平西府鋼板剪力墻抗震性能設計方案

1、Some targeted strengthen measures (steel section shear-wall were employed to the Analysis resuIt shows that strueture can highly meet to design object and codeplate shear walls and variable crossfirs t floor and second floor respectively.s performance and function requirements.（作者簡介：肖信文，1979-結(jié)構(gòu)工程師,平

2、西府車輛段與綜合基地復雜剪力墻結(jié)構(gòu)抗震設計肖信文，萬紅宇，黃躍斌，馮慧君，朱興剛，柯長華V北京市建筑設計研究院7S1工作室，北京100045）摘要北京平西府車輛段與綜合基地工程的特點及結(jié)構(gòu)設計情況，針對工程Y向剪力墻豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)，采用了基于性能的抗震設計；并對結(jié)構(gòu)進行多模型、多軟件的反應譜和時程分析，以及局部構(gòu)件的補充驗算。在首層采用鋼板剪力墻及二層采用變截而鋼板剪力墻，有針對性地 采取加強措施。計算結(jié)果表明結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)和性能均能達到設計的預期性能目標和規(guī)范要求。關(guān)鍵詞鋼板剪力墻；時程分析法；抗震性能設計；豎向不連續(xù)Steel plate shear wallSeismic Perf

3、ormance Design of The pingxifu vehicledepot and comprehensive baseXiao xinwen, Wan Hongyu, Huang Yuebin, Feng Huijun, Zhu Xinggang, Ke changhua Abstract:This paper aims to introducethe features and struetore design of PINGTXIFU vehicle depot and comprehensive base engineering. Seismic performance de

4、sign was adopted to deal with the Y direction l&teral force resisting member discontinuous problem. In addition, multi-model Analysis, response Spectrum, timeHistory Analysis and Added checking of local parts were introduced to this design.Key words :steel plate shear wall。 time-history analysis。 se

5、ismic performance design 。 vertical discontinuity1工程簡況近年來，在軌道交通樞紐上建大型商住綜合體大量涌現(xiàn)。為了同時滿足軌道交通、車站人流、商業(yè)住宅 功能需求，并充分利用土地，這些建筑多采用大底盤多塔結(jié)構(gòu)體系V如建于2000年北京通惠家園住宅小區(qū)工程，此住宅位于北京地鐵四惠站），其抗震設計有很多難題有待解 決。北京平西府車輛段與綜合基地工程，該工程位于北京地鐵8號線線路北端終點，其整體效果圖見圖1, 其E-F區(qū)為兩層大底盤上建3棟23層住宅，其短軸方向V向）剪力墻因為底部列車車道影響而無法全部落地圖2）。因此，為解決其抗震問題，工程創(chuàng)新采用了剛

6、度均勻過渡的底部大開洞鋼板剪力墻體系。下面著重介紹該結(jié)構(gòu)體系的設計目標、技術(shù)難點和計算 分析結(jié)果。Email:kaierwenxxw163 com2結(jié)構(gòu)設計參數(shù)平西府車輛段與綜合基地工程E-F區(qū)的底部為兩層框架大底盤結(jié)構(gòu)，首層層高9.4m ,二層層高4. 5m,主要柱網(wǎng)尺寸為15. 9m x 7. 2m , 12. 6m x 8. 6mo大底盤上為23層剪力墻結(jié)構(gòu)，室外地坪至檐口總高度為794m。標準層層高2. 8mo結(jié)構(gòu)安全等級為二級，抗震設防類別為丙類，工程抗震設防烈度為8度V02g),川類場地，根據(jù)勘察報告，場地特征周期為0. 45S,地震影響系數(shù)8 max=0. 16；基本風壓為045

7、KN/m 地面粗糙度為B類。圖1整體效果圖b)剖面圖4,隔震效果不明顯，最后選擇了大開洞鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)體系。其Y向結(jié)構(gòu)如圖3所示，為保證豎向構(gòu)件連 續(xù)，并考慮層剛度平緩過渡，Y方向剪力墻采用兩端為T形短肢、中部為十字形短肢的落地剪力墻厚墻墩，首層墻體開大洞，二層及以上各層墻體均 按剛度需求開洞。采用此方案，該結(jié)構(gòu)尚存在以下超限內(nèi)容：1 ）由于首層與二層層高相差懸殊，雖為剪力墻結(jié)構(gòu)，但是Y方向落地的僅是厚墻墩，Y方向首、二層剛度比接近于0.5； 2）裙房與主樓整體計算時，在地震作用下扭轉(zhuǎn)位移比比較大；3 ）由于本工程沒有地下室，雖然基礎埋深滿足規(guī)范要求并采用了樁基礎，但還需按彈塑性大震作用抗傾覆

