陈冠新
华南理工大学建筑设计研究院 广州市 510641
摘要：本工程结构高度23.15m，采用框架结构。采用YJK、ETABS软件进行整体结构弹性计算，进行中震作用下楼板应力分析和温度工况下楼板应力分析，计算结果显示，结构安全可行。
关键词：框架结构；抗震设计；楼板应力分析
中图分类号：TU375.4 文献标志码：A 文章编号：
Structural design and seismic performance analysis of a teaching and experimental building
Chen Guanxin
(Architectural Design and Research Institute of South China University of Technology,
Guangzhou P.R. China, 510641)
Abstract: The structure is 23.15m high, which is the frame structure. YJK and ETABS software were used to calculate the overall structural elasticity, analyze the floor stress under the action of moderate earthquake and analyze the floor stress under the condition of temperature. The results show that the structure is safe and feasible.
Keywords: frame structure; seismic design; floor stress analysis
1 工程概况
本工程位于安徽省巢湖市黄麓镇，地上5层，总建筑面积为23920平方米，建筑主要功能为各类型教室、阅览室、语音室等，建筑高度23.95米，采用框架结构体系。项目效果如图1所示。
图1 项目效果图
Fig.1 Rendering of project
2 结构主要设计参数
本工程的结构设计使用年限为50年，安全等级为二级，结构重要性系数为γ0=1.0。本工程与合肥市市区的直线距离约35公里，与巢湖市市区的直线距离约30公里，根据《中国地震动参数区划图》［1］，黄麓镇的峰值加速度为0.1g，反映谱特征周期Tg=0.35s，参考合肥市地震分组为第一组。根据《建筑工程抗震设防分类标准》［2］及《建筑抗震设计规范》［3］，本工程属标准设防类建筑。根据《建筑抗震设计规范》［3］，本工程抗震措施按7度考虑，钢筋混凝土框架抗震等级为三级,超过18米跨度的框架抗震等级为二级。
3 结构选型与布置
本工程无地下室，地面以上6个计算层，结构高度为23.15m,采用钢筋混凝土框架结构，五层局部夹层采用型钢梁-混凝土楼板组合楼盖。柱截面尺寸：800×800、首层600×600随楼层高度渐变至600×400，圆柱为φ800、φ1150。梁截面尺寸：(1)外围梁为300×900，X向内框架梁300×650，Y向内框架梁为300×600。 (2)次梁截面为200×600、200×400、200×900（外围）。四、五层大悬挑处采用密肋梁布置方法，梁高为1300mm。（3）楼层一般为110mm，个别大跨板适当加厚；局部大开洞处楼板加厚至150 mm。结构整体模型如图2所示，典型结构平面如图3和图4所示。
图2 结构整体模型
Fig.2 Structural integral model
图3 2层结构平面
Fig.3 The 2-storey structure plane
5 结构抗震性能分析
5.1 结构小震弹性分析
本项目采用建筑结构分析与设计软件YJK进行小震下的计算，结构整体计算指标如表2所示:
(1)本工程计算振型数为30，振型质量参与系数为∑Ux=98.05%，∑Uy=97.95%，满足规范要求。
（2）本工程计算得到刚重比均大于20，不需要考虑重力二阶效应的不利影响。
（3）根据《建筑抗震设计规范》［3］5.5.1条规定，框架结构在多遇地震下其弹性层间位移角不应大于1/550，本工程符合规范要求。
表2 结构主要整体指标
Table 2 Main overall index of the structure
自振
周期
(秒)T1= 1.3387T2= 1.0565 (T)T3= 0.9077
T4= 0.4611T5=0.3869 (T)T6= 0.3430
注：括号中的T表示以扭转为主的模态，Tt/T1=0.79
方向XY
风
荷
载
作
用位移最大层间位移角△u/h1/8542 (3层)1/3184 (3层)
基底弯矩M0(KN-m)2535836880
基底剪力Q0(KN)16082340
地
震
作
用位移最大层间位移角△u/h1/1221 (3层)1/725 (3层)
扭转位移比最大值1.23
