平面不規(guī)則結構的判斷及調整.ppt

平面不規(guī)則結構的判斷及調整 編寫 黃吉鋒中國建筑科學研究院軟件所 目錄1 平面不規(guī)則的類型2 樓層位移比3 結構周期比4 樓面凹凸不規(guī)則 樓板不連續(xù)結構的調整和設計5 結構扭轉效應控制 扭轉不規(guī)則結構的調整和設計 1 平面不規(guī)則的類型 扭轉不規(guī)則凹凸不規(guī)則樓板局部不連續(xù) 平面不規(guī)則的類型 扭轉不規(guī)則 扭轉不規(guī)則單向偶然偏心地震作用下的位移比超過1 2扭轉特別不規(guī)則A類高層建筑 單向偶然偏心地震作用下的位移比超過1 5 或者Tt T1 0 90B類高層建筑 混合結構 復雜高層 單向偶然偏心地震作用下的位移比超過1 4 或者Tt T1 0 85 平面不規(guī)則的類型 凹凸不規(guī)則 平面太狹長L B 6 抗震設防烈度6 7度 L B 5 抗震設防烈度8 9度 凹進太多l(xiāng) Bmax 0 35 抗震設防烈度6 7度 l Bmax 0 30 抗震設防烈度8 9度 凸出太細l b 2 0 抗震設防烈度6 7度 l b 1 5 抗震設防烈度8 9度 平面不規(guī)則的類型 凹凸不規(guī)則 平面太狹長 凹入太多 凸出太細 平面不規(guī)則的類型 凹凸不規(guī)則 狹長平面實例 平面不規(guī)則的類型 凹凸不規(guī)則 凹凸不規(guī)則平面實例 平面不規(guī)則的類型 凹凸不規(guī)則 凹凸不規(guī)則平面實例 平面不規(guī)則的類型 樓板局部不連續(xù) 一般不規(guī)則有效寬度Be小于典型寬度B的50 Be0 3A特別不規(guī)則有效凈寬度Be小于5米或一側樓板最小有效寬度小于2米 平面不規(guī)則的類型 樓板局部不連續(xù) 相對有效寬度太小 50 相對開洞面積太大 30 絕對有效寬度太小 總寬 5m或單側 2m 平面不規(guī)則的類型 樓板局部不連續(xù) 嚴重樓板局部不連續(xù)平面實例 三條占全了 2 樓層位移比 基本概念計算條件相關參量取值幾何解釋 位移比與形心轉心的關系豎向變化規(guī)律 位移比立面控制 樓層位移比 基本概念 樓層位移比的概念樓層層間位移比的概念 樓層位移比 相關參量取值 最大位移 墻頂 柱頂節(jié)點的最大位移平均位移 墻頂 柱頂節(jié)點的最大位移與最小位移之和除2最大層間位移 墻 柱層間位移的最大值平均層間位移 墻 柱層間位移的最大值與最小值之和除2不考慮無柱節(jié)點的位移 是對結構整體抗扭特性的衡量 是結構的全局指標 非局部指標 為了保證位移比的全局意義 計算位移比時 應采用強制剛性樓面假定規(guī)范僅對地震作用要求位移比控制 樓層位移比 計算條件 樓層位移比 計算條件 樓層位移比 幾何解釋 控制樓層的位移比等價于控制樓層形心與樓層轉動中心的距離r位移比與轉動中心的關系 樓層位移比 幾何解釋 1 4 3 2 0 5B 1 0B 1 5B 2 0B 2 5B r B 垂直于地震方向的樓面寬度 r 形心與轉心在垂直于地震方向的距離 樓層位移比 幾何解釋 B B B 轉動中心CR 樓面形心CS r 2 5B 樓層位移比 幾何解釋 樓層位移比 豎向變化規(guī)律 樓層位移比 豎向變化規(guī)律 樓層位移比 如何進行立面控制 通過考察位移比的豎向變化規(guī)律我們知道 結構底部的位移比理論上會趨于無窮大 控制底部樓層的位移比有時難以實行 筆者建議 僅對于樓面標高高于結構主體總高度1 4的樓層 