多塔、有缝及错层结构.ppt

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1、多塔、有缝及错层结构的设计编写：黄吉锋中国建筑科学研究院软件所目录目录1 1 多塔结构多塔结构2 2 有有“缝缝”结构结构3 3 错层结构错层结构4 4 顶部顶部小塔楼小塔楼 塔的概念，刚性板的概念塔的概念，刚性板的概念规范条文规定规范条文规定计算模型计算模型多塔交互定义多塔交互定义多塔结构：塔的概念，刚性多塔结构：塔的概念，刚性楼板的概念楼板的概念q塔是工程概念塔是工程概念各塔独立计算风荷载，计算一个塔的风荷载时，各塔独立计算风荷载，计算一个塔的风荷载时，就好像其余塔不存在就好像其余塔不存在塔之间遮挡的考虑可以通过交互定义实现塔之间遮挡的考虑可以通过交互定义实现位移、位移比分塔统计位移、位移

2、比分塔统计剪重比分塔统计剪重比分塔统计偶然偏心地震的偏心距分塔考虑偶然偏心地震的偏心距分塔考虑多塔结构：塔的概念，刚性多塔结构：塔的概念，刚性楼板的概念楼板的概念多塔工程例：大底盘七塔之大底盘多塔结构：塔的概念，刚性多塔结构：塔的概念，刚性楼板的概念楼板的概念多塔工程例：大底盘七塔之七塔多塔结构：塔的概念，刚性多塔结构：塔的概念，刚性楼板的概念楼板的概念q刚性楼板是力学概念刚性楼板是力学概念同一刚性楼板上的节点的面内位移满足同一个刚同一刚性楼板上的节点的面内位移满足同一个刚体运动场：体运动场：刚性楼板假定可以理解为对计算模型的降阶手段，刚性楼板假定可以理解为对计算模型的降阶手段，从而提高计算效

3、率从而提高计算效率刚性楼板假定又可以理解为对工程中一类特定楼刚性楼板假定又可以理解为对工程中一类特定楼板的一种模拟，哪类特定楼板？板的一种模拟，哪类特定楼板？-面内刚度足面内刚度足够大，面外刚度可忽略的楼板够大，面外刚度可忽略的楼板 多塔结构：塔的概念，刚性多塔结构：塔的概念，刚性楼板的概念楼板的概念q综合以上：塔和刚性楼板在概念上是完全不同的两综合以上：塔和刚性楼板在概念上是完全不同的两个东西，不应混淆。将塔与刚性楼板在头脑中默认个东西，不应混淆。将塔与刚性楼板在头脑中默认为一个东西，是错误观念，殊不可取！为一个东西，是错误观念，殊不可取！q详言之，在实际工程中详言之，在实际工程中,塔的构成

4、可以这样表达：塔的构成可以这样表达：1 1个塔个塔=N1 N1 块刚性板块刚性板+N2 N2 块弹性板块弹性板+N3 N3 个孤立节点个孤立节点 这里，这里，N1,N2,N3 N1,N2,N3 取取 0,1,2,3,0,1,2,3,多塔结构：塔的概念，刚性多塔结构：塔的概念，刚性楼板的概念楼板的概念刚性板1刚性板2弹性板区域一个塔可以这样来构成多塔结构：规范规定多塔结构：规范规定LDL，以控制扭转效应q多塔楼结构的平立面布置层数、平面、刚度多塔楼结构的平立面布置层数、平面、刚度 宜接近；塔楼对底盘宜对称；质心距宜接近；塔楼对底盘宜对称；质心距20%20%L L。多塔结构：规范规定多塔结构：规范

5、规定这三个楼层楼板宜加强该层楼板厚度宜大于150mm该层及以上楼层均不宜设置转换层q底盘屋面楼板板厚不低于底盘屋面楼板板厚不低于150150MM,MM,相邻上下层楼板相邻上下层楼板 构造加强。构造加强。q转换层不宜做在底盘屋面上一层塔楼内转换层不宜做在底盘屋面上一层塔楼内 多塔结构：规范规定多塔结构：规范规定粗红线标出了宜加强的部位q多塔楼之间裙房连接体的屋面梁、塔楼中与裙房多塔楼之间裙房连接体的屋面梁、塔楼中与裙房 连接体相连的外围柱和剪力墙均宜加强连接体相连的外围柱和剪力墙均宜加强 （提高构造配筋，做约束边缘构件）（提高构造配筋，做约束边缘构件）多塔结构：计算模型多塔结构：计算模型q周期比