（X-5%向：2层）1.49
（Y+5%向：2层）
基底弯矩M0(KN-m)257883189874
基底剪力Q0(KN)1557111618
剪重比Q0/G(%)3.65%2.72%
刚重比Di*Hi/Gi49.7920.35
总重量（D+L）(KN)42666
5.2 中震作用下楼板应力分析
楼盖采用弹性板假定，采用ETABS软件进行计算。由图可知，中震作用引起的楼板面内拉、压应力一般在0.1~0.7 MPa，小于C30混凝土的抗拉强度标准值（ftk＝2.01MPa）；在楼板宽度较窄处的应力稍大，为1.5~2.5Mpa，通过双层双向配筋亦可满足中震楼板抗拉不屈服的要求。楼板剪应力值一般在0.1～0.6 MPa之间，小于C30混凝土的抗剪强度设计值（0.7ft＝1.00MPa）；在楼板宽度较窄处的应力稍大，为0.6~1.6Mpa，通过适当加厚楼板至150mm并双层双向配筋的措施，以满足中震楼板抗剪弹性的要求。中震作用下楼板应力如图5所示。
（a）2层楼板X向中震作用下S11（单位：N/mm2）
（b）2层楼板X向中震作用下S12（单位：N/mm2）
（c）5层楼板X向中震作用下S22（单位：N/mm2）
(d) 5层楼板X向中震作用下S12（单位：N/mm2）
图5 中震作用下楼板应力
Fig.5 Stress of floor slab under moderate earthquake
6 温度工况下楼板应力分析
根据《建筑结构荷载规范》［5］，日均最高温度37℃，日均最低温度-6℃，暂定砼浇筑合拢温度取为15~20℃，结构最大降温取26℃，最大升温取26℃。在YJK软件中进行楼板应力分析，考虑混凝土徐变，应力松弛系数取0.3，结果显示，2层结构平面产生的温度应力一般都在0.6MPa以内，局部应力较大值达到2MPa，采取双层双向配筋加强措施和施工配合加于解决，其他各层平面温度应力一般在0.6MPa以内，小于C30混凝土的抗拉强度设计值（ft＝1.43MPa）。温度工况下的楼板应力如图6所示。
(a) 2层楼板降温工况时S11（单位：N/mm2）
(b) 2层楼板升温工况时S11（单位：N/mm2）
(c) 2层楼板降温工况时S22（单位：N/mm2）
(d) 2层楼板升温工况时S22（单位：N/mm2）
图6 温度工况下楼板应力
Fig.6 Stress of floor slab under temperature
6 技术措施
6.1构造加强措施
由于存在扭转不规则、凹凸不规则等情况，除按规范要求进行结构设计外，采取以下构造加强措施：
（1）加强外围框架，外围较大的窗间构造柱按框架柱要求进行配筋，提高结构抗扭能力。
（2）楼板按拉压中震不屈服、抗剪中震弹性进行设计，均采用双层双向配筋；局部楼板连接薄弱处适当加强梁板配筋。
（3）竖向构件按抗剪中震弹性设计，压弯、拉弯中震不屈服设计。
（4）与坡屋盖相交的框架柱的抗震等级提高一级。
6.2抗裂措施
本工程采取以下措施来解决因收缩和温度带来的不利影响：
（1）结构布置方面，楼板采用贯通梁系布置，适当增配梁侧腰筋且搭接按受拉考虑。
（2）适当提高梁及楼板的配筋率。
（3）施工时在建筑物中设置后浇带。
（4）楼板表面双向双向配置配筋率不小于0.1%的防裂构造钢筋。
6 结论
本工程结构高度23.15m，采用框架结构，存在的不规则项有：平面不规则（回字形，二层开口）；（2）图书馆夹层转换为钢结构；（3）扭转位移比＞1.2。采用YJK、ETABS软件进行整体结构弹性计算，进行中震作用下楼板应力分析和温度工况下楼板应力分析，计算结果显示，结构安全可行。
参考文献:
[1] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局. 中国地震动参数区划图: GB 18306-2015［S］北京：中国标准出版社，2015
[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 建筑工程抗震设防分类标准: GB 50223-2008［S］北京：中国建筑工业出版社，2008
[3] 中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑抗震设计规范: GB 50011-2010［S］北京：中国建筑工业出版社，2010
[4]住建部超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点［R］，2015
[5] 中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑结构荷载规范: GB 50009-2012［S］北京：中国建筑工业出版社，2012
论文作者:陈冠新
论文发表刊物:《防护工程》2018年第32期
论文发表时间:2019/2/21
标签：楼板论文; 应力论文; 结构论文; 工况论文; 工程论文; 位移论文; 温度论文; 《防护工程》2018年第32期论文;