(一)工程算例1
⑴工程概況:某工程為一幢高層住宅建筑,純剪力墻結構,結構外形呈對稱Y形。一層地下室,地上共23層,層高2.8m。工程按 8度抗震烈度設防,地震基本加速度為0.2g,建筑抗震等級為二級,計算中考慮偶然偏心的影響。其結構平面圖如圖1所示。(圖略)
⑵這個工程的主要特點是:
①每一個樓層沿Y向對稱。
②結構的角部布置了一定數量的角窗。
③結構平面沿Y向凹進的尺寸10.2m,Y向投影方向總尺寸為22.3m。開口率達45%,大于相應投影方向總尺寸的30%,屬于平面布置不規(guī)則結構,對結構抗震性能不利。
⑶本工程在初步設計時,結構外墻取250厚,內墻取200厚。經試算結果如下:
結構周期:
T1=1.4995s,平動系數:0.21(X),扭轉系數:0.79
T2=1.0954s,平動系數:0.79(X),扭轉系數:0.21
T3=1.0768s,平動系數:1.00(Y),扭轉系數:0.00
周期比:T1/T2=1.37, T1/T3=1.39
最大層間位移比:1.54
最大值層間位移角:1/1163
⑷通過對上述計算結果的分析可以看出,該結構不僅周期比大于規(guī)范規(guī)定的0.9限值,而且在偶然偏心作用下的最大層間位移比也超過1.5的最高限值。
經過分析我們得知,之所以產生這樣的結果,主要是由于結構的抗扭轉能力太差引起的。
⑸為了有效地提高結構的抗扭轉能力,經與建筑協(xié)商,在該結構的深開口處前端每隔3層布置兩道高lm的拉梁,拉梁間布置200mm厚的連接板(如圖2所示)。(圖略)
經過上述調整后,計算結果如下:
T1=1.3383s,平動系數:0.22(X),扭轉系數:0.78
T2=1.0775s,平動系數:0.78(X),扭轉系數:0.22
T3=1.0488s,平動系數:1.00(Y),扭轉系數:0.00
周期比:T1/T2=1.24,T1/T3=1.28
最大層間位移比:1.48
最大值層間位移角:1/1250
⑹從上述結果中可以看出,由于設置了拉梁和連續(xù)板,使結構的整體性有所提高,抗扭轉能力得到了一定的改善。結構的周期比和位移比有所降低,但仍不滿足要求。
經過分析得知,一方面,必須進一步提高結構的抗扭轉能力以控制周期比;另一方面,結構的最大位移值出現(xiàn)在角窗部位,因此,控制最大位移值就成為改善位移比的關鍵。
為此,對本工程采取如下措施:
①盡量加大周邊混凝土構件的剛度。具體做法是將結構外圍剪力墻厚增加到300以提高抗扭轉的能力。
②將轉角窗處的折梁按反梁設計,其斷面尺寸由原來的200×310改為350×1000,從而控制其最大位移。
③將外墻洞口高度由2490mm降為2000mm,以增大周邊構件連梁的剛度。
④加大結構內部剪力墻洞口的寬度和高度,以降低結構內部的剛度。
經過上述調整后,計算結果如下:
T1=1.0250s,平動系數:1.00(X),扭轉系數:0.00
T2=0.9963s,平動系數:1.00(Y),扭轉系數:0.00
T3=0.8820s,平動系數:0.00,  扭轉系數:1.00
周期比:T3/T1=0.86;T3/T2=0.88
最大層間位移比:1.29
最大值層間位移角:1/1566
該工程最大層間位移比為1.29,根據《復雜高層建筑結構設計》建議的表7.2.3(如下表所示)可知,本工程在小震下最大水平層間位移角限值為1/1240,滿足要求。
表7.2.3
扭轉變形指標 ξ=Umax/U/1.2/1.3/1.4/1.5/1.6/1.7/1.8/
中震下最大水平層間位移角限值/2.8/2.26/1.81/1.4/1.05/0.74/
小震下最大水平層間位移角限值/1/1/1.24/1/1.55/1/2/1/2.67/1/3.78/1/6
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⑺通過上述調整后,可以看出結構的整體抗扭轉能力得到了很大的提高,周期比和位移比都能滿足規(guī)范要求,設計合理。
⑻對于角窗結構,宜在角窗處的樓板內設置暗梁等措施以提高結構端部的整體性。
(二)工程算例2
⑴工程概況:某超高層商辦樓,主樓41層,結構高度184.3m。地下室共5層,深19.5m,結構體系為鋼筋混凝土筒體和框架組成的鋼-混結構體系,框架由鋼骨混凝土柱和鋼柱組成。本工程按7度抗震烈度設防,建筑抗震等級按二級,因工程平面復雜,構造措施按提高一級。其結構平面圖如圖1所示。(圖略,該結構總長35m,總寬42m,結構右上角和左下角均缺少14X16.8m的部分結構)
⑵工程特點:本工程筒體剛度較大,但延性較差,結構初算側移很小,但平扭周期偏大,在地震作用下質心與其他角點以及邊緣點的位移比亦不滿足要求。究其原因,因筒體偏離整個平面較大,中部連接板帶尺寸過小。
⑶調整方法
①剪力墻核心筒開計算洞以降低剛度;
②結構角部加水平隅撐以加強結構邊緣節(jié)點的約束;
③薄弱層樓板加厚以提高樓板剛度,增加結構水平的協(xié)調能力。
④筒體內主要角部暗埋了豎向H型鋼,在周邊連梁內暗埋H型鋼,以提高筒體的延性。
⑷計算結果
結構自振周期計算結果如下表所示:
ModeNo Period Angle Movement Torsion
1   4.8103 14.53  0.93   0.07
2   3.8697 97.38  0.85   0.15
3   3.1442 136.6  0.23   0.77
周期比:T3/T1=0.653:T3/T2=0.813;
地震作用下的位移比均小于1.40。
地震作用下的最大層間相對位移:X向為1/1220,Y向為1/1328。