，每条时程曲线计算所得的结构底部剪力不应小于振型分解反应谱法求得的底部 剪力的6 5 ，多条时程曲线计算所得的结构底韶剪力的平均值不应小于振型分解反廊谱法 求得的底部剪力的8 0 。 以上三种计算方法，1 ) 是简化计算方法，2 ) 、3 ) 相对要精确一些。 本工程设防烈度为8 度场地类别为 I I I 类场地，坝塔结构且悬挑长度较大( 1 0 米) ，超过规范建议值( 4 米) ，而且位于 结构近顶部，加速度
7、反应较大”】，对竖向 地震作用比较敏感。为考察该工程悬挑部 位的竖向地震作甩效应采用竖向反应谱 方法和竖向时程分析方法对结构的竖向地 震作用进行的分析。在竖向地震反应谱分 析时，可近似采用水平地震反应谱，竖向 地震影响系数取水平地震影响系数的 6 5 ，本j f ：程为8 度【I j 类场地。竖向最大 地震影响系数为0 1 0 4 。竖向地震时程分析圈3 结构键体模埤! 时，输入地震加速度的最火值取水平地震的 3 1 5 第1 九扁全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 6 年 O 6 5 倍，印o 4 5 5 m s 2 ：时程分析采用了3 条波，包括I I I 类场地人J ：波、E lC
8、e n r o 波的竖向 分黛和P e t r o l i a 波的竖向分量。进行竖向地震分析时，阻尼比分别取5 和2 进行计算。 计算分析采州美国C S I 公司的E t a b s 程序p J 。整体分析模型如图3 。冈连廊设置了隔震 支庵，故塔楼结构整体计算时，分析模型中不包括连廊结构，只是将迮廊的竖向荷载传递 到整体结构上这一部分竖向荷载不转换成质量参与地震作用计算。反应谱计算时，在E t a b s 中计算时儿点注意：( 1 ) 质量源不要勾选“仅考虑侧向质量”：( 2 ) 求解的周期要足够多， 以保证z 方向的振型参与质量达到9 0 。求解振型时用E i g e n V c c t
9、 o r 方法需要的周期很多， 不容易算出足够多的竖向振型，因此采用了R i t z 法。 3 竖向地震结果分析 3 1 竖向地震作用下结构层轴力效应 在竖向地震作用下，结构竖向构件会出现附加轴向力。将结构在竖向地震作爿j 下各层 构件轴向力的合力与上部结构重力荷载代表值之比定义为轴重比，计算公式如下： “ 旯聊= P j G ，式中：毋1 一第i 层第j 个竖向构件的竖向内力，m 为第j 层竖向构 件总数；一第i 层结构重力荷载代表值，N 为第i 层以上楼层总数。 j 篷 O5O O 口0 口0 0 15 口0 0 zD 口O Dz5 0 O3 0 0 0 0 层轴山( kN ) 幽4T 7
10、 8 怪向地震层轴力 3 1 6 图5T 7 3 竖向地震轴重比 第l 寸L 届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 6 年 从图上可以看出，结构在实际地震输入与反应谱计算条件下，竖向地震的效应均在结 构重力荷载代表值的1 0 以F 。图中结果是按照阻尼比5 计算的结果。 该结构土体部分是混凝士结构( 部分柱为型钢混凝十柱) ，但悬挑部分主要是钢结构， 冈此对阻尼比2 也进行了计算，针对基底剪力作了两种阻尼比结果的对比，如F 表 表1 竖向地震时程分析和反应谱结果对比( 阻尼比= 5 ) 反成谱E 1 - C e n t r o 波P e t r o l i a 波人工波，产均值 摹底妊向反
11、力2 1 1 5 321 9 2 1 4 22 5 3 2 932 4 7 7 5 82 3 1 0 6 4 l 波与反应谱的比值9 1 1 2 0 1 1 7 1 0 9 麦2 竖向地震和反应谱结果对比( 阻尼比= 2 x ) 反麻谱E 1 C e n t r o 波P e t r o l i a 波人T 波平均值 基底竖向反力2 3 3 6 8 92 3 0 8 2 52 9 9 6 9 72 9 5 9 2 52 7 5 4 8 2 4 l 波与反应谱的比值 9 9 1 2 8 1 2 7 1 1 8 由上述表中可见，当阻尼比取2 时，竖向地震反应基本上都大于阻尼比5 的结果。 两种阻尼