8、驗算。綜上所述木工程結(jié)構(gòu)具有一定程度的不規(guī)則性和復雜性，設計中需要采取相應的加強措施。圖3 Y向墻體一 三層開洞示意1、在同時考32結(jié)構(gòu)抗震設計性能目標結(jié)構(gòu)設計在常規(guī)的三水準抗震性能目標的基礎上，補充以下性能目標: 慮雙向水平和豎向地震作用下，底部短肢墻的偏壓、偏拉承載力按大震不屈服設計；彈塑性的大震作 2、按 用抗傾覆驗算。4計算分析方法和結(jié)果4.1計算分析方法為保證計算結(jié)果的合理性，分別采用中國建筑科學研究院PKPMCAD工程部編制的SATWE2005版)和Computer&Structures , Inc編制的ETABS中文版 VV9. 7版)兩種不同的 力學模 型的三維空間結(jié)構(gòu)有限元分

9、析軟件進行整體計算，分析比較；小震計算時采用“安評報告”提供的地震動參 數(shù)；中震、大震計算時采用規(guī)范提供的地震動參數(shù)。由于工程受力比較特殊，故木工程還補充了彈性時程分 析。4. 2模態(tài)分析結(jié)果模態(tài)分析得到的結(jié)構(gòu)周期見表lo結(jié)構(gòu)周期比較表1工程SATWEETABS周期s)振型周期s)振型T11. 1333Y向1.074Y向T20. 8763X向0. 798X向T30. 6741扭轉(zhuǎn)0. 576扭轉(zhuǎn)T40. 3826Y向0. 408Y向T50. 3254扭轉(zhuǎn)0. 327扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)基本 自振周期s)T60. 2640X向0. 248Y向從模態(tài)分析得到的周期結(jié)果可知兩種程序計算得到的周期相近，震動特性一

10、致，第一扭轉(zhuǎn) 周期與第一平動周期之比滿足規(guī)范要求。43振型分解反應譜法和彈性時程分析結(jié)果小震作用下根據(jù)震型分解反應譜計算得到的彈性分析結(jié)果見表-2彈性計算結(jié)果比較表2軟件SATWEETABS方向XYXY總剪力KN68003837116417079350最大層間位移角1/21501/12971/26071/1209位移比1. 211.291.461.24剪重比V%7. 699. 427.69. 3Elcentro , Dsst天然波和“安力平均值大于振型分解反應譜法計算結(jié)果的80%,均滿足規(guī)范的要求。工程采用ETABS程序進行彈性時程分析，時程分析選用評報告”提供的人工波 5063o峰值加速度取

11、70cm/s；地震波的持續(xù)時間均大于結(jié)構(gòu)基本自振周期VI. 13s )的5倍，時間間隔為0. 02s,滿足規(guī)范的要求。時程分析樓層剪力計算 對比如圖4,各工況下的底部剪力見表3。時程地震剪力/反應譜剪力表3計算方法地震波X方向底部剪 力 KN)Y方向底部 剪力0. 65Elcentro75300701001. 170. 880. 65人工波506358000648000. 900. 820. 65時程分析平均值67133632001.050.80.8以上圖表表明，每條時程曲線計算的樓層剪力與反應譜計算的樓層剪力雖有相差，但 圖4X,Y向各丄況下樓層剪力對比圖平均值很接近；結(jié)構(gòu)底部剪力大于振型分

12、解反應譜法計算結(jié)果的65%,三條時程曲線計算所得的結(jié)構(gòu)底部剪向一三層墻體做有限元分析，大震下的Y方向單工況應力圖見圖5從X, Y向剪力對比圖中可知，反應譜計算得到的樓層剪力和時程計算的樓層剪力很相近，設計時可按反應 譜的結(jié)果設計。4.4大震不屈服分析計算工程底部短肢墻承載力按大震不屈服驗算，“安評報告”中提供的地表50年超越 概率2%的地震動參數(shù)大于規(guī)范值，故按規(guī)范進行大震效應計算。計算時，剪力按大震的標準組合，材料強度按標準值進行驗算，抗震承載力調(diào)整系數(shù)均取1.0,水平地震影響系數(shù)a2max=0. 9,峰值加速度取400cm/s ,計算模型考慮部分構(gòu)件進入塑性，結(jié)構(gòu)阻尼比增大至0. 07o4

