高层建筑大空间层的抗側移刚度的计算分析

[提要]高层建筑核心筒某层无楼板,形成大空间,抗側移刚度的变化造成力学模型的变化,通过计算分析,考虑该层刚度,按薄弱层处理,结构位移.周期均满足规范要求.
[关键词]大空间 抗側移刚度 薄弱层
The hard degree of oppose to remove that the big space in the tall building to adopt to consideration and analyze

Abstract: The certain floor of the center tube-shaped object in the tall building no storey board, to form the big space , it to cause a change of the mechanics model that a change of the hard degree of oppose to remove, to adopt to consideration and analyze, to think about the hard degree of the certain floor, to deal with the weak floor, the structure displacement and cycle to satisfy the requisition of standard.
Keywords: big space; the hard degree of oppose to remove; weak floor
一.工程慨况:
某单位办公大楼位于深圳市南山区,由十八层主楼和四层副楼.一层地下室组成,.总建筑面积3.2万M⒉.采用钢筋混凝土结构体系，框架剪力墙结构，主楼高82Ｍ，为高层建筑，地下室为车库，一层为辅助用房，二层为主要入口大厅，（见图一）；由于建筑功能需要，入口处形成大空间中庭，三层平面中除二个核心筒内有楼板相互连接外，核心筒外整层均无楼板（见图二），四层平面核心筒外有楼板,但楼层中部有大洞口（见图三）,形成二～四层间二层高度共计１０．８Ｍ的大空间（局部剖面见图四）；
二.结构试算确定力学模型：
三层平面核心筒外整层均无楼板，刚度明显减弱，在力学模型确定上，二.三层是分开考虑还是作一层（高10.8M）考虑，分别按两个力学模型，用PKPM软件系列SATWE计算比较：
1. 模型一:考虑三层刚度，仍将其作为一层考虑（简图见图五）：
计算结果侧移刚度比等计算信息如下（仅有相关层，下同）：
Floor No. 3 Tower No. 1
Ratx = 0.6958 Raty = 0.7366
Ratx1=1.3100 Raty1= 1.4556
RJX=4.2566E+07(kN/m) RJY=6.5720E+07(kN/m) ---------------------------------------------------------------------------
Floor No. 4 Tower No. 1
Ratx = 0.9948 Raty = 0.9380
Ratx1= 1.2999 Raty1= 1.4007
RJX=4.2343E+07(kN/m) RJY=6.1645E+07(kN/m) ---------------------------------------------------------------------------
Floor No. 5 Tower No. 1
Ratx = 0.9898 Raty = 0.9194
Ratx1= 1.2807 Raty1= 1.2820
RJX = 4.1912E+07(kN/m) RJY = 5.6674E+07(kN/m)
第三.四.五层抗側移刚度比值要求满足《JGJ3-2002高规》第4.4.2条,
层间抗側移刚度比值均接近于1，刚度变化较均匀；
K3x/K4x=1.005, K4x/K5x=1.010,
K3y/K4y=1.066, K4y/K5y=1.088,
同时计算三.四层的综合刚度，由柔度公式1/K3+1/K4=1/K3.4可算出，
K3.4x=1/(1/K3x+1/K4x)=1/(1/4.2566x107+1/4.2343x107)=2.1227 x107KN/M,
K3.4y=1/(1/K3y+1/K4y)=1/(1/6.5720x107+1/6.1645x107)=3.1809 x107KN/M,
K3.4x/K5x=0.506<0.7, K3.4y/K5y=0.561<0.7;
根据高规JGJ3-2002第4.4.2条判断该主楼为竖向不规则结构；
2. 模型二:不考虑三层刚度，将三.四层合为一层（简图见图六）：
计算结果侧移刚度比等计算信息如下:
Floor No. 3 Tower No. 1
Ratx = 0.1570 Raty =0.2216
Ratx1= 0.3066 Raty1=0.4538 薄弱层地震剪力放大系数= 1.15
RJX=7.2767E+06(kN/m) RJY=1.7842E+07(kN/m)
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Floor No. 4 Tower No. 1
Ratx = 4.1099 Raty = 2.8025
Ratx1= 1.2313 Raty1= 1.2557 薄弱层地震剪力放大系数= 1.00
RJX=2.9906E+07(kN/m) RJY=5.0003E+07(kN/m)
第三.四层抗側移刚度比值要求不满足《JGJ3-2002高规》第4.4.2条,
层间抗側移刚度比值较小，刚度变化不均匀；
K3x/K4x=0.2433<0.7, K3y/K4y=0.3568<0.7;
因为未考虑三层筒内楼板作用，抗側移刚度比第一种模型中三.四层综合刚度小很多，
3.确定力学模型：
结构的层间位移曲线见图七.图八，位移计算结果见如下：
模型一
=== 工况 1 === X 方向地震力作用下的楼层最大位移
Floor Tower Max-(X) Ave-(X) Ratio-(X) h
Max-Dx Ave-Dx Ratio-Dx Max-Dx/h

