某复杂连体高层结构抗震设计

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1、第40卷第10期建筑结构2010年10月某复杂连体高层结构抗震设计侯书利，张南，李俊峰，徐承强（山东同圆设计集团有限公司，济南250001）摘要结合实际工程，从结构体系、性能设计等方面对某复杂连 体结构设计 进行了详 细论述，并采用多种结构有 限元计算程序对其进行弹性、弹塑性分析，评价其抗震性能。同时，对连接体受力性 能及其关键节点强度 进行有限 元分析，并采取必要的构造措施保证结构的安 全可靠。计算表明，通过采用合理的结构布置与连接体,采取适当的 构造措施，结构的抗震性能可以满足规范要求 。关键词连体高层；性能设计；弹塑性分析；节点强度Seismic design of a complex

2、high rise connecting building structureHou Shuli, ZhangNan, Li Junfeng, Xu Chengqiang(Shandon(TongyuanDesignGroup Co., Ltd. , Jinan 250001, China)Abstract: Basedon the real projectof a complexhigh rise connectingbuilding, its structuralsystemconcerniig performancedesign wasillustrated in detail. The

3、 finite elementmethod (FEM) analysiswas conductedto evaluatethe anti seismic property of the structure. FEM was also applied for the mechanical property of the connecting portion and strength of the joints as well. Constructin measurednad been implementecto guaranteethe securityof the structure. It

4、is shownthat a properarrangemenbf structureand connectiontogetherwith reasonablestructuralmeasurescanmakean antiseismicbuilding.Keywords: high rise connectingbuilding; performancedesign; elasto plastic analysis; joint strength1 工程概况济南市人民检察院办公、办案和专业技术用房综 合楼位于济南市体育南路以南，体育西路以东，龙奥大厦西南侧，总建筑面积34 000m2,建筑高

5、度为 55 30m, 东西长74 5m,南北宽68 9m。建筑平面布局分为南北两个塔楼，均为地下1层,层高5 1m,地上11层,层1层高5 4m,层2层高4 2m, 层3 11层高均为3 9m,岀屋面楼梯间层高为4 2m。南北塔楼间每层均有4 1m宽的细腰连廊连接，层10,11通过跨度37 5m、高度7 8m的两层空腹钢桁架连接 体分别将南北塔楼的左右两端连为一体。工程连体位 置较高，跨度较大，主体为钢筋混凝土结构，连接体为钢结构。建筑平面为组合形状，有较为明显的细腰形连廊。层2楼板不连续，局部开洞面积大于30% ,因此，工程属超限结构，并于2009年3月2日顺利通过了 山东省的超限专家评审。

6、工程鸟瞰及结构平面图分别 如图1,2所示。建筑抗震设防烈度为 6度，设计地震分组为第二 组,设计特征周期为 0 4s,场地类别为类,地面粗糙度为B类,基本风压按50年一遇的风压并考虑相邻建 筑的相互干扰增大系数1 151,取0 52kN m2。2 结构方案2 1结构体系结合建筑布置，主体采用框架剪力墙结构体系，图1工程鸟瞰图国通谕血检iniTLtMl. h tt.li *.th购他讪谄图2 结构平面图框架抗震等级为三级，剪力墙抗震等级为二级。框架作者简介：候书利，高级工程师，一级注 册结构工程 师，Email: ceratohau163. com。总 1994-2010 China Acade

7、mic Journal EltcLronic Publishing HjOUSA. All rishis rcscrvtd. h(tp7?www.i:nki Jicl第40卷第10期建筑结构2010年10月总 1994-2010 China Academic Journal EltcLronic Publishing HjOUSA. All rishis rcscrvtd. h(tp7?www.i:nki Jicl第40卷第10期建筑结构2010年10月26总 1994-2010 China Academic Journal EltcLronic Publishing HjOUSA. All

8、rishis rcscrvtd. h(tp7?www.i:nki Jicl柱主要尺寸为 700 700, 600600,主要柱网为 6 6m8 2m,楼面采用现浇混凝土实心楼板,板厚为160mm,为增强细腰连廊刚度，细腰连廊处框架梁截面采用 600600、板厚取200mm连接体结构两侧的两道横向剪 力墙设置端柱(型钢柱)以加强与连廊的连接，剪力墙厚度取400mm,端柱截面为8001 000,电梯井部分的墙体厚度为200mm,其余剪力墙厚度取 300,250mm。框 架柱混凝土强度等级为C40,梁板混凝土强度等级为C30,剪力墙端柱内型钢均采用Q345B级钢。2 2连接体结构布置连接体采用钢桁架

9、结构，连接体与两侧塔楼之间通过桁架弦杆与剪力墙内型钢端柱刚性连接。连接体 左右两侧各设置两榀钢桁架作为主要的竖向承重体 系,桁架高度占用两个楼层,即7 8m,桁架跨度37 5m, 通过交叉斜腹杆支撑及底部、中部、顶部三道水平布置 的楼板,构成一个刚度较大的！箱体？，保证了连接体自 身的刚度及整体稳定性，同时加强了连接体楼板水平 面内的抗弯、抗剪和轴向刚度，能够很好地协调南北塔 楼的变形，减小塔楼侧移。桁架立面如图3所示。考虑到施工方便和受力合理，连接体构件均采用Q345B级焊接H型钢，其中，上、下弦杆均选用 H8005002430,中弦杆采用 H6005002430,交叉斜腹杆采用 H5004