13、.5考慮彈塑性時大震抗傾覆驗算主樓和裙房整體計算模型，進行了考慮彈塑性時大震抗傾覆驗算。驗算結(jié)果表明，在考慮樁23%的特征值拉力時滿足設計要求。為了考慮安全起見，對不考慮裙房有利影響的主樓整體計算模型，進行了在小震、中震以及大震作用下的主樓抗傾覆驗算。驗算結(jié)果表明，小震下的計算結(jié)果滿足設計要求，樁不受拉；中震計算結(jié)果滿足要求，樁不受 拉；大震結(jié)果需考慮樁拉力承受的傾覆彎矩占總傾覆彎矩13%o4.6 Y向單棍墻體底部有限元分析首層Y向墻肢較短，層高較高，通過二三層墻體采取下小上大斜墻做法，避免一層頂大梁成為轉(zhuǎn)換梁，結(jié)構(gòu)整體抗震計算時梁剛度不折減?？紤]底部各層墻肢截面及形心位置有變化，因此對Y圖5

14、應力圖 單位:MPa從圖5可知，首層及以上各層連梁兩端應力較大，在大震作用下連梁兩端會出現(xiàn)塑性絞；首層連梁兩端 下部存在較大應力，為使首層連梁在大震下不出現(xiàn)塑性絞，連梁按拉彎構(gòu)件設計，設計時考慮連梁底部設置型 鋼與墻墩中的型鋼連接，增加首層的整體剛度。5關(guān)鍵截面設計和構(gòu)造措施首層的Y向墻墩為本工程的關(guān)鍵部位，混凝土強度等級為C50,鋼板強度等級為Q345o承載力按大震不屈服控制，墻垛取寬1400,長度根據(jù)建筑條件分別取3400, 1000, 2000,墻墩三1400 x2000 (翼緣厚40,腹板厚30。按照等效 剪切剛度u j AL J rJ圖6構(gòu)件大樣圖由于型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程及鋼骨

15、混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程中并無類似鋼板混凝土墻體計 算公式，工程的鋼板混凝土墻的截面抗剪承載力驗算參考了中國建筑科學研究院有關(guān)研究成果。計算思路如 下，按照下列公式先計算出型鋼及鋼板承擔的地震剪力，剩余部分地震剪力由混凝土部分承擔，通過調(diào)整型 鋼、鋼板的厚度使剩余部分的地震剪力小于混凝土的抗剪承載力，由于是計算大震下的抗剪截面，式中取1.0,大震下結(jié)構(gòu)整體計算內(nèi)力分析時考慮阻尼比取 0. 07o6鋼板混凝土組合剪力墻構(gòu)造叱7詢置了鋼板混凝土組合剪力墻，墻墩斷面如圖6,號墻柱采用匸箱型截面，考慮翼緣較厚型T型鋼由于首層層高較高，首二層的剛度比為0. 53,并且豎向構(gòu)件不連續(xù)，因此在首二層設 計算需厚6

16、0),根據(jù)市場要求翼緣采用厚50,腹板采用厚40,因此翼緣伸出腹板成口型，并且翼緣采用下 大上小的變截面形式，充分考慮受力性能，并且更好的和二層的鋼板過度。由于整個墻墩在大震作用下內(nèi)力較大，縱筋較多，并且考慮墻墩和裙房轉(zhuǎn)換梁及主樓連梁的縱筋和H型鋼的連 接，墻墩采用型截而3D圖如圖7),縱筋盡量放置在外側(cè)?？紤]和混凝土的共同作用，鋼板上開灌漿孔以及在翼緣上設置栓釘。二層墻厚變薄，首層的鋼改成工字型鋼，并且二層為變截面墻，因此在工字型鋼的腹板對焊腹板變截面的3D圖如圖7),圖7 一號墻柱3D圖7結(jié)論上述計算分析表明，報告中所采用結(jié)構(gòu)方案能夠滿足性能目標：1)首層主樓Y向剪力墻墻墩設置型鋼及鋼板后承載力滿足大震不屈服要求，并滿足大震下受剪截面控 制條件。2)通過裙房X向設置剪力墻，減少大底盤裙房角柱及邊柱的位移，使考慮扭轉(zhuǎn)的位移比滿足規(guī)范要 求。3)大震下結(jié)構(gòu)整體抗傾覆驗算結(jié)果表明，單樁上拔力不大于單樁抗拔承載力特征值的25%滿足控制目 標。另外，在首層主樓大跨連梁和裙房首層大跨梁及其支撐框架柱內(nèi)設置型鋼，提高了構(gòu)件的承載力 和延性。結(jié)構(gòu)構(gòu)件在按性能目標進行截而設計和鋼筋、鋼骨配置并采取適當?shù)臉?gòu)造措施后，建筑可滿足“小震不壞、中震可修、大震不倒”的設防要求。致謝：感謝中國建筑科