才按照規(guī)范限值控制其位移比 對于地下室以及樓面標高不高于結構主體總高度的1 4的樓層 可以不必控制其位移比 樓層位移比 如何進行立面控制 控制1 4總高處的位移比小于1 5相當于控制頂層位移比小于 1 0 5 3 68 1 136控制1 4總高處的位移比小于1 4相當于控制頂層位移比小于 1 0 4 3 68 1 109控制1 4總高處的位移比小于1 2相當于控制頂層位移比小于 1 0 2 3 68 1 054如此看來 這個控制已經(jīng)足夠嚴格了 3 結構周期比 扭轉效應與周期比的關系如何選取Tt Tx1 Ty1 結構周期比 扭轉效應與周期比 結構的地震扭轉反應與兩個因素有關 一是偏心率 二是周期比 用公式表示就是 偏心率 結構相對扭轉反應 周期比 結構周期比 扭轉效應與周期比 結構扭轉效應隨周期比的變化曲線 周期比接近1 0時 扭轉效應出現(xiàn)峰值 結構周期比 扭轉效應與周期比 周期比接近1 0時 扭轉效應出現(xiàn)峰值 故應使周期比盡量遠離1 0理論上宜控制雙向周期比均滿足限值 實際運用時 可采用較松的做法 滿足下式即可 結構周期比 如何選取Tt Tx1 Ty1 結構周期比 如何選取Tt Tx1 Ty1 何為扭轉為主 整體振動扭轉成分超過80 何為平動為主 整體振動平動成分超過80 結構周期比 如何選取Tt Tx1 Ty1 振型周期轉角平動系數(shù) X Y 扭轉系數(shù)11 45413 440 98 0 98 0 00 0 0221 3492123 470 06 0 02 0 04 0 9431 197391 850 96 0 00 0 95 0 0440 49854 100 97 0 96 0 01 0 0350 4653140 250 06 0 03 0 02 0 9460 387792 420 62 0 00 0 62 0 3870 23810 270 99 0 99 0 00 0 0180 218257 470 05 0 02 0 04 0 9590 169991 580 97 0 00 0 96 0 03 平動為主 扭轉為主 混合振型 結構周期比 如何選取Tt Tx1 Ty1 這樣的局部平動振型對應的周期不能作為驗算周期比的素材 要采用強制剛性樓板假定以獲得整體平動振型 結構周期比 如何選取Tt Tx1 Ty1 采用強制剛性樓板假定后變成整體平扭振型 結構周期比 如何選取Tt Tx1 Ty1 這樣的局部扭轉振型對應的周期也不能作為驗算周期比的素材 要采用強制剛性樓板假定獲得整體扭轉振型 結構周期比 如何選取Tt Tx1 Ty1 采用強制剛性樓板假定后變成整體扭轉振型 結構周期比 如何選取Tt Tx1 Ty1 何為 第一 第二 第N 振型 有幾個 振幅零點 就是第幾階振型 第一振型 第二振型 第三振型 一階振型實例 結構周期比 如何選取Tt Tx1 Ty1 何謂振型的 階 二階振型實例 結構周期比 如何選取Tt Tx1 Ty1 何謂振型的 階 三階振型實例 結構周期比 如何選取Tt Tx1 Ty1 何謂振型的 階 結構周期比 如何選取Tt Tx1 Ty1 周期比驗算中所用到的周期Tt Tx1 Ty1 均為 第一 不應取其余 第二 第三 乃至于 第N 均為不可取 X Y應理解為結構的剛度主軸 一般不同于用戶建模時所采用的坐標軸 結構周期比 如何選取Tt Tx1 Ty1 沿結構剛度主軸方向的第一側振周期示意 X Y 4 樓面凹凸不規(guī)則 樓板不連續(xù)結構的調整和設計 合法分法基于性能的抗震設計主體結構如何定義彈性板關注有效質量系數(shù)弱連系樓蓋主體結構獨立工作復核構造加強 