偏心支撑在高烈度地区框架结构体系中的运用.docx
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1、偏心支撑在高烈度地区框架结构体系中的运用园林,建筑,规划与结构设计墟耐固蓑窿2011年o3月偏心支撑在高烈度地区框架结构体系中的运用1概述张伟玉1.1工程概况某商业广场项目位于宿迁市府新区.整体设一层地下室,地上设多个单体,其中BO1栋地上部分主屋面高度25.5m,采用带偏心支撑的框架结构体系.地上五层,平面尺寸约78x138m,建筑平面见图1.一j:一鲁嗣口一霰J|L一偶l量b!:曼.一一一一l疆li晤11r图1B01栋建筑平面1.2抗震设防基本参数表1抗震设防基本参数抗震设防烈度1设计基本地震加速度设计地震分组1建筑场地类别1特征周期度lo.3gJ第一组l类10.45s1-3结构方案的选择
2、B01栋地上五层,单层建筑面积约10500m,基本柱网为10.5x10.8m,周边外挑3.5m左右,柱数量相对一般柱网尺寸的建筑要少,单柱受荷面积较大;同时,本工程地处度(0.3g)抗震设防烈度区,场地土类别为类,采用纯框架结构时,经试算,剪重比超过14%,地上一层柱需要做到1300x1300的截面,对建筑功能有严重影响.由于建筑功能为大型商场,室内空旷,仅在楼梯间周边有建筑墙体,若采用框架剪力墙结构体系,可布置抗震墙的位置有限.经对框剪结构体系验算,位移角按1/80o控制,第一自振周期0.55s,接近场地土特征周期0.45s,剪重比接近20%,底部500厚墙体普遍抗剪截面超限.从结构角度讲,
3、本工程地处高烈度区,较适宜采用自重轻的钢结构体系,位移角限值也较宽松,钢结构抗震性能好.但考虑到钢结构防火,防腐费用的增加和后期维护等实际问题,未采用钢结构体系.最后确定结构形式为带偏心支撑的框架结构.偏心支撑框架的设计理论较成熟,是在中心支撑框架的基础上将支撑杆的一端水平偏心形成消能梁段,综合了中心支撑框架的强度,刚度和抗弯框架的非弹性性能及能量耗散能力的?98?优点.本工程采用的三种偏心支撑框架形式见图2:(a)D形EBF,(b)人字形EBF支撑,(c)V形EBF支撑.,囊&tamcj图2偏心支撑框架简图偏心支撑框架原理为主动利用消能梁段塑性铰作为消能单元,在循环荷载作用下的非弹性
4、性能仅被限制在消能梁段发生,从而吸收和耗散大量的能量,避免在支撑和相连接的柱上出铰,保护框架梁柱节点,提高结构延性性能和耐震性能,是强震区的一种较合适的结构体系.方案阶段对减震框架和偏心支撑框架两种结构方案进行了比较分析,在抗震性能接近的条件下,减震框架的造价明显较高,结合业主意见,最终确定采用带偏心支撑的框架结构体系.1-4关于偏心支撑体系的说明本工程偏心支撑体系的消能梁段及其同跨非消能梁段采用焊接组合H型钢截面,消能梁段长度a取0.15L(L为支撑所在跨的钢梁长度),按剪切屈服型消能梁段设计.在小震作用下,以钢梁腹板刚好达到抗剪弹性极限承载力为原则,通过调整支撑体系的榀数和焊接组合钢梁的截
5、面尺寸匹配各层所需抗侧承载力.在大震作用下,D形,V形EBF支撑消能梁段受剪屈服先于受弯屈服或受弯不屈服,人字形消EBF支撑能梁段仅发生受剪屈服.支撑所在跨的框架柱采用钢骨混凝土柱,以提高其承受较大竖向力的承载能力和延性.支撑采用矩形钢管截面,长细比满足抗规8.5节关于框架一偏心支撑结构抗震构造措施控制长细比的要求.型钢,钢梁和支撑采用Q345B级钢.消能梁段和支撑的主要截面见表2.表2偏心支撑体系消能梁段和支撑截面表钢粱钢梁截面钢支撑截面焊接口c>钢支撑编号编号焊接HhxbxtwxffhftrGL4焊接H650x350x12x258BR4焊接口330x14GL3焊接H800X40016
6、x301OBR3焊接口380x14GI2焊接H900x400x16x3010BR2焊接口380x16GL1焊接H950x400x20x3012BRl焊接口380x202基本设计参数根据规范的相关条文要求,B01栋结构分析及设计采用的2011年03月匿赫国曩商园林,建筑,规划与结构设计基本参数见表3.表3抗震设计基本参数项目BO1栋设计基准期5O年设计使用年限50年安全等级二级结构重要性系数1.O地上层数(高度)五层(25.5m)地下室层数(高度)地下层(5.7m)抗震设防类别重点设防类结构体系带偏心支撑框架抗震设防烈度度设计基本地震加速度0.30g设计地震分组第一组场地类别.III类抗震措施一
7、级抗震等级构造措施一级特征周期0.45s弹性阻尼比0.045周期折减系数0-8O常遇地震0.24水平地震影响系数偶遇地震0.675最大值罕遇地震1.20注:以地下室顶部作为上部结构的嵌固端.3结构抗震性能目标3.1层间位移角限值v根据抗规表5.5.1对弹性层问位移角限值的规定,各类全钢结构房屋的弹性层间位移角限值均为1/300.本案带偏心支撑框架结构体系的支撑与钢梁均为钢结构,支撑所在跨的框架柱为钢骨混凝土构件,其它框架梁柱均为钢筋混凝土构件.参照抗规表5.5.1,并考虑到支撑对刚度的提高作用,取小震作用下位移角限值为1/650,比钢筋混凝土框架结构位移角限值有所提高.抗规对中震作用下的结构性
8、能没有提出量化指标.美国SEAOC的vision2000委员会对建筑物基于性能的抗震工程中,结构在不同性能水平下的侧移见表4.表4vision2000建议的结构性能侧移限值破坏状态I没有破坏l可修复l不可修复l严重破坏最大侧移角J1/500J1/20011/67J1/40参照上表,中震作用下位移角限值偏安全地取1/250.(抗规表5.5.5对弹塑性层问位移角限值:各类全钢结构房屋和钢筋混凝土框架结构均为1/50.本工程大震作用下位移角限值也确定为1/50o3.2抗震性能要求根据规范抗震设防精神,结合结构不同部位构件的重要性,并参考了类似工程的设计经验,本工程抗震性能目标见下表5.地震水准多遇地
9、震(小震)偶遇地震(中震)罕遇地震(大震)性能等级没有破坏有破坏但可修补不可倒塌允许层问位移角1,6501/25ol,5O框架柱性能弹性可低阶段屈服控制塑性转角框架梁性能弹性可低阶段屈服控制塑性转角消能梁段性能弹性塑性消能塑性消能支撑性能弹性不屈服,不屈曲不屈服,不屈曲3_3抗震性能保证措施本工程主要采取了以下三项措施来保证结构的安全性:基于性能的抗震设计方法;采用两种不同计算模型的结构软件分析设计;采用静力弹塑性推覆分析判别在中震和大震作用下的抗震性能.本工程属于偏低高度建筑,高宽比小,从反应谱分析结果反映的地震力为倒三角分布,适合采用静力弹塑性推覆分析了解其抗震能力.4B01栋结构两种分析
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