6、控制的计算模型周期比控制的计算模型建立多个单塔模型，分塔验算、控制。上部有强连接建立多个单塔模型，分塔验算、控制。上部有强连接的多塔，尚应补充验算整体周期比的多塔，尚应补充验算整体周期比可以采用强制刚性楼板假定可以采用强制刚性楼板假定q位移比控制的计算模型位移比控制的计算模型 按整体模型建模计算并验算按整体模型建模计算并验算可以采用强制刚性楼板假定可以采用强制刚性楼板假定q结构配筋设计的计算模型结构配筋设计的计算模型 1 1（推荐）（推荐）（适用于所有多塔类型）（适用于所有多塔类型）整体建模分析、设计整体建模分析、设计楼板按照真实情况计算，不做强制刚性楼板假定楼板按照真实情况计算，不做强制刚性

7、楼板假定选取足够多的振型，使得有效质量系数超过选取足够多的振型，使得有效质量系数超过90%90%该模型理论上正确，设计基础方便该模型理论上正确，设计基础方便多塔结构：计算模型多塔结构：计算模型多塔结构：计算模型多塔结构：计算模型整体建模整体分析设计q结构配筋设计的计算模型结构配筋设计的计算模型 2 2（针对仅地下室相连，地上完全分开的多塔结构）（针对仅地下室相连，地上完全分开的多塔结构）各塔地上部分单独建模，单独设计，嵌固点取在正各塔地上部分单独建模，单独设计，嵌固点取在正 负零位置（负零位置（2.02.0总是满足）总是满足）整体建模，设计地下室，传基础力。整体建模，设计地下室，传基础力。各塔

8、底层各塔底层(地上一层地上一层)的设计结果，两种模型取保守。的设计结果，两种模型取保守。该模型易于把握，设计上可行该模型易于把握，设计上可行多塔结构：计算模型多塔结构：计算模型多塔结构：计算模型多塔结构：计算模型地上部分各自建模分析设计q结构配筋设计的计算模型结构配筋设计的计算模型 3 3（针对地上有裙楼、裙楼以上完全分开的多塔结构）（针对地上有裙楼、裙楼以上完全分开的多塔结构）每塔建立一个计算模型，该模型包括塔本身、完整的每塔建立一个计算模型，该模型包括塔本身、完整的 裙楼和完整的地下室，嵌固点取在基础顶面，该塔裙裙楼和完整的地下室，嵌固点取在基础顶面，该塔裙 楼以上部分及位于裙楼中的塔范围

9、以内的部分可以采楼以上部分及位于裙楼中的塔范围以内的部分可以采 用该分离模型设计。用该分离模型设计。整体建模分析，设计裙楼、地下室，传基础力。整体建模分析，设计裙楼、地下室，传基础力。差异较大的部分的设计结果，两种模型取保守。差异较大的部分的设计结果，两种模型取保守。该模型易于把握，设计上可行，但部分区域的该模型易于把握，设计上可行，但部分区域的 设计结果要比较取保守，较繁琐。设计结果要比较取保守，较繁琐。多塔结构：计算模型多塔结构：计算模型多塔结构：计算模型多塔结构：计算模型采用这样的分离模型设计各塔多塔结构：图形交互定义多塔结构：图形交互定义q多塔结构需用户以围区方式定义；多塔结构需用户以

10、围区方式定义；q如存在遮挡，可以定义遮挡面，以准确计算风荷载如存在遮挡，可以定义遮挡面，以准确计算风荷载q刚性楼板信息由程序自动搜索，无需用户交互操作；刚性楼板信息由程序自动搜索，无需用户交互操作；q建议以最高的塔为一号塔，以下依次按高度排列。建议以最高的塔为一号塔，以下依次按高度排列。q多塔定义的合理性程序可以自动检查多塔定义的合理性程序可以自动检查多塔结构：图形交互定义多塔结构：图形交互定义q什么是合理的多塔定义？完整性：结构的每一部分都有定义，不能遗漏无矛盾：同一构件，不能既属于A塔又属于B塔非空性：定义的塔范围的多边形内至少应包含 一个构件，不能为空2.2.有有“缝缝”结构结构q规范规