結構樓面凹凸不規(guī)則 樓板不連續(xù)的調整 通過樓面調整消除凹凸不規(guī)則或樓板不連續(xù) 基本方法兩種 合法 增設樓板 拉板 拉梁或陽臺板 空調設備平臺板 分法 設縫分割為若干規(guī)則子結構 低矮的弱連廊采用滑支座等 結構樓面凹凸不規(guī)則 樓板不連續(xù)的調整 合法 紅色的拉板或藍色的設備板 結構樓面凹凸不規(guī)則 樓板不連續(xù)的調整 分法 設防震縫或滑動鉸支 防震縫 防震縫 滑動鉸支 連廊 樓面凹凸不規(guī)則 樓板不連續(xù)結構的設計 若經(jīng)分 合二法調整未果 或受到客觀條件限制不能作此類調整 則須對此類不規(guī)則結構采用更為嚴格的方法進行基于性能的抗震設計 設計要點如下 主體結構設計 中震彈性設計考慮彈性樓板 偶然偏心 雙向地震取不利 位移角及承載力均作小震 中震雙控 樓面凹凸不規(guī)則 樓板不連續(xù)結構的設計 如何定義彈性樓板 樓板局部大開洞造成的明顯的薄弱部位應定義彈性板 樓面凹凸不規(guī)則 樓板不連續(xù)結構的設計 如何定義彈性樓板 樓板開洞較多或較復雜時應整層定義彈性板 樓面凹凸不規(guī)則 樓板不連續(xù)結構的設計 如何定義彈性樓板 多塔樓之間的連廊應定義成彈性板 樓面凹凸不規(guī)則 樓板不連續(xù)結構的設計 考慮樓板的幾種方式 剛性樓板假定面內剛度無限大 面外剛度為零適用范圍樓板面內剛度足夠大的工程 但板厚較小 150mm 梁剛度放大以此近似考慮樓板的面外剛度 在樓板規(guī)則的多數(shù)工程中應用 樓面凹凸不規(guī)則 樓板不連續(xù)結構的設計 彈性樓板6考慮樓板的面內剛度和面外剛度采用殼單元適用范圍主要用于厚板轉換層 板柱體系注意普通結構中應用 會減小梁的配筋結果 考慮樓板的幾種方式 主要用于轉換厚板 彈性樓板3面內剛度無限大 考慮樓板的面外剛度采用板彎曲單元適用范圍面內剛度很大 又不可忽略面外剛度的結構板柱體系 板柱剪力墻體系 樓面凹凸不規(guī)則 樓板不連續(xù)結構的設計 考慮樓板的幾種方式 主要用于板柱體系 樓面凹凸不規(guī)則 樓板不連續(xù)結構的設計 考慮樓板的幾種方式 彈性膜考慮樓板的面內剛度 面外剛度為零采用平面應力膜單元適用范圍要考慮面內剛度 可以忽略面外剛度的結構多數(shù)樓面凹凸不規(guī)則 樓板不連續(xù) 大開洞結構 均可應用 主要用于樓面凹凸不規(guī)則 樓板不連續(xù) 大開洞結構 在不采用等代桿系時 樓板可如下考慮 IF 厚板轉換層 THEN彈性板6ELSEIF 板柱體系 板柱抗震墻體系 THENIF 樓面凹凸不規(guī)則 樓板不連續(xù) THEN彈性板6ELSE彈性板3ENDIFELSEIF 樓面凹凸不規(guī)則 樓板不連續(xù) THEN彈性膜 板較厚時用彈性板6 ELSE剛性樓板假定 板較厚時用彈性板3 ENDIFENDIF 樓板模型的使用邏輯 總結 實際工程可按照本邏輯對號入座 樓面凹凸不規(guī)則 樓板不連續(xù)結構的設計 樓面不規(guī)則結構采用彈性樓板進行計算時 要特別關注有效質量系數(shù)是否達到了90 樓面不規(guī)則結構采用彈性樓板進行計算時 往往要指定較多參與振型才能使有效質量系數(shù)達到要求 樓面不規(guī)則結構應特別關注有效質量系數(shù) 要指定較多參與振型的原因是結構存在大量局部振動振型 每個振型對地震反應的貢獻都較小 樓面凹凸不規(guī)則 樓板不連續(xù)結構的設計 