CN114519228B - 一种大高宽比双塔结构裙房楼板抗倾覆受力快速计算方法 - Google Patents

一种大高宽比双塔结构裙房楼板抗倾覆受力快速计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种大高宽比双塔结构裙房楼板抗倾覆受力快速计算方法，包括以下步骤：S1：选取双塔结构的其中一个单塔并根据所述单塔的建筑尺寸数据计算自身的抗倾覆弯矩Mr和所述单塔在水平地震和风荷载作用下的倾覆力矩Mor；S2：假定各层裙房楼板所受水平轴力呈线性比例关系；S3：裙房楼板承担的轴力需满足弯矩平衡公式；S4：求得各层裙房楼板所受的轴力F1‑Fi。本申请的计算方法为大高宽比双塔结构抗倾覆分析及裙房楼板抗倾覆受力计算提供一种便捷的解决思路，弥补现行设计方法的空缺。

Description

一种大高宽比双塔结构裙房楼板抗倾覆受力快速计算方法
技术领域
本发明涉及建筑结构技术领域，具体涉及一种大高宽比双塔结构裙房楼板抗倾覆受力计算方法。
背景技术
倾覆是指建筑向一侧整体倒塌，极易引发灾难性的后果。因此，抗倾覆问题涉及到建筑的基本安全和建筑周边的公共安全，是一栋建筑是否成立的基础。
随着国民经济的快速发展，城市化进程的提高，越来越多的复杂高层建筑应运而生。在高层建筑中，多栋塔楼的建筑形式普遍存在，尤其是双栋塔楼的建筑应用最多，有时它们通过裙房的楼板连成整体，形成多塔结构。一般情况下，多塔结构底盘层数较多，刚度较大，能有效约束住上部塔楼，多栋塔楼和裙房可以形成刚度很大的整体结构，结构抗倾覆很容易满足要求。
然而，对于裙房楼层偏少、底盘刚度偏小、塔楼高宽比较大的高层建筑，单栋塔楼可能无法满足抗倾覆的要求，需要借助裙房的楼板让多栋塔楼形成整体，才能满足抗倾覆的要求。此时，裙房楼板受力复杂，除了承担正常的竖向荷载外，还要能承受巨大的反复拉压作用，才能防止塔楼在水平风荷载和地震荷载下的倾覆。对双塔楼结构而言，如果此时裙房楼板失效，双塔楼就会变成单塔楼，因抗倾覆能力不足而倒塌，产生严重的安全问题。
目前，结构计算一般采用计算机软件进行，计算时会默认双塔楼是一个整体，不会出现因裙房楼板失效形成单塔的情况，也不会对单塔楼模型分别进行抗倾覆分析。且对于大高宽比双塔结构，模型单元较多，建模和计算时间都相对较长，工作量很大。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种大高宽比双塔结构裙房楼板抗倾覆受力快速计算方法，可以对该类结构的裙房楼板在水平地震和风荷载作用下的受力行为进行快速、准确的评估，提高设计效率，并根据计算结果采取相应结构措施，从而确保裙房楼板足够的承载能力，避免单栋塔楼因抗倾覆能力不足而倒塌，保证建筑安全。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种大高宽比双塔结构裙房楼板抗倾覆受力快速计算方法，包括以下步骤：
一种大高宽比双塔结构裙房楼板抗倾覆受力快速计算方法，包括以下步骤：
S1：选取双塔结构的其中一个单塔并根据所述单塔的建筑尺寸数据计算自身的抗倾覆弯矩Mr和所述单塔在水平地震和风荷载作用下的倾覆力矩Mor；
S2：根据建筑结构受力特征及相关力学概念，各层裙房楼板所受水平轴力近似简化为呈线性比例关系：
其中，n为裙房楼层总数，Hi为第i层裙房的高度，Fi为第i层裙房楼板所受的水平轴力，Hj为第j层裙房的高度，Fj为第j层裙房楼板所受的水平轴力；Fn为裙房最顶层楼板所受的水平轴力；
S3：裙房楼板承担的轴力需满足下式：
其中，Kr为抗倾覆稳定性安全系数，可查询相应规范得到；
S4：由上式求得各层裙房楼板所受的轴力F1-Fi。
进一步地，还包括：
S5：重新选取双塔结构的另一个单塔并重复步骤S1-S4，在不同单塔楼模型计算得到的轴力F1-Fi中选最不利的裙房楼板轴力进行包络设计。
进一步地，假设各层裙房楼板所受的水平拉力均由板顶钢筋承受，水平压力均由混凝土承受，由此复核楼板厚度并根据楼板有效宽度及板厚，计算可得每延米需要配钢筋的面积。
进一步地，大高宽比双塔结构指高宽比接近或超过《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3-2010)表3.3.2所规定的限值的建筑结构。
(三)有益效果
本发明提供了一种大高宽比双塔结构裙房楼板抗倾覆受力快速计算方法。具备以下有益效果：
1.本发明一种大高宽比双塔结构裙房楼板抗倾覆受力快速计算方法可为大高宽比双塔结构抗倾覆分析及裙房楼板抗倾覆受力计算提供一种解决思路，弥补现行设计方法的空缺；
2.本发明原理清晰，操作简单，便于广泛推广使用；
3.本发明计算结果可靠，同时可大大提高计算效率，对优化结构施工图设计、保证建筑结构安全至关重要。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种大高宽比双塔结构裙房楼板抗倾覆受力快速计算方法的计算流程图；
