徐麗麗 陳建輝
(1.廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 廣西南寧 530012;2.廣西城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)院 廣西南寧 530023 )
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探討高層建筑結(jié)構(gòu)剪力調(diào)整系數(shù)及PKPM執(zhí)行
徐麗麗1陳建輝2
(1.廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 廣西南寧530012;2.廣西城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)院廣西南寧530023 )
從結(jié)構(gòu)整體計(jì)算控制階段,分析探討了《高規(guī)》中薄弱層剪力放大系數(shù)、結(jié)構(gòu)最小剪重比、非承重墻剛度影響剪力分配以及框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)中框架剪力的調(diào)整、框支剪力墻結(jié)構(gòu)中框支柱的剪力調(diào)整及其PKPM執(zhí)行。
剪力增大系數(shù);剪重比;非承重墻剛度;框架剪力調(diào)整;框支柱剪力調(diào)整;PKPM
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高層建筑的承載力主要由水平力控制,在新版《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2010(以下簡(jiǎn)稱《高規(guī)》)中關(guān)于“剪力調(diào)整”的相關(guān)條文較多,作為一項(xiàng)結(jié)構(gòu)的“加強(qiáng)措施”,設(shè)計(jì)人員如果在執(zhí)行過(guò)程中僅依賴程序的“自動(dòng)執(zhí)行”,則容易造成某些特殊條件下的遺漏或者執(zhí)行失誤,給工程設(shè)計(jì)造成困擾。本文按照《高規(guī)》要求,研討了結(jié)構(gòu)整體計(jì)算控制階段的剪力調(diào)整的相關(guān)條文,并相應(yīng)給出其軟件設(shè)計(jì)過(guò)程的執(zhí)行措施。
1.1條文規(guī)定
《高規(guī)》3.5.8 側(cè)向剛度變化、承載力變化、豎向抗側(cè)力構(gòu)件連續(xù)性不符合本規(guī)范第3.5.2、3.5.3、3.5.4條要求的樓層,其對(duì)應(yīng)于地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的剪力應(yīng)乘以1.25的增大系數(shù)[1]。
上述條款中3.5.2說(shuō)的是剛度比(軟弱層判定)問(wèn)題,3.5.3說(shuō)的是受剪承載力比(薄弱層判定)問(wèn)題,3.5.4說(shuō)的是豎向構(gòu)件的連續(xù)性問(wèn)題。
1.2條文理解與說(shuō)明
此條規(guī)定是對(duì)軟弱層、薄弱層的一項(xiàng)“加強(qiáng)措施”,通過(guò)放大其樓層地震剪力予以實(shí)現(xiàn)。(1)是對(duì)地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的樓層剪力這項(xiàng)“作用力”的“直接放大”;(2)由于薄弱層受剪承載力一般小于相鄰上層80%,地震剪力乘以1.25后,并不會(huì)導(dǎo)致薄弱層轉(zhuǎn)移;(3)本條執(zhí)行在“最小剪重比調(diào)整”4.3.12條之前,即先放大作用力,后比較最小剪重比(對(duì)薄弱層,列表中的最小剪重比尚應(yīng)乘以1.15);(4)《抗規(guī)》3.4.4—2中對(duì)于軟弱層剪力放大系數(shù)為1.15[3],此條宜僅在多層建筑中執(zhí)行,文獻(xiàn)[2]建議統(tǒng)一執(zhí)行1.25系數(shù),而在高層建筑中,則必須按1.25的系數(shù)執(zhí)行。
1.3PKPM執(zhí)行
執(zhí)行方法:SATWE分析和設(shè)計(jì)參數(shù)補(bǔ)充定義——調(diào)整信息——薄弱層調(diào)整,如圖1:
圖1 薄弱層調(diào)整
一般情況下程序均能根據(jù)剛度比自動(dòng)執(zhí)行,但由于分析軟件的結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度是按“裸結(jié)構(gòu)”計(jì)算,現(xiàn)實(shí)中大量存在底層架空、上層滿砌隔墻的情況,從而造成現(xiàn)實(shí)中的剛度突變(框架結(jié)構(gòu)應(yīng)特別注意)。這種概念上的薄弱層,現(xiàn)行計(jì)算軟件無(wú)法算出,需要進(jìn)行概念設(shè)計(jì),即根據(jù)結(jié)構(gòu)形式、隔墻剛度、上下層層高比例等因素,綜合判斷是否需要強(qiáng)制指定薄弱層以策安全。