薄弱樓板越層柱 8層鋼框架之第一標準層 樓面凹凸不規(guī)則 樓板不連續(xù)結構的設計 薄弱樓板越層柱 8層鋼框架之第二標準層 樓面凹凸不規(guī)則 樓板不連續(xù)結構的設計 薄弱樓板越層柱 8層鋼框架之第三標準層 樓面凹凸不規(guī)則 樓板不連續(xù)結構的設計 薄弱樓板越層柱 8層鋼框架之第四標準層 樓面凹凸不規(guī)則 樓板不連續(xù)結構的設計 薄弱樓板越層柱 8層鋼框架之第五標準層 樓面凹凸不規(guī)則 樓板不連續(xù)結構的設計 薄弱樓板越層柱 8層鋼框架之第六標準層 樓面凹凸不規(guī)則 樓板不連續(xù)結構的設計 薄弱樓板越層柱 8層鋼框架空間透視圖 樓面凹凸不規(guī)則 樓板不連續(xù)結構的設計 樓面凹凸不規(guī)則 樓板不連續(xù)結構的設計 樓面凹凸不規(guī)則 樓板不連續(xù)結構的設計 SATWE里 這兩個勾都打上 就是所謂雙向地震 偶然偏心取不利 PMSAP TAT也類似 樓面凹凸不規(guī)則 樓板不連續(xù)結構的設計 弱連系樓蓋設計 大震彈性設計在小震作用下 弱連系樓蓋的水平剪力至少應達到單側主體結構上的地震作用力 其余內力按此比例放大 單側主體結構地震作用F 樓蓋剪力V 在此基礎上 再將小震下弱連系樓蓋的地震內力按大震作進一步的放大 以用來做相應性能水準的抗震設計 樓面凹凸不規(guī)則 樓板不連續(xù)結構的設計 弱連系樓蓋設計 為何弱連系樓蓋的水平剪力至少應調整至單側主體結構上的地震作用力 由于對稱性 沿短軸的地震作用不能在連廊上激起剪力 所以僅憑計算是不可靠的 樓面凹凸不規(guī)則 樓板不連續(xù)結構的設計 兩側結構獨立工作復核 大震彈性設計當弱聯(lián)系樓蓋凹凸或不連續(xù)足夠嚴重 以至于不能滿足上述的大震彈性設計要求 則應對兩側主體結構 按獨立工作進行大震彈性設計 兩側結構獨立工作復核示意 樓面凹凸不規(guī)則 樓板不連續(xù)結構的設計 對去掉連廊的剩余部分作大震彈性計算 樓面凹凸不規(guī)則 樓板不連續(xù)結構的設計 采取構造措施 加強抗震延性若不規(guī)則較嚴重 整體結構抗震等級提高一級對樓板陰角 弱聯(lián)系樓板加厚及雙層雙向貫通配筋或設置開孔鋼板薄弱樓蓋與主體結構交接處及其附近構件 在抗震等級提高一級的基礎上 進一步保守設計 提高延性 5 結構扭轉效應控制 總綱單塔樓結構的平面布局調整質量和剛度分布的均勻化調整結構內外圈剛度比例調整特別值得強調的事示例多塔樓結構的平面布局調整總原則同基多塔結構 驗算分塔周期比上部有強連接的同基多塔結構 補充驗算整體周期比基于性能的抗震設計 中震彈性 結構扭轉效應控制 總綱 當結構位移比不能控制在1 4 1 5 以內當結構周期比不能控制在0 85 0 9 以內結構將被視為平面特別不規(guī)則 此時 有兩種選擇可供考慮 結構扭轉效應控制 單塔樓結構的平面布局調整 如果某單塔樓結構不能滿足高規(guī) 4 3 5 條的位移比要求或者周期比要求 就說明該結構或者剛度分布和質量分布的均勻性差 或者抗扭能力不足 或者二者兼具之 這時需要對結構做適當調整以謀求改善 通常可以按下面的次序進行調整 結構扭轉效應控制 單塔樓結構的平面布局調整 質量和剛度分布的均勻化調整 減小偏心率e r 觀察振型 了解平面各個部位的相對強弱 根據(jù)總體剛度情況 或削強 或補弱 經(jīng)過調整 直到結構出現(xiàn)足夠純粹的主振型 均勻化調整即告完成 側振 扭振 成分超過80 的振型可視為較純粹的側振 扭振 振型 