图2为本申请实施例提供的一种大高宽比双塔结构裙房楼板抗倾覆受力快速计算方法的受力简图；
图3为本申请实施例提供的一种大高宽比双塔结构裙房楼板抗倾覆受力快速计算方法的塔楼1三维轴侧图；
图4为本申请实施例提供的一种大高宽比双塔结构裙房楼板抗倾覆受力快速计算方法的塔楼2三维轴侧图；
图5为本申请实施例提供的一种大高宽比双塔结构裙房楼板抗倾覆受力快速计算方法的整体模型三维轴侧图；
图6为本申请实施例提供的一种大高宽比双塔结构裙房楼板抗倾覆受力快速计算方法的裙房顶层楼板主应力云图。
其中，附图中标记对应的结构名称为：
1-塔楼1；2-塔楼2；3-裙房；4-裙房楼板。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图2所示，本发明实施例提供一种双塔结构抗倾覆受力简图，包括塔楼1、塔楼2及底部裙房，其中底盘仅为塔楼外1～3跨范围的裙房，且仅有两层楼板相连，属底盘刚度较小的双塔结构。利用计算机软件进行罕遇地震下的弹塑性动力时程分析或根据现行规范相关计算方法，计算得到塔楼1的抗倾覆力矩Mr及倾覆力矩Mor。根据《高层建筑筏形与箱形基础技术规范》5.5.1条及5.5.2条，基础抗倾覆稳定性安全系数Kr取1.5。根据S2中公式和S3中公式可知，F1×H1+F2(H1+H2)+Mr>Mor×1.5且F2＝F1×(H1+H2)/H1，由此计算可得F2的大小，并计算得到该层楼板的配筋面积As，指导结构设计(计算流程图参见图1)。
具体地，以某多塔楼高层建筑为例，验证本发明的可行性及正确性，结构模型如图3～图5所示，本项目是裙房仅有两层的大高宽比双塔楼结构。
采用PMSAP对整体模型底盘裙房楼板进行罕遇地震下的应力分析，得到裙房顶层楼板最大主应力为4.348MPa(图6)，楼板厚200mm，则每延米楼板所受的最大力为4.348×200×1000/1000＝869.6kN。
根据现行规范相关计算方法，手算得到塔楼1(不带裙房)罕遇地震下的倾覆力矩Mor为1975098kN·m，抗倾覆力矩Mr为1937209kN·m，按本发明提供的计算方法算得，裙房顶层楼板承担的轴力F2＝70737kN。考虑楼板此部分拉力均为混凝土板顶钢筋承受，混凝土有效宽度为67.6m，则每延米楼板所受的最大拉力为1046.4kN。采用本发明方法计算所得的楼板拉力略大于采用PMSAP计算所得的整体模型下的楼板拉力，验证了“裙房楼层偏少、底盘刚度偏小、塔楼高宽比较大的高层建筑，塔楼的倾覆弯矩会使裙房楼板承受巨大的拉力”的结论，同时也验证本发明的正确性、安全性，可作为设计依据。由此计算得到，板厚200mm，每延米需要配钢筋的面积为As＝(70737×1000)/(2×400×67.6)＝1308mm2，并以该值指导结构设计。按本发明的计算方法，加强了裙房楼板的承载能力，保证了单塔楼抗倾覆能力，对于结构设计、建筑结构安全性至关重要。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种大高宽比双塔结构裙房楼板抗倾覆受力快速计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：选取双塔结构的其中一个单塔并根据所述单塔的建筑尺寸数据计算自身的抗倾覆弯矩Mr和所述单塔在水平地震和风荷载作用下的倾覆力矩Mor；
S2：根据建筑结构受力特征及相关力学概念，各层裙房楼板所受水平轴力近似简化为呈线性比例关系：
其中，n为裙房楼层总数，Hi为第i层裙房的高度，Fi为第i层裙房楼板所受的水平轴力，Hj为第j层裙房的高度，Fj为第j层裙房楼板所受的水平轴力；Fn为裙房最顶层楼板所受的水平轴力；
S3：裙房楼板承担的轴力需满足下式：
其中，Kr为抗倾覆稳定性安全系数，可查询相应规范得到；
S4：由上式求得各层裙房楼板所受的轴力F1-Fi。
2.根据权利要求1所述的一种大高宽比双塔结构裙房楼板抗倾覆受力快速计算方法，其特征在于，还包括：
S5：重新选取双塔结构的另一个单塔并重复步骤S1-S4，在不同单塔楼模型计算得到的轴力F1-Fi中选最不利的裙房楼板轴力进行包络设计。
3.根据权利要求1所述的一种大高宽比双塔结构裙房楼板抗倾覆受力快速计算方法，其特征在于，假设各层裙房楼板所受的水平拉力均由板顶钢筋承受，水平压力均由混凝土承受，由此复核楼板厚度并根据楼板有效宽度及板厚，计算可得每延米需要配钢筋的面积。
4.根据权利要求1所述的一种大高宽比双塔结构裙房楼板抗倾覆受力快速计算方法，其特征在于，大高宽比双塔结构指高宽比超过《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010表3.3.2所规定的限值的建筑结构。
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