11、定规范规定q有缝结构的特点有缝结构的特点q有缝结构的计算模型有缝结构的计算模型有缝结构：规范规定有缝结构：规范规定q伸缩缝：伸缩缝：混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范9.1.19.1.1条，条，规定了排架结构，框架结构、剪力墙结构等的规定了排架结构，框架结构、剪力墙结构等的伸缩缝的最大间距。伸缩缝的最大间距。q沉降缝：沉降缝：地基基础设计规范规定了沉降缝地基基础设计规范规定了沉降缝的的设置要求。设置要求。q防震缝：防震缝：抗震设计规范抗震设计规范 6.1.46.1.4条，规定了条，规定了防震缝设置要求。防震缝设置要求。有缝结构：有缝结构：特点特点q设缝结构可以看作一类特别的多塔结构，只不过设

12、缝结构可以看作一类特别的多塔结构，只不过塔之间的距离非常之小而已。塔之间的距离非常之小而已。q由于缝的宽度很小，导致缝隙面不是迎风面。需由于缝的宽度很小，导致缝隙面不是迎风面。需要定义遮挡面以准确计算风荷载。要定义遮挡面以准确计算风荷载。有缝结构：有缝结构：特点特点有缝结构：计算模型有缝结构：计算模型q各部分独立计算，建立多个计算模型各部分独立计算，建立多个计算模型 这这种种方方法法针针对对缝缝自自顶顶到到底底将将结结构构完完全全分分开开、只只有有基基础础相相连连的情况。的情况。计计算算风风荷荷载载时时，程程序序把把缝缝所所在在的的面面也也作作为为迎迎风风面面，该该方方向向的风荷载计算值偏大，

13、为此可定义遮挡面。的风荷载计算值偏大，为此可定义遮挡面。q各部分一起计算，建立一个整体计算模型各部分一起计算，建立一个整体计算模型 原则上各种设缝结构均可做整体计算原则上各种设缝结构均可做整体计算应把每个结构单元定义为独立的塔应把每个结构单元定义为独立的塔参与振型取得足够多，使有效质量系数超过参与振型取得足够多，使有效质量系数超过90%90%定义遮挡面，准确计算风荷载定义遮挡面，准确计算风荷载q错层结构的基本特征错层结构的基本特征 q计算模型计算模型q模型输入模型输入q错层信息生成错层信息生成q越层柱的计算长度系数越层柱的计算长度系数q层刚度比层刚度比q位移比和周期比位移比和周期比q规范条文规

14、定规范条文规定错层结构：基本特征错层结构：基本特征q同一楼层平面内，部分区域有楼板，部分区域没同一楼层平面内，部分区域有楼板，部分区域没楼板楼板q在没有楼板的区域内，往往形成大量越层构件在没有楼板的区域内，往往形成大量越层构件q越层构件上的越层节点的位移不受楼板或梁的约越层构件上的越层节点的位移不受楼板或梁的约束，可以自由变位束，可以自由变位 一部分有楼板，一部分无楼板，这是错层结构的基本特征错层结构：基本特征错层结构：基本特征错层结构：计算错层结构：计算模型模型q忽略不大的高差忽略不大的高差 当错层高度不大于框架梁的截面高度时，一般当错层高度不大于框架梁的截面高度时，一般可以近似地忽略错层因

15、素影响，可以归并为同可以近似地忽略错层因素影响，可以归并为同一楼层参加结构计算，这一楼层的标高可近似一楼层参加结构计算，这一楼层的标高可近似取两部分楼面标高的平均值；取两部分楼面标高的平均值；q高差较大时需要准确考虑错层高差较大时需要准确考虑错层 当错层高度大于框架梁的截面高度时，各部分当错层高度大于框架梁的截面高度时，各部分楼板应作为独立楼层参加整体计算，不宜归并楼板应作为独立楼层参加整体计算，不宜归并为一层，此时每一个错层部分都应视为独立楼为一层，此时每一个错层部分都应视为独立楼层。层。错层结构：错层结构：模型输入模型输入q框架错层结构框架错层结构：可以利用修改梁节点标高的方：可以利用修改

16、梁节点标高的方式，来输入错层梁或者斜梁式，来输入错层梁或者斜梁 q剪力墙错层结构剪力墙错层结构：以楼板为界，将一个楼层划：以楼板为界，将一个楼层划分为多个楼层输入。分为多个楼层输入。q多塔错层多塔错层：当不同的塔楼具有不同的层高时，：当不同的塔楼具有不同的层高时，在在PMPM建模时先按同一个层高输入，然后到计算建模时先按同一个层高输入，然后到计算程序（程序（SATWE,PMSAPSATWE,PMSAP）的多塔修改模块里修改各的多塔修改模块里修改各塔的层高。塔的层高。错层结构：错层结构：模型输入模型输入错层结构：错层结构：错层信息生成错层信息生成q自动考虑越层节点为弹性节点自动考虑越层节点为弹性

