带夹层越层结构设计的思考.docx

1、带夹层越层结构设计的思考带夹层（越层）结构设计的思考概述1. 建筑功能需要，在高度比较高的首层平面约中间层高位置设置一夹层，夹层平面面积占首层平面面积比例大小不一，如下图所示：图1-1图1-2图1-31-42. 在结构设计时，规范对结构的某一些整体指标是以“层”为基准，要求自然层楼板基本完整，具有一定的平面内刚度来协调各竖向构件共同工作，自然层各竖向构件按一整体进行考虑；3. 规范对于“侧向刚度比”、“位移比”和“抗剪承载力比”等指标均以“层”为基准，对于结构“层”不明显的结构，统计的指标没有实质意义。4. 当夹层平面面积占首层平面面积比例大小不同，指标统计方法也不尽相同，下面参考一些资料如下

2、：（1）上海市工程建设规范建筑抗震设计规程DGJ08-9-2013第3.4.4条条文说明：（2）四川省超限高层建筑抗震设计图示：尽管两本资料规定不完全相同，但其概念基本是一致，当夹层面积占比较小时，如1-3三维视图所示，指标统计时夹层不能按一结构层来计算，应把夹层楼板下和夹层楼板上合并为一结构层来对待，如图4-2所示；当夹层占比较大时，如1-1三维视图所示，夹层楼板下和夹层楼板上分别作为一结构层来对待，如图4-3所示。图4-2图4-3位移比5. 对于位移比的计算的假定要求可参照一些规范，如广东省标准高层建筑混凝土结构技术规程DBJ/T15-92-2021第3.4.4条，如图5-1所示；建筑抗震

3、设计规范GB50011-2010第3.4.3条条文说明，如图5-2所示；上海市工程建设规范建筑抗震设计规程DGJ08-9-2013第3.4.4条条文说明，如图4-1所示。图5-3在两柱顶加两个X正向水平力500KN ，图5-4为采用“不强制采用刚性楼板假定”参数计算的水平位移图，图5-5为采用“对所有楼层采用强制刚性楼板假定”参数计算的水平位移图，两种计算结果完全不同，设计时应意识到不同的计算假定对计算结果的影响，根据实际情况而定。图5-5综合以上，位移比可分块刚性板进行计算，而不限于计算模型全层刚性板假定，比如三维视图1-4，夹层楼盖处位移比统计时，按左和右两块刚性楼板分别计算位移比，并且软

4、件参数设置中应选择“不强制采用刚性楼板假定”，分块刚性楼板功能在前处理板属性指定。6. 以一简单算例进行计算说明，计算条件如下：（1）各层层高均为4000mm，共6层（含夹层），柱网尺寸为6000mmx6000mm；（2）柱截面尺寸为500mmx500mm，梁截面为250mmx500mm，板厚120mm；（3）梁板柱混凝土强度等级均为C30；（4）梁上线荷载为10KN/M，板恒荷载为1.5Kpa，活荷载为2.5Kpa，基本风压0.65 Kpa，B类场地；（5）地震动参数：7度0.1g，一组二类场地；（6）模型三维视图如下图；（7）软件参数设置中选择“不强制采用刚性楼板假定”，以确保为分块刚性板

5、，而不是全层刚性板假定；7. YJK软件位移比计算结果如下所示对于夹层，YJK软件统计出来的位移比包括了ACDF区域，此位移比是没有实质意义的，夹层正确的位移比只需统计BCDE区域即可，提取夹层Y正偏规定水平力Y向水平位移，下图所示：手工复核，夹层楼层与层间正确位移比应该是而YJK软件计算的位移比为YJK软件结果是不正确的，因为软件统计的平面范围不正确。提取二层和夹层Y正偏规定水平力Y向水平位移，下图所示：二层楼层位移比计算：计算对象为上图的左图青色两柱。最大位移为12.53mm，最小位移为5.73mm手工复核，二层楼层位移比YJK软件计算的位移比也为1.37，两者相等，因为手工与软件统计的平

6、面范围一致。二层层间位称比计算：计算对象为上图的右图青色两柱，应与下层楼盖范围相对应。最大位移为8.28-3.45=4.83mm，最小位移为5.73-2.31=3.42mm手工复核，正确的二层层间位移比应该是而YJK软件计算的位移比为YJK软件结果是不正确的，因为软件统计的平面范围不正确。8. 位移比小结：（1）位移比可分块刚性板进行计算，而不限于计算模型全层刚性板假定，分块刚性楼板功能在前处理板属性指定（平板默认为刚性板）。（2）对于带夹层结构的位移比统计时，仅需对有楼板的区域进行统计，无楼板仅有柱节点的区域无需统计，故，需要手工复核每块刚板位移比，而不能采用软件计算结果。侧向刚度比9. 当