2.1條文規(guī)定
2.2條文理解與說(shuō)明
本條為強(qiáng)條,不區(qū)分結(jié)構(gòu)體系(含鋼構(gòu)、隔震、消能減震結(jié)構(gòu))一律執(zhí)行,目的是為了彌補(bǔ)加速度反應(yīng)譜計(jì)算方法(即振型分解反應(yīng)譜法)的缺陷,執(zhí)行本條也是后續(xù)所有抗震設(shè)計(jì)計(jì)算的前提。
第一,所謂扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯,以考慮偶然偏心樓層扭轉(zhuǎn)位移比大于1.2為判斷標(biāo)準(zhǔn)。第二,注意規(guī)范行文中說(shuō)的是“樓層”;對(duì)于地下室區(qū)段,無(wú)論頂板是否作為嵌固端,均不應(yīng)考慮本條。第三,部分樓層不滿足本條最小剪重比時(shí)的處理方法:優(yōu)化結(jié)構(gòu)布置增加剛度,或放大總體地震作用,若放大地震作用能解決問(wèn)題(校驗(yàn)彈性層間位移角),可不調(diào)整結(jié)構(gòu)布置;以上方法仍不能滿足剪重比時(shí),有限度地按本條規(guī)范進(jìn)行剪重比調(diào)整,調(diào)整幅度不宜大于1.15,不應(yīng)大于1.2,絕不能放任程序自行調(diào)整而維持不合理的結(jié)構(gòu)布置(主要是總體剛度弱,需關(guān)注剛重比及整體穩(wěn)定)。第四,底部總剪力不滿足,則全樓都要進(jìn)行剪力調(diào)整;只有底部總剪力滿足而上部局部樓層不滿足時(shí),才允許只調(diào)整不滿足的樓層。根據(jù)結(jié)構(gòu)自振周期對(duì)應(yīng)反應(yīng)譜的不同區(qū)段,具體調(diào)整方法分3種,詳見(jiàn)《抗規(guī)》5.2.5的條文說(shuō)明,3種方法相差不大。
2.3PKPM軟件執(zhí)行方法
執(zhí)行方法: SATWE分析和設(shè)計(jì)參數(shù)補(bǔ)充定義——調(diào)整信息——抗規(guī)(5.2.5)剪重比調(diào)整,如圖2。
圖2 剪重比調(diào)整
弱軸、強(qiáng)軸方向動(dòng)位移比例:對(duì)應(yīng)的是抗規(guī)5.2.5條文說(shuō)明的3種調(diào)整方法:填0—加速度控制段(即基本周期位于反應(yīng)譜0~Tg);填0.5—速度控制段(即基本周期位于反應(yīng)譜Tg~5Tg);填1—位移控制段(即基本周期位于反應(yīng)譜5Tg~6.0s)。
3.1條文規(guī)定
《高規(guī)》4.3.16 計(jì)算各振型地震影響系數(shù)所采用的結(jié)構(gòu)自振周期應(yīng)考慮非承重墻體的剛度影響予以折減[1]。
3.2條文理解與說(shuō)明
本條為強(qiáng)條,表面看與調(diào)整剪力無(wú)關(guān),實(shí)際上,通過(guò)人為干預(yù)周期折減系數(shù),間接調(diào)整了地震作用,放大了地震剪力。依據(jù)實(shí)心磚經(jīng)驗(yàn),4.3.17條給出了不同結(jié)構(gòu)體系的不同調(diào)整系數(shù),作為宏觀定性分析,無(wú)需在意具體數(shù)值的精度,而更應(yīng)該關(guān)注隔墻的不對(duì)稱布置引發(fā)的實(shí)際剛度分布畸變問(wèn)題,軟件按“裸結(jié)構(gòu)”計(jì)算無(wú)法對(duì)此作出評(píng)估,框架結(jié)構(gòu)尤其嚴(yán)重,應(yīng)注重概念設(shè)計(jì)。
3.3PKPM軟件執(zhí)行
執(zhí)行方法:SATWE分析和設(shè)計(jì)參數(shù)補(bǔ)充定義——地震信息——周期折減系數(shù)。
4.1條文規(guī)定
抗震設(shè)計(jì)時(shí),框架-剪力墻結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的各層框架總剪力應(yīng)符合《高規(guī)》8.1.4的規(guī)定[1]。
4.2條文理解與說(shuō)明
第一,條文中所謂“未經(jīng)調(diào)整”,是特指在完成4.3.12條的最小剪重比調(diào)整之后,未經(jīng)其他調(diào)整,故剪重比已經(jīng)調(diào)整完畢是個(gè)大前提。第二,為防止統(tǒng)一取用一個(gè)調(diào)整系數(shù)造成不合理,規(guī)范允許按柱數(shù)量變化情況沿著結(jié)構(gòu)高度方向分區(qū)段調(diào)整。第三,本條用于“樓層”,地下室區(qū)段的框架不執(zhí)行本條,結(jié)構(gòu)“底層”指地下室頂板上的首層。帶少量框架的剪力墻結(jié)構(gòu),框架無(wú)論如何也成不了二道防線,可不執(zhí)行本條,應(yīng)采取概念設(shè)計(jì)方法將其設(shè)計(jì)成主要承受軸力的構(gòu)件,并將其承擔(dān)的剪力,完全轉(zhuǎn)嫁給剪力墻(各層定義柱上下端鉸接轉(zhuǎn)嫁地震作用)進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)。第四,合理的結(jié)構(gòu)布置,應(yīng)使得底部剪力接近0.2V0和1.5Vf,max二者較小值,若是依靠大量的強(qiáng)行放大來(lái)實(shí)現(xiàn),經(jīng)濟(jì)性必然不佳。