振型周期轉角平動系數(shù) X Y 扭轉系數(shù)11 45413 440 98 0 98 0 00 0 0221 3492123 470 06 0 02 0 04 0 9431 197391 850 96 0 00 0 95 0 0440 49854 100 97 0 96 0 01 0 0350 4653140 250 06 0 03 0 02 0 9460 387792 420 62 0 00 0 62 0 3870 23810 270 99 0 99 0 00 0 0180 218257 470 05 0 02 0 04 0 9590 169991 580 42 0 00 0 42 0 58 較純粹的平動振型 較純粹的扭轉振型 不純粹的平動振型 結構扭轉效應控制 單塔樓結構的平面布局調整 不純粹的扭轉振型 何謂純粹 比較純粹的平動振型 不怎么純粹的平動振型 結構扭轉效應控制 單塔樓結構的平面布局調整 何謂純粹 結構扭轉效應控制 單塔樓結構的平面布局調整 結構內外圈剛度比例調整 減小周期比Tt T1 在偏心率已經(jīng)得到充分控制的前提下 進一步調節(jié)結構樓面的內 外圈剛度比例關系 通過相對加強樓層的外圈剛度 以增強結構抗扭能力 從而可以使周期比減小乃至于滿足要求 所謂相對加強 其含義為 如果整體結構的抗側力剛度不夠強 位移角剛剛能夠滿足規(guī)范要求 這時需要加強外圈剛度 如果整體結構的抗側力剛度已經(jīng)足夠強 位移角遠小于規(guī)范限值 這時也可以考慮削弱結構內筒的剛度 結構扭轉效應控制 單塔樓結構的平面布局調整 特別值得強調的事在結構的剛度 質量均勻性未調整至足夠好 以至于結構的一階振型中不存在足夠純粹的側振振型和扭振振型時 驗算周期比近乎徒勞 此時的周期比滿足或者不滿足要求 都不能說明任何問題 先調剛度和質量的均勻性 再加強外圈提高抗扭能力 最后驗算周期比 位移比 這個順序不能顛倒或遺漏 結構扭轉效應控制 單塔樓結構的平面布局調整示例 概念性示例這里給出一個示意性例題 以便從概念上直觀地顯示上述的兩步調整 該例題是由同一個標準層形成的10層框剪結構 層高均為3 3m 各跨跨度均為6m 結構扭轉效應控制 單塔樓結構的平面布局調整示例 由于剪力墻的不對稱布置 初始結構平面導致結構沿短軸方向不存在清晰的平動振型 這意味著較大偏心率的存在 結構扭轉效應控制 單塔樓結構的平面布局調整示例 通過對稱地布置剪力墻 結構平面消除了偏心率 出現(xiàn)了純粹的平動振型和純粹的扭轉振型 但是該平面導致第一振型為扭轉 不能滿足周期比要求 這說明其抗扭剛度不足 結構扭轉效應控制 單塔樓結構的平面布局調整示例 將對稱布置的剪力墻保持對稱地外移 形成上圖平面 結構外圈的剛度得到加強 扭轉周期后移 周期比被控制在0 9以內 周期比調整工程實例某14層高層結構 轉換層在第三層 轉換層以上11層 第二周期為扭轉周期 周期比 1 456 1 579 0 922 0 85 不滿足規(guī)范要求 結構扭轉效應控制 單塔樓結構的平面布局調整示例 結構扭轉效應控制 單塔樓結構的平面布局調整示例 轉換層及以下平面 計3層 轉換層以上平面 計11層 序號周期轉角屬性扭轉成分平動成分11 5785108 1X0 140 8621 455939 22 4TORSION0 810 1931 26628491 4Y0 060 94 層號節(jié)點最大位移平均位移位移比121 541 181 3021864 263 321 2833166 184 931 2545476 685 411 2357977 386 