7、夹层面积占比比较小时，应采用并层的侧向刚度，即把夹层楼板下层和夹层楼板上层合并为一层计算侧向刚度，再与上层侧向刚度进行对比，而不能把夹层与上层进行侧向刚度对比，如下图所示：侧刚比分层模型方法：夹层按一标准层输入，需要手工复核侧向刚度比。下图为分层模型计算的侧向刚度模型一层与模型二层X向刚度比为3.8111/2.7091=1.407模型一层与模型二层Y向刚度比为4.4936/2.5845=1.739误判一层为非软弱层，计算结果有误为避免提取质心位移值的麻烦，简化处理，参照MIDAS Building结构大师计算原理说明书，侧向刚度采用地震剪力与非偶然偏心平均位移比值进行计算,如下图所示：提取各楼

8、层地震剪力如下图所示：提取各楼层位移如下图所示：一层（合并楼层）X向侧向刚度：力/平均位移=1555.87/10.03=155.122一层（合并楼层）Y向侧向刚度：力/平均位移=1413.68/10.06=140.525二层X向侧向刚度：力/平均位移=1356.82/3.94=344.371二层Y向侧向刚度：力/平均位移=1233.84/4.38=281.699一层（合并楼层）与二层X向刚度比为155.122/344.371=0.450一层（合并楼层）与二层Y向刚度比为140.525/281.699=0.499由以上结果可知，一层为软弱层侧刚比并层模型方法：把模型1层和模型2层合并为一层，夹层

9、按层间梁输入，板按层间板输入（下图柱子连续不断开，层高为8000的并层模型）下图为采用并层模型计算的侧向刚度一层（合并楼层）与二层X向刚度比为1.4672/3.3534=0.438一层（合并楼层）与二层Y向刚度比为1.4806/2.9979=0.494由以上结果可知，一层为软弱层并且，手工复核分层模型的一层判断结果与并层模型判断结果基本一致，这个才是带小面积夹层的合理侧刚比结果。10. 侧向刚度比小结：（1）对于带小面积夹层的结构在侧向刚度比判断时，小夹层不可以当作一楼层，应与下一层合并为一大楼层进行计算判断。（2）在计算相邻楼层侧向刚度比时，如果夹层采用分层模型进行整体计算，需要手工复核判断

10、结构是否为软弱层，不允许采用软件的判断结果；当采用并层模型时，软件计算的侧向刚度比可直接使用。（3）可根据实际情况需要，采用分层模型或并层模型中的一种进行整体计算，哪个方便建模选哪个。位移角10. 带夹层的结构采用分层模型整体计算时，对于越层柱的位移角统计采用分段的结果是不正确的，应按柱子总高度进行计算。软件计算Y向位移角如下图所示：提取非偶然偏心非双向地震位移结果，如下图所示：复核软件计算过程一层位移角：5.42/4000=1/738，与上图一致二层位移角：（13.26-5.42）/4000=1/510，与上图一致但是，都是不正确的，越层柱分两段计算了，该部位层高应为8000，按并层计算才合

11、理。以下手工复核Y向位移角，提取非偶然偏心非双向地震位移结果，如下图所示：一区位移角：3.14/4000=1/1274二区位移角：MAX(7.58-3.14,6.36-2.79)/4000=1/901三区位移角：13.26/8000=1/603取最不利结果，位移角取为1/603，这个才是合理的位移角11. 位移角小结：（1）对于带夹层结构的位移角，应按楼板范围、柱子总长度进行分区分别统计。（2）软件统计的位移角有误，需要手工复核，不可直接取用软件计算结果。风荷载12. 以一个新模型采用常规方法和精细化方法分析对风荷载计算的不同。（1）常规方法：采用常规方法对风荷载计算时，软件总是把楼层总风荷载