5 1 6.58 6.40 1.03 5400.
2.14 2.08 1.03 1/2527.
4 1 4.45 4.33 1.03 5400.
1.97 1.92 1.03 1/2740.
3 1 2.47 2.40 1.03 5400.
1.66 1.60 1.03 1/3261.
=== 工况 4 === Y 方向地震力作用下的楼层最大位移

Floor Tower Max-(Y) Ave-(Y) Ratio-(Y) h
Max-Dy Ave-Dy Ratio-Dy Max-Dy/h

5 1 4.16 4.13 1.01 5400.
1.43 1.43 1.00 1/3770.
4 1 2.73 2.70 1.01 5400.
1.23 1.22 1.01 1/4387.
3 1 1.50 1.48 1.01 5400.
0.97 0.96 1.01 1/5548.

f3x=1/3261, f4x=1/2740, f3y=1/5548, f4y=1/4387,
推测：(f3.4x)10.8=(f3x)5.4+(f4x)5.4 f3.4x=1/2978,
(f3.4y)10.8=(f3y)5.4+(f4y)5.4 f3.4y=1/4900;

模型二
=== 工况 1 === X 方向地震力作用下的楼层最大位移

Floor Tower Max-(X) Ave-(X) Ratio-(X) h
Max-Dx Ave-Dx Ratio-Dx Max-Dx/h

4 1 6.60 6.43 1.03 5400.
2.02 1.96 1.03 1/2674.
3 1 4.58 4.47 1.03 10800.
3.73 3.64 1.03 1/2893.
=== 工况 4 === Y 方向地震力作用下的楼层最大位移

Floor Tower Max-(Y) Ave-(Y) Ratio-(Y) h
Max-Dy Ave-Dy Ratio-Dy Max-Dy/h

4 1 4.25 4.19 1.01 5400.
1.43 1.42 1.00 1/3772.
3 1 2.82 2.76 1.02 10800.
2.27 2.23 1.02 1/4748.

f3x=1/2893, f4x=1/4748, 未考虑三层筒内楼板作用;
两种模型计算结果抗側移刚度差别较大，因此三层核心筒外虽无楼板，但筒内板的作用不能忽视，其抗侧移刚度虽小但能发挥空间抗侧移作用；因此应按模型一计算，同时根据《JGJ3-2002高规》第5.1.14条，结合模型二，将三.四层综合判断为薄弱层；
三.结构的分析与处理：
三．四层作为薄弱层，地震剪力应乘以1.15的增大系数，并且按《JGJ3-2002高规》第5.1.3条进行分析，包括采用时程分析法进行补充计算，对剪力墙的底部加强区的强剪弱弯的要求在设计中给予配筋上的加强，使该部位具有足够的安全储备；
在结构位移计算结果中，第三.四.五层的层间位移及层间位移角的变化为均匀的.渐变的，未产生突变，地震应力也未在三层突变，从弹性时程分析计算结果（如下 ）和最大层间位移角曲线（如图九）中，也验证了振型分解法的计算结果。
The Maximum Values of Response in X-Direction
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Floor Tower Max-(X) Ave-(X) Ratio-(X) Max-Dx/h h
Max-Dx Ave-Dx Ratio-Dx Ave-Dx/h
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5 1 5.32 5.12 1.04 1/3252. 5400.
1.66 1.64 1.01 1/3294.
4 1 3.71 3.49 1.06 1/3203. 5400.
1.69 1.57 1.08 1/3444.
3 1 2.05 1.90 1.08 1/3790. 5400.
1.42 1.29 1.11 1/4196.
The Maximum Values of Response in Y-Direction
------------------------------------------------------------------------------
Floor Tower Max-(Y) Ave-(Y) Ratio-(Y) Max-Dy/h h
Max-Dy Ave-Dy Ratio-Dy Ave-Dy/h
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5 1 4.36 4.26 1.02 1/3702. 5400.
1.46 1.38 1.05 1/3903.
4 1 3.05 2.88 1.06 1/4062. 5400.
1.33 1.26 1.06 1/4303.
3 1 1.77 1.62 1.09 1/4546. 5400.
1.19 1.05 1.14 1/5161.

四.结束语:
对于结构力学模型的确定,尤其是不规则结构,应进行详细的分析;不因某部分因素影响较小而忽略.结构的计算分析应建立在正确的力学模型上,在此基础上才能使计算结果满足规范要求.




参 考 文 献
1.高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3-2002)