10、5024 24,竖杆采用 H45045020 20。的轴压比限值(重力荷载代表值作用下 )0 5双控。(3) 连接体楼盖布置：连接体楼盖结构均采用压型 钢板与混凝土组合楼板，为增强其结构整体性，连接体 楼板厚度取200mm,在钢梁上焊接剪力栓钉以有效传 递剪力。楼板平面内设置交叉支撑，可进一步保证水平力的有效传递及平面内的侧向刚度，增强双塔的协同工作性能，并减少楼板开裂。连接体楼板加厚范围 延伸至主楼内各一跨，且此跨楼板平面内也设置交叉 支撑,在此范围内上下楼板钢筋全部拉通，以使连体部分能更有效地抵抗板内可能岀现的拉应力。连接体平 面布置如图4所示。图4连接体平面布置图(4) 连接体两侧的构件

11、加强：为保证连体结构的两 榀桁架梁分别与左右两侧塔楼结构可靠锚固，与桁架相连的塔楼横向剪力墙内在楼层暗梁内设置H型钢, 110 China Avadtmic JaumEil Electronic Ptihlishinu： House. All rihLs rcscrvucl.H型钢尺寸同桁架弦杆尺寸 ，横向剪力墙上下楼层间 设置构造暗撑，以增强剪力墙延性及传递连接体的水 平力。与桁架相邻处的塔楼纵向框架梁(即图3中轴,框架梁)内也设置构造 H型钢，以加强南北塔楼 纵向与连接体的连接。 110 China Avadtmic JaumEil Electronic Ptihlishinu： Hous

12、e. All rihLs rcscrvucl.27htLp:/伙 WAnki.nciJ6K*Ims?rsa3TW 1*)i图3桁架立面图3 结构整体计算分析结构基于性能的抗震设计目标是：连接体本身考虑水平及竖向地震作用，按中震弹性设计，连接体支承 部位的下两层墙体按中震不屈服设计。该工程满足性 能目标D的要求1。3 1计算模型及主要参数结构整体计算分析采用SATWE, MIDAS Gen两种程序。周期折减系数为0 8,考虑5%偶然偏心及双向地震力，振型组合方法为CQC法,振型参与质量比 &90%。阻尼比：SATWE统一按0 05考虑；MIDAS Gen计 算时,使用基于应变能的阻尼比计算方法，

13、混凝土部分按0 05,钢结构部分按0 025考虑。楼板假定：计算周 期和位移时采用刚性楼板假定；计算杆件内力和截面设计时采用真实反映楼板平面内刚度的假定，即层2顶较大洞口周围、细腰连廊及连体部分的楼板定义为 弹性膜3结构设计采取的构造措施(1) 结构总体布置：根据#高层建筑混凝土结构技 术规程？( JGJ3%2002)2要求，调整两塔楼平面布置使 其刚度尽量接近。另外，为避免扭转周期接近平动周期引起耦合共振，调整剪力墙及连体结构的布置，尽量使扭转周期与平动周期避开。工程第1扭转周期与第 1平动周期之比Tt T1满足规范要求。(2) 剪力墙布置：连体结构两侧的剪力墙抗震等级 提高到二级，剪力墙加

14、强部位墙肢均设置约束边缘构 件，并加强剪力墙配筋，连接体每一榀桁架支座下设置钢骨混凝土端柱，端柱内从层8开始设置截面为 H700500 20 30的型钢，型钢上设置19 200栓钉以加强与混凝土部分的连接。剪力墙端柱轴压比按框架 柱轴压比限值(考虑地震组合内力)0 75和剪力墙墙肢。3 2反应谱分析结果采用两种计算程序分别进行地震反应谱分析，计 110 China Avadtmic JaumEil Electronic Ptihlishinu： House. All rihLs rcscrvucl. 110 China Avadtmic JaumEil Electronic Ptihlishi

15、nu： House. All rihLs rcscrvucl.1 *4-2010 Chiaij Academic Jaumal EkcLranic Publishing House. All righLii rcsurvizd.htLp:沁7 w a- nki net算结果如表1所示。计算结果表明：两种程序计算的 动力特征基本接近，工程剪力墙设置合理，抗扭刚度较 好,各项计算结果均满足规范要求。结构反应谱分析计算结果表1计算程序SATWEMIDAS Gen周期平动系数周期平动系数T1= 1 2351 00（X）T1= 1 2230 97（X ）自振周期sT2= 0 8241 00（Y）T2= 0 9301 00（ Y）T3= 0 7830 02T3= 0 8380 03Ta T1=0 63T3 T1 =0 68方向X向Y向X向Y向