12、比情况下，每条地震波的反应都大于反应谱的6 5 ，三条地震波的反麻的平均值 人于反戍谱的8 0 ，满足规范要求。结构实际的阻尼比应该介于2 与5 之间，所以，竖 向地震的时程分析结果满足规范对时程法的要求。 3 2 竖向地震时悬挑部分构件的轴向力与重力荷载计算 图6 结构悬挑构件示意翻 r 表为T 7 年T 8 结构恳挑何置斜撑在二条地震波( 多遇地震) 及反应谱条件- 卜轴向力 及与重力作用卜的比值。对比可见，竖向地震效戍亦在1 5 的重力敛虑以下。 结构阻尼比分别采_ I j5 和2 进行计算，结果对比如卜- ： 3 1 7 第十几届争国高层建筑结构学术会议论文 2 0 0 6 年 表3T
13、 70 1 0 构件轴力竖向地震效应( 单位：k N ) 嘈力值 阻窟吣 自重E l C e n t r o 波P e t m l i a 波人工波 平均值 一经向反麻辫 善- - 2 2 0 7 5 ( 77 1 3 6 82 ( 1 36 )3 3 95 r 1 25 0 )3 0 5 “1 13 、2 9 15 ( 1 08 1 2 7 0 9 6 善= 5 1 4 8 2 ( 5 5 12 8 6 4 ( 1 06 1 2 5 64 ( 95 12 3 0 3 ( 8 5 )2 5 06 ( 92 1 表4T 8D 3 1 构件轴力竖向地震效应( 单位：k N ) 舭值 阻窟 k 自重
14、 E l C c n t r o 波P c t r o l i a 波人T 波平均值r 降向反心谱 善= 2 2 3 48 ( 80 1 4 6 91 ( 1 6 7 m )3 5 42 ( 】2 I )3 5 2 7 ( 1 20 )3 8 82 5 ( 1 3 3 1 2 9 2 4 1 毒= 5 I7 26 ( 59 ) 3 1 4 2 ( 1 07 ) 2 6 81 ( 9 2 ) 2 5 1 6 ( 86 1 2 9 I3 ( 1 00 ) 婶F ：括号中为竖向地震结果与重力荷载代表值的比值 对比可见，阻尼比取2 和取5 时相比，构件在地震波和反应谱条件卜的轴力竖向地 震效应增大了，
15、且P e t r o l i a 波的结果超出了1 5 ，但是三条波的竖向地震效应的平均值在 1 5 的重力效应以内。规范规定，竖向地震作用的标准值在8 度设防时，可取该结构或构 件承受的重力荷载代表值的1 0 ，在本工程结构设计中通过分析采用重力荷载代表值的1 5 作为本结构悬挑部位的竖向地震效应加以考虑。 3 3 悬挑部位竖向加速度分布 以卜分别是多遇和罕遇地震下T 8 悬挑位置竖向加速度放人系数沿水平方向分布图。 T 8 丝 苫三三兰荨 1 。f 三三罂“ T 83白“? 7 Z 旨兰三兰等辔 图7 多遇地震T 8 悬挑位置竖向加速度放大系数 圈8 罕遇地震T 8 悬挑位置蛏向加速度放人
16、系数 T 8 悬挑结构位于离地面4 7 1 5 米处，在竖向地震波作用F ，加速度反虑较大，沿愚挑 方向加速度早放大趋势，其中T 8 悬挑外端加速度放人最人约为3 4 倍。同时在悬挑结构根 部也有较大的加速度放大，因此与在地面的悬挑和大跨结构不同，设计时庇加强。 4 悬挑结构的设计要点 为减轻自重，梁柱采用H 型钢，并且设置了受拉的钢斜撑，提高悬挑结构的刚度和承 3 l S 第十九届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 6 年 载力为承受悬挑部分重力荷载产生的倾覆 力矩，在悬挑部分增设钢斜撑，将倾覆力矩 _ * 传递到塔楼上；在塔楼相应的部位增设钢管 斜撑使塔楼整体承受倾覆力矩。在塔楼内铜柱盯 除设置核心筒外。还设置了十字
