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技术文章

高层楼盖整体指标都过了,为什么还要看框架柱倾覆弯矩占比?

周期比、层间位移角、剪重比过线,证明结构整体响应还落在限值内;规定水平力下的框架柱地震倾覆弯矩百分比,证明外框柱是否按框架-核心筒假定分担了水平力,两件事不能互相顶替。BICP银泰建构做高层预应力楼盖时,把这两类结果和两套软件的内力分配摆在一张表上一起读。前提是项目按框架-核心筒体系设计并报审;建筑本体是筒体结构时,外框没有分担水平力的假定,这项占比也就不作为判据。

作者:BICP银泰建构
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适用场景

技术文章框架柱倾覆弯矩占比、高层预应力楼盖、层间位移角、周期比、剪重比、框架-核心筒、宽扁梁
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导语

把层间位移角当成外框已参与抗侧的凭证,是最常见的一处误读。位移角反映整体刚度:核心筒足够刚,外框一根柱几乎不吃弯矩,位移角一样能算过。四项整体指标并排看,也读不出侧向力最终落在哪个构件上。

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适合哪些项目

  • 适合:高层框架-核心筒、多高层框架-剪力墙体系,楼盖用预应力宽扁梁或预应力平板,外框柱和核心筒一起抵抗水平力,审图或超限审查要交代框架分担份额的项目。
  • 不适合:纯剪力墙或纯筒体结构,外框没有分担水平力的假定,这项占比也就不作为判据;三层以下的结构倾覆弯矩总量小,占比跟着层数上下波动,读出来的数判读意义弱。
  • 需要先确认:结构设计总说明里写的是框架-核心筒还是筒体结构,抗震设防烈度和场地类别。还要看楼盖形式、外框梁与核心筒怎么连接,以及模型里梁刚度折减和楼板参与程度取了多少。
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怎么自己核对

  1. 先认体系。 这项占比只有在框架-核心筒(或框架-剪力墙)体系下才有判读意义。体系认错,后面每个数都失去参照物。
  2. 分方向读,再顺着楼层往上读曲线。 只看底层一个数,加强层、转换层、平面收进处的内力突变会被盖住。
  3. 把模型里的三处取值核清楚。 外框梁刚度折减系数、楼板参与受力的程度、预应力等效荷载怎么加。三处取值不同,同一个结构算出来的占比能相差几个百分点。
  4. 占比偏低时,先在外框上找办法。 先看外框梁刚度和梁端连接构造,再考虑调核心筒刚度;每改动一处都要重跑整体指标,确认位移角、周期比没有被带出限值。
  5. 第二套软件复核时,比内力分配。 周期和位移对得上,不等于框架和核心筒分到的弯矩也对得上。
检查项 回答什么问题 合格之后仍可能漏掉
周期比 扭转与平动是否协调 外框和核心筒谁在抗侧
层间位移角 整体侧向刚度够不够 侧向力由哪个构件承担
剪重比 地震剪力是否达到下限 框架分到的份额够不够
框架柱倾覆弯矩占比 外框是否真的参与抗侧 沿高度分布是否均匀
双软件对比 计算结果稳不稳 输入假定是否合理

表格前四行看的是整体响应,最后一行看的是模型本身。占比这一项和前四项一起用,补的是外框到底接下多少水平力这个信息。

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占比偏低时,几条路的代价不一样

加高外框梁,净空和层高收益被吃掉一块,预应力楼盖省下来的层高要重新算账。梁端加宽或加腋能提高梁端刚度,节点区钢筋和施工难度跟着上去。调核心筒刚度一动就连着位移角、周期比、扭转位移比一起变,等于重新做一轮整体校核。调整外框与核心筒的刚接程度,内力分配随之改变,审查时要说明连接假定和计算模型。

选哪条,取决于项目更缺层高、更赶工期,还是更怕审查卡住;逐项比过再定。

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一个高层项目的读数

BICP银泰建构在一个高层框架-核心筒项目的楼盖技术经济分析里,条件是这样:7 度区,总高 168 米,跨度 12.5 米。原梁板方案梁高 700mm、层高 4.2 米、40 层;改用 500mm 高预应力宽扁梁配 200mm 厚预应力平板后,层高收到 4 米,总高度不变,层数做到 42 层。整体计算给出周期比 0.675,X 向最大层间位移角 1/849、Y 向 1/752,都在 1/722 的限值以内;X 向、Y 向地上楼层剪重比分别大于 2.18%、2.03%;同一批结果里,规定水平力下框架柱地震倾覆弯矩百分比是 X 向 10.4%、Y 向 12.2%。盈建科与 ETABS 两套模型对比,各项指标出入不大。

这几个数摆在一起才有意义:减薄楼盖没有让整体指标失守,外框也仍然分到了弯矩。只报整体指标,会让人以为换成宽扁梁只是赚了层高。

宽扁梁梁高小、线刚度低,12.5 米跨时外框对核心筒的约束本来就弱,弯矩往核心筒走是结构自身的结果。要是模型里再把外框梁刚度打折、楼板参与取保守,读数会更低。看到占比贴近下限,先核这三处取值,确认读到的是设计意图,而不是建模取值留下的偏差。

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参考依据

某高层框架-核心筒项目(7 度区,总高 168 米,跨度 12.5 米,平面 45 米×45 米,内筒 20 米×20 米,地上 42 层、层高 4 米)的楼盖分析:500mm 高预应力宽扁梁配 200mm 厚预应力平板,X 向最大层间位移角 1/849、Y 向 1/752,均在 1/722 的限值以内;周期比 0.675;X 向、Y 向地上楼层剪重比分别大于 2.18%、2.03%;规定水平力下框架柱地震倾覆弯矩百分比 X 向 10.4%、Y 向 12.2%;盈建科与 ETABS 结果基本一致。

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常见问题

Q1 占比 10.4% 和 12.2%,算不算低?

要放到这个项目的体系假定里比。按框架-核心筒设计,框架部分在底部要担起一定份额的倾覆弯矩,读数贴着这条下限,就该回头核外框梁刚度和梁端连接构造。

Q2 占比低,是不是说明核心筒更强、更安全?

核心筒再强,也回答不了外框还剩多少抗侧能力。核心筒开裂或刚度退化时,水平力要由外框接住一部分,占比过低意味着这份余量没被验证过。

Q3 两套软件结果一致,占比还用看吗?

一致只说明算得稳,说明不了假定对不对。两个模型用的是同一套梁刚度折减和楼板假定,同一个偏差会被一起复制。

Q4 预应力楼盖会不会把占比压得更低?

跨度大、梁高受限、核心筒刚度高三条同时成立时,有这个可能。这时外框梁线刚度相对核心筒更弱,弯矩分配会更往筒体集中。

Q5 占比不够怎么调?

先动外框梁刚度和梁端连接,再考虑核心筒。每调一次都重跑整体指标;加高梁会吃掉层高收益,这笔账要和建筑专业一起算。

整体指标合格,说明整体响应可控;占比合格,说明框架确实在抗侧。两条都过,预应力楼盖换来的层高和层数才站得住。把结构体系、层数、跨度、抗震设防烈度和楼盖形式发过来,BICP银泰建构的工程师帮你判断这项占比要不要单独核。

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