12、分配到楼层各个节点上进行整体计算，如下图所示：（2）精细化方法：对于楼板完整性不是很好的结构采用常规方法计算就很有问题了，如本算例，在X向正风压作用下，左侧24米通高无楼板相连，X向左侧风荷载体型系数为0.8，右侧风荷载体型系数为-0.5，总体型系数为1.3，也即是左侧将承受全楼0.8/1.3=61.5%的风荷载，如果还采用常规方法计算，这个误差应该不小。这个问题可以采用精细化方法进行计算，如下图参数设置：精细化方法的风荷载仅直接作用在最左侧和最右侧表面，中间竖向构件水平力将只能通过楼板传递过去，这才是符合真实受力的计算简图，在X向风荷载作用下，整体变形图如下所示，变形形状符合实际。13. 风

13、荷载小结：（1）对于内部高大空扩的结构，风荷载应采用精细化方法进行计算，不能按一般常规结构方法计算。（2）风荷载只能直接作用在建筑物表面，而不能直接作用于建筑内部，内部只能通过楼板和竖向构件刚度进行传递分配。构件设计14. 框架柱对于柱子，软件可自动识别构件实际长度，如下图，但有些项目发现识别不出来构件实际长度，高大柱子还是每个都复查一遍稳妥。15. 剪力墙（1）分层输入剪力墙，计算结果如下：每端边缘构件面积为1428mm2从以上计算书可发现，墙体计算高度仅一层高度4000mm，其真正的高度应为24000mm，软件也没有修改墙体高度的功能，配筋需要手工复核。（2）仅顶层伸入的剪力墙，通过修改墙

14、底标高下伸，计算结果如下：每端边缘构件面积为39824mm2手工复核此墙边缘构件配筋，按混混凝土结构设计规范GB 50010-2010第6.2.15条轴心受压：计算长度系数总配筋面积As=(1210.1*1000/0.9/0.038-2500*200*14.3)/(360-14.3)=81669mm2墙身配筋面积（0.25%配筋率）As1=（2500-400*2）*200*0.25%=850mm2每端边缘构件As2=（81669-850）/2=40410 mm2与软件结果39824 mm2基本一致，软件结果无误。16. 构件设计小结：（1）对于越层框架柱，计算长度软件可以识别，但也有项目发现不

15、能识别的情况，为安全起见，对每根越层柱长度进行复核较为稳妥。（2）对于越层剪力墙并且按分层输入时，软件不能识别实际剪力墙高度，也没有修改高度的功能，剪力墙配筋和稳定性只能通过手工复核才能使用。（3）对于越层剪力墙，比较以上两构件计算书可发现，分层输入和通过修改墙底标高输入的剪力墙计算结果相差巨大，可以说分层输入的计算结果完全是错的，分层输入计算配筋很小，稳定性也没有超限提示。大震弹塑性分析17. 以一简单算例进行计算大震弹塑性计算，计算条件如下：（1）各层层高均为4000mm，共6层（含夹层），柱网尺寸为6000mmx6000mm；（2）柱截面尺寸为500mmx500mm，梁截面为250mmx

16、500mm，板厚120mm；（3）梁板柱混凝土强度等级均为C30；（4）梁上线荷载为10KN/M，板恒荷载为1.5Kpa，活荷载为2.5Kpa，基本风压0.65 Kpa，B类场地；（5）地震动参数：7度0.1g，一组二类场地；（6）模型三维视图如下图；（7）计算软件：弹性小震采用YJK计算，大震采用SAUSAGE非线性软件计算（8）主要参数如下图：仅用一条人工波进行计算18. 带夹层的本模型有几个特点：（1）长柱和短柱数量一样多，但两者刚度完全不一样，水平力主要先由短柱承受，损伤后重新分配于长柱，长柱与短柱抗震能力不能同时发挥作用，被逐个击破。（2）长柱偏于左边，短柱偏于右边，左侧柔右侧刚，质

17、心刚心不重合，扭转会产生附加内力；（3）在塑性阶段短柱损伤过于集中，降低结构变形能力，刚心相对于弹性阶段发生较大变化，同样因扭转产生附加内力；19. 下面截些弹塑性分析主要内容图片（1）能量图（2）大震位移角：Y向位移角已超过规范限值1/50（3）左下角框架柱顶点时程位移：Y向位移已偏离原点，时程结束后顶点未能回到原点（4）梁和柱混凝土损伤（5）梁和柱钢筋塑性应变：（6）构件性能状态：柱重梁轻20. 大震分析小结：（1）本算例未能满足大震要求。（2）框架柱损坏比较严重，梁相对比较轻，未能满足强柱弱梁要求。（3）从各时刻损坏视频中可以看到，损坏是先从右侧短柱开始，损伤后刚度退化重分平水平力于长柱，随后长柱损伤刚度退化又加剧右侧短柱，重复循环。