4.3PKPM執(zhí)行
執(zhí)行方法:SATWE分析和設(shè)計(jì)參數(shù)補(bǔ)充定義——調(diào)整信息——0.2V0分段調(diào)整,如圖3。
圖3 0.2V0分段調(diào)整
調(diào)整起始層號(hào),從地下室頂板以上首層所在的模型層號(hào)作為結(jié)構(gòu)“底部”。由于程序沒(méi)有此項(xiàng)調(diào)整的對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān),所以對(duì)于“非框剪結(jié)構(gòu)”,只要模型中同時(shí)存在框架和剪力墻,此處會(huì)照章執(zhí)行,可通過(guò)設(shè)置調(diào)整系數(shù)上限數(shù)值,實(shí)現(xiàn)帶少量框架的剪力墻結(jié)構(gòu)“不調(diào)整”。
5.1條文規(guī)定
抗震設(shè)計(jì)時(shí),筒體結(jié)構(gòu)的框架部分按側(cè)向剛度分配的樓層地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)符合《高規(guī)》9.1.11的規(guī)定[1]。
5.2條文理解與說(shuō)明
第一,本條是在執(zhí)行完最小剪重比調(diào)整之后,其基本判別標(biāo)準(zhǔn)是用框架部分分配到的“樓層地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值的最大值”,指地上各層綜合框架分配到最大的地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值所屬的那個(gè)樓層,其框架剪力取出來(lái)與結(jié)構(gòu)底部總剪力V0進(jìn)行比較,不宜小于10%,若小最好優(yōu)化布局。增加框架剛度,堅(jiān)持不改的后果會(huì)“很嚴(yán)重”(即第2款,有點(diǎn)株連九族的味道):上部各層框架承擔(dān)的地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值均增大至底部總剪力的15%、各層筒體剪力放大10%(放大后若已大于底部總剪力,則取底部總剪力的數(shù)值)、墻的抗震構(gòu)造措施提高一級(jí)(特一級(jí)封頂)。第二,當(dāng)其分配到的層剪力最大值≥10%V0,而某層分配到的剪力小于0.2V0時(shí),此時(shí)該層的框架剪力Vf,k=min{0.2V0 ,1.5Vf,kmax},此時(shí)的筒體并不受“株連”。第三,“框架部分分配到的樓層地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值的最大值”滿足10%V0的具體樓層數(shù)量并沒(méi)有規(guī)定,實(shí)際工程中,滿足10%V0樓層數(shù)量不宜少于樓層總數(shù)的15%~20%。
5.3PKPM執(zhí)行
執(zhí)行方法:總信息—結(jié)構(gòu)體系—框筒結(jié)構(gòu),設(shè)置好0.2V0參數(shù),其余程序自動(dòng)執(zhí)行。
6.1條文規(guī)定
部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)框支柱承受的水平地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)符合《高規(guī)》10.2.17的規(guī)定[1]。
6.2條文理解與說(shuō)明
第一,框支轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)中,落地墻與框支柱剛度差異巨大,軟件分析中的絕大部分剪力都分配在落地墻上,而實(shí)際上轉(zhuǎn)換層樓蓋的面內(nèi)變形以及落地墻開(kāi)裂,均會(huì)使框支柱的剪力劇增。規(guī)范因此給定了框支框架地震剪力的具體增大措施。但是,當(dāng)柱數(shù)量n少于10,每根柱的剪力均加大到基底的剪力的2%或3%這樣一個(gè)相同的量值,在概念上是有問(wèn)題的。規(guī)范的概念前提是:所有框支柱的截面相同或相當(dāng)。當(dāng)柱截面差異較大時(shí),建議采用2%nV0或3%nV0的總量在框支柱之間進(jìn)行比例分配。第二,轉(zhuǎn)換梁截面很大,一般均不會(huì)出現(xiàn)梁塑性鉸,所以本項(xiàng)調(diào)整不含框支梁,也不調(diào)柱軸力。第三,條文規(guī)定應(yīng)調(diào)整“柱端框架梁的剪力和彎矩”,框支框架包括框支柱、各層框架梁、位于柱頂?shù)目蛑Я?,所以框支框架中的各層框架梁,?guī)范也要求按相同幅度放大剪力和彎矩。