17、节点：软件自动将错：软件自动将错层构件在楼层平面内的节点设为独立的弹性节层构件在楼层平面内的节点设为独立的弹性节点，不受楼板计算假定限制，因而能更真实地点，不受楼板计算假定限制，因而能更真实地反应结构的实际受力状态。反应结构的实际受力状态。q自动搜索每一段越层柱的长度折算系数：自动搜索每一段越层柱的长度折算系数：对于对于错层结构，程序判断柱和墙是否越层的原则是：错层结构，程序判断柱和墙是否越层的原则是：既不和梁相连，又不和楼板相连。程序自动按既不和梁相连，又不和楼板相连。程序自动按上述原则搜索出越层信息，从而确定越层柱的上述原则搜索出越层信息，从而确定越层柱的折算系数。折算系数。q何谓柱的长度

18、折算系数？何谓柱的长度折算系数？比如某越层柱高比如某越层柱高H,H,分分为三段输入，各段高为三段输入，各段高H1,H2,H3H1,H2,H3，则每一柱段的则每一柱段的长度折算系数分别为长度折算系数分别为H/H1,H/H2,H/H3H/H1,H/H2,H/H3。错层结构：越层柱长度系数计算错层结构：越层柱长度系数计算以越层柱 H=H1+H2+H3 为例：H计算其计算长度系数 LCOEF C1=H/H1 C2=H/H2 C3=H/H33.从而，各个柱段的计算长度系数为(也就是用 户见到的柱长度系数)：LCOEF1=C1*LCOEF LCOEF2=C2*LCOEF LCOEF3=C3*LCOEF4.

19、可见，越层柱各柱段的计算长度系数实际上 是折算长度系数乘上计算长度系数 错层结构：层刚度比错层结构：层刚度比q层刚度比仅作参考层刚度比仅作参考 因为在因为在PMPM中输入的计算层与真实结构的楼层不一中输入的计算层与真实结构的楼层不一定一致定一致,所以软件输出的层刚度比也不一定是真所以软件输出的层刚度比也不一定是真实楼层间的刚度比实楼层间的刚度比,这一点需设计人员注意这一点需设计人员注意.错层结构：位移比和周期比错层结构：位移比和周期比q采用强制刚性楼板假定采用强制刚性楼板假定q位移比、周期比均有效位移比、周期比均有效错层结构：规范错层结构：规范规定规定q高规第高规第条规定条规定，错层处框加柱的

20、截面高度不应，错层处框加柱的截面高度不应小于小于600mm，混凝土强度等级不应低于混凝土强度等级不应低于C30，抗震等级应提高一级采用，箍筋应全柱段加密。抗震等级应提高一级采用，箍筋应全柱段加密。q高规第高规第条规定条规定，错层处平面外受力的剪力墙，错层处平面外受力的剪力墙，其截面厚度，非抗震设计时不应小于其截面厚度，非抗震设计时不应小于200mm，抗震设计时不应小于抗震设计时不应小于205mm，并均应设置与之并均应设置与之垂直的墙肢或扶壁柱；抗震等级应提高一级采垂直的墙肢或扶壁柱；抗震等级应提高一级采用。错层混凝土强度等级不应低于用。错层混凝土强度等级不应低于C30，水平水平和竖向分布钢筋的

21、配筋率，非抗震设计时不应和竖向分布钢筋的配筋率，非抗震设计时不应低于低于0.3%，抗震设计时不应低于，抗震设计时不应低于0.5%。小塔楼小塔楼 q采用基底剪力法时，根据采用基底剪力法时，根据抗震设计规范抗震设计规范 (5.2.4)5.2.4)条，突出屋面部分的地震作用效应宜条，突出屋面部分的地震作用效应宜乘以增大系数乘以增大系数3 3；q采用振型分解法时，突出屋面部分每层可作为采用振型分解法时，突出屋面部分每层可作为一个质点，并取足够的计算振型。同时建议按一个质点，并取足够的计算振型。同时建议按照抗震规范（照抗震规范（5.2.55.2.5）条控制屋面小塔楼每一）条控制屋面小塔楼每一层的剪重比。层的剪重比。参考文献1.高层规程 JGJ3-20022.陈岱林，李云贵，魏文朗.多层 及高层结构CAD软件高级应用，中国建筑工业出版社，2004