081 21610338 166 821 20 結構扭轉效應控制 單塔樓結構的平面布局調整示例 調整之前的周期比和位移比 周期比 0 922 0 85 結構扭轉效應控制 單塔樓結構的平面布局調整示例 通過外周加墻調整后的轉換層及以下平面 轉換層以上平面不必調整 序號周期轉角屬性扭轉成分平動成分11 436491 1 8X0 020 9821 08650687 5Y0 010 9931 04577357 8TORSION0 920 08層號節(jié)點最大位移平均位移位移比1480 980 891 1022232 772 421 1433584 243 591 1847364 784 041 1859865 564 711 18612216 435 451 18 結構扭轉效應控制 單塔樓結構的平面布局調整示例 調整之后的周期比和位移比 周期比 0 728 0 85 調整后的第一振型 調整前的第一振型 結構扭轉效應控制 單塔樓結構的平面布局調整示例 調整后的第二振型 結構扭轉效應控制 單塔樓結構的平面布局調整示例 調整前的第二振型 調整后的第三振型 結構扭轉效應控制 單塔樓結構的平面布局調整示例 調整前的第三振型 結構扭轉效應控制 單塔樓結構的平面布局調整示例 1 調整前周期比 Tt T1 1 456 1 579 0 922 0 85調整后周期比 Tt T1 1 046 1 436 0 728 0 85 2 調整前最大位移比 Umax Uaver 1 30調整后最大位移比 Umax Uaver 1 18 匯總本工程調整前后的扭轉指標變化 3 調整前振型純粹性 前三個 0 860 810 94調整后振型純粹性 前三個 0 980 990 92 結構扭轉效應控制 單塔樓結構的平面布局調整示例 周期比不滿足要求的實際工程平面 幾何上規(guī)則 抗側剛度大但周期比超限 振型號周期轉角平動系數(shù) X Y 扭轉系數(shù)11 574283 440 06 0 00 0 06 0 9421 452490 890 94 0 00 0 94 0 0631 26650 451 00 1 00 0 00 0 0040 530290 560 03 0 00 0 03 0 9750 4025103 180 97 0 05 0 92 0 0360 374814 351 00 0 94 0 05 0 0070 3631138 630 50 0 29 0 21 0 5080 308293 370 05 0 00 0 05 0 9590 212692 740 06 0 00 0 06 0 94 第一振型為扭轉 結構扭轉效應控制 單塔樓結構的平面布局調整示例 周期比不滿足要求的實際工程平面 平面貌似規(guī)整的剪力墻結構 第一振型為扭轉 結構扭轉效應控制 單塔樓結構的平面布局調整示例 周期比不滿足要求的實際工程平面 平面貌似規(guī)整的框筒結構 第一振型為扭轉 幾何上規(guī)則 但周期比超限 結構扭轉效應控制 單塔樓結構的平面布局調整小結 周期比側重控制什么 周期比側重控制的是側向剛度與扭轉剛度之間的一種相對關系 而非其絕對大小 它的目的是使抗側力構件的平面布置兼顧抗側剛度和抗扭剛度 從而有效減小地震扭轉效應 周期比控制的認識誤區(qū)抗側力剛度大 就意味著抗扭特性好幾何上 視覺上很規(guī)則 就意味著抗扭特性好記住改善周期比的兩招抗側力剛度均勻布置相對加強外圈 非也 結構扭轉效應控制 多塔樓結構的平面布局調整 總原則各塔之間宜均衡同一塔內宜均衡位移比采用整體模型計算 且宜對每一樓層的各個塔塊采用強制剛性樓板假定