6.3PKPM執(zhí)行
執(zhí)行方法:SATWE分析和設(shè)計(jì)參數(shù)補(bǔ)充定義——調(diào)整信息——調(diào)整與框支柱相連的梁內(nèi)力,如圖4。
圖4 框支柱剪力調(diào)整措施
圖中為什么沒(méi)有勾選——本項(xiàng)調(diào)整存在一定爭(zhēng)議,在規(guī)范層面,毫無(wú)疑問(wèn)要無(wú)條件勾選,但在具體工程中,框架梁一旦遭遇此項(xiàng)“同步調(diào)整”待遇,基本就沒(méi)有設(shè)計(jì)成正常截面的可能。所以有人主張不執(zhí)行(通過(guò)了審查),進(jìn)而給甲方形成了一個(gè)錯(cuò)誤認(rèn)知:不是轉(zhuǎn)換層梁截面就是很小的,按正常層高設(shè)計(jì)有什么問(wèn)題;反而那些嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范的設(shè)計(jì),往往因此被詬病。框支框架下連基礎(chǔ),上連轉(zhuǎn)換梁,中間各層連著框架梁,從下到上是一個(gè)整體,因此同步調(diào)整、整榀加固符合概念設(shè)計(jì),規(guī)范并沒(méi)有問(wèn)題。
綜上,規(guī)范是本著“彌補(bǔ)理論缺陷”、“加固薄弱部位”、“鞏固二道防線”、“強(qiáng)柱弱梁,強(qiáng)剪弱彎,強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱桿件”等大概念作出具體規(guī)定,設(shè)計(jì)者應(yīng)把握住“高層建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)該注重概念設(shè)計(jì)”這條核心精神。
[1]JGJ3-2010 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社.2010.
[2]朱炳寅.高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程應(yīng)用與分析 JGJ3-2010[M]. 北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2013.
[3]GB50011-2010 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社.2010.
徐麗麗(1984-),女,研究生,講師,工程師。
陳建輝(1982-),男,本科,高級(jí)工程師,從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的工作。
Discussion on the high building structure to establish the adjustment coefficient and PKPM implementation
XULili1CHENJianhui2
(1 Guangxi Vocational And Technical College Of Communications, Nanning 530012;2 Guangxi Urban-Rural Planning Design Institute,Nanning 530023)
From the aspects of structure overall calculation control stage, the magnification coefficient for shear force in weak-story, minimum shear weight ratio, Nonbearing wall stiffness influence the shear distribution, the frame shear adjustment in the frame - shear wall structure and tube structure, frame-supporting column shear adjustment in the shear wall structure with some supporting frames were discussed.Then the execution method in PKPM design software was introduced.
Coefficient of shear increases; Shear-weight ratio; Nonbearing wall stiffness; Frame shear adjustment; Frame-supporting column shear adjustment;PKPM
徐麗麗(1984-),女,講師,工程師。
2015-12-17
TU973
A
1004-6135(2016)01-0082-03