多层隔振建筑结构的设计上部结构设计(2)
本毕业设计课题：某多层隔振建筑结构的设计——上部结构设计，是团体课题“某多层隔振建筑结构的设计”的子课题之一。 1. 原始数据： 建筑面积为13000平方米左右，混凝土框架结构，地上5层，地下2层。其上部结构由规则的矩形和碗形两部分组成，结构形式较复杂。该建筑结构设防烈度为8度，考虑采用隔振体系以减小地震响应。场地地质条件由地质勘查报告可知该场地天然地基均匀性较好，场地稳定，为抗震一般地段，设计基本地震加速度为0.15g，场地特征周期为0.45s ，场地类别为Ⅱ类。
上图1.1及1.2为选取作为例子的该结构物的二层平面及四层平面图，由上图可以大致看出该建筑物为一综合楼结构，集结接待，饮食，办公以及管理等多种功能为一体，使用功能多样。空间较完整处主要作为办公室使用，在建筑物东北面及中间处均设有楼梯方便通行，基本做到每层楼设有盥洗室或卫生间满足使用要求。需要注意的是该建筑物四层存在的网管中心为满足设备摆放要求以及使用要求为大开间结构。该建筑物同时外型上追求美观性，结构布置较复杂。由平面图可以看出，其每层楼的平面轮廓均存在细微变化。主要差异即体现在碗型结构的变化上。
1．2 结构特点分析
由于该建筑物为满足外观上的审美需求，采用了矩形框架和碗型框架相结合的结构体系。因而在整个结构中存在异形板及异形框架结构中的复杂构件，下做简单分析。
1.2.1 板的结构特点
此处主要考虑的是异形板，该结构中的异形板主要为带圆弧边的板。此种板仍为四边固支，但由于其结构圆弧边除受弯矩作用外还有可能受到扭矩的影响，因而圆弧边的支座钢筋会较一般的矩形板更加大一些。这是需要特别考虑的地方。
1.2.2 主体框架的结构特点
该建筑物中存在着异性框架的结构，由建筑图可以看出，该异性框架中主要需要注意的即为碗型部分中的环梁以及圆柱的布置及计算。环梁与异形板相同，除了受到弯矩剪力的作用外，由于其圆弧形构造，还将受到极大的扭矩作用。同时为满足美观需求，环梁的跨度较大，这都是对地震下结构的安全性能极其不利的。如何进行结构的设计是需要认真考虑的问题。
1．3 本课题的主要内容
不规则框架在结构正常的设计计算中与普通框架并无太大差异。而在地震作用下，由于柱子沿高度方向的强度不均匀或者是结构偏心造成结构扭转，纵向刚度中心及质量中心存在着较大偏离【1】,其破坏往往远远大于规则框架，所以应尤其注意其抗震设计计算。
1.3.1 结构构件初步设计
在进行结构的初步设计时，对不规则框架结构梁、柱的布置，特别是框架柱截面大小是否仍由轴压比控制，需根据不同的结构布置进行计算分析【2】，以方便后期的整体框架计算以及抗震分析。简单结构构件的计算可采用手算以锻炼更好的结构计算能力，复杂的框架则可借助结构计算软件的帮助。在使用PKPM软件是同样可考虑如下的建议【2】：在位移角不满足规范要求时，可考虑增大梁柱截面; 对于层高较大的楼层可增设层间梁。在满足工艺设备布置要求的前提下，在框架柱之间布置框架梁，增加楼层刚度，从而减小位移角，使计算结果满足规范要求。
1.3.2 抗震初步设计
抗震计算的初步设计，首先运用能量法初步计算结构的自振周期，然后运用底部剪力法计算结构各层在地震作用下的横向水平荷载，再运用D值法计算结构的内力，最后进行了结构抗震验算【3】。在运用D值法求解框架结构内力时，由于节点处框架梁端弯矩不但受到梁线刚度比的影响，同时也受到框架梁远端节点变形的影响，对于节点两边梁约束差别大的框架梁，采用该方法时误差太大，可考虑采用连续梁模型以简化计算同时减小误差【4】。在此过程后考虑采用PKPM软件进行验算并比对计算结果，以PKPM 电算结果为准。
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