深圳福建兴业银行大厦搭接柱转换层的试验研究

第十七届全国高层建筑结构学术会议论文 2002年 深圳福建兴业银行大厦 “搭接柱”转换层的试验研究 徐培福’傅学怡2耿娜娜’王翠坤 肖从真’陈朝晖2顾磊z杨想兵Z I中国建筑科学研究院 2深圳大学建筑 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 研究院 摘 要 本文通过福建兴业银行大厦 “搭接柱，，转换层的 I: 5模型试验， 相邻楼层的受力特点、破坏特征， 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 这种转换层的抗震性能，并提出 议。 关键词 搭接柱 转换层 模型试验 抗震性能 了解“搭接柱”转换层及 “搭接柱”转换层的设计建 一、 试验背景和试验目的 深圳福建兴业银行大厦地上28层，其中裙房2层，总高度 105.6m,采用框架- 核心筒结构体系。地上第3层、第 10层、第22层为转换层。采用搭接柱作为转换 构件，改变结构柱网，完成建筑立面上的扩放和缩进。工程按7度设防，三类场地土。 中国建筑科学院结构所与深圳大学建筑设计研究院合作进行了 1/25的模型振动台试 验，研究该大厦在地震作用下的薄弱部位及整体结构的抗震性能。 在己有的整体分析和振动台试验的基础上，为进一步探索 “搭接柱”转换层及 相邻楼层的受力特点、传力途径、裂缝分布、构件破坏情况，选取搭接柱及其上、 下各一层结构，进行“搭接柱”转换层的试验研究，模型比例为 1/5。目的在于研究 这种转换层的抗震性能，并提出相应的“搭接柱”转换层结构设计建议。 二、试验概况 1.模型设计 1)试验模型的确定 试验以福建兴业银行大厦地上第3层“搭接柱”DJZ3(C2)转换构件为主要研究 对象，该大厦地上第2层、第3层、第4层部分构件平面简图见图1.图2、图3(图 中未注明单位为mm),搭接柱DJZ3附近部分构件纵剖面见图4. 模型照片见图 5a，纵剖示意图见图 5b. 5c。试验模型两侧构件截面尺寸及硷标 号相同，但采用两种配筋 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 :原设计的配筋方案工及调整配筋后的对比方案ii. 配筋方案I构件编号如图5b中左侧所示，配筋方案11构件编号如图5b右侧所示。 一 549一 第十七届全国高层往叭 卜。 {;会议论文 _n02年 了J〔月 戈 u zs { 丁}~一门 }晒L7 fR「 一a酬一} 尸业111 仪何习 - . 丁TI 朴生I 邪{f1尸 r l一}一{月 ??? ?? ????? 用2 改 上祝J阻 圈3:池上挤‘层 1- 11 施 试牧棋型图片 U1A 挤接1t及附迈构件别血四 J芝 愉俪" 产州翔 1卜 Z拍 I?15c:!一以e-D翻川%ri?cIxl 图51,:村型纵31图 550 第十七届全国高层建筑结构学术会议论文 2002年 2)模型筒体部位设计 模型筒体部位设计原则是使各层楼板在筒体部位边界条件与实际工程相似。筒 体墙片均匀布置竖向预应力钢绞线，以预压应力代替竖向荷载(试验时不另加竖向荷 载)，使模型筒体受力及变形与实际工程中DJZ3附近筒体部位的受力及变形相似。 3)模型配筋设计 方案I根据实际工程配筋进行设计，为全面了解搭接柱及附近构件的受力情况 和破坏形态，方案II中搭接柱及其它构件设计采用“强柱弱梁”的设计概念，对方 案 1配筋进行调整:加强第一层柱、搭接柱和第三层梁、柱配筋;第二层梁中不配 型钢，第二层梁、板均适当减少非预应力钢筋。方案工和方案n框架柱及梁、板配 筋率对比分别见表1、表2(根据实测钢筋强度计算)o 表1 方案I和方案II框架柱配筋率对比 一层柱(%) 三层柱(%) 搭接柱(%) 纵筋 箍筋 纵筋 箍筋 纵筋 箍筋 方案I }一2.545 2.205 1.317 I一2.414 1.247」}2.904 方案n 3.577 3.087 I一3.593 3.234 2.527 2.731 二层梁、板(%) 三层梁(%) 板纵向筋 梁纵向筋 梁纵向筋 方案 I 2.475 一} 3.99 2.634 方案n 1.68 3.31 一} 4.791 2.测点布置和加载方式 在一层柱上下端、三层柱下端、梁的柱端和筒端、二层楼板、搭接柱沿第一层 柱顶部和三层柱底部对角线方向等部位的受力钢筋和混凝土表面贴应变片，了解这 些部位在各级荷载下的受力状态、受力钢筋屈服先后顺序、裂缝开展情况等。在二 层楼板受力方向钢筋和混凝土表面沿板宽均匀贴应变片，以了解沿板宽楼板受力情 况。为了解模型竖向荷载作用下各层楼板水平位移大小及搭接柱转动情况，在各层 楼板端侧及搭接柱下端固定位移计。 实际工程中，重力荷载和地震作用下 C3. C3a柱顶同时存在轴力、弯矩和剪力， SAP2000计算分析表明，弯矩和剪力对搭接 柱及其附近构件内力影响很小，试验时只在 C3. C3a柱顶施加竖向荷载。 加载示意图 见图 6。试验时逐级施加竖向荷载，位移出 现较大增长后，以位移和荷载双控继续加 载。 日e试公加皿，几Y1 一 551一 第十七届全国高层建筑结构学术会议论文 2002年 三、试验结果分析 1.方案工、方案n荷载一位移关系图 图 7为方案1及方案n竖向荷载- 位移关系图。竖向荷载值为模型C3. C3a 柱顶施加荷载，位移指搭接柱竖向位移 从方案 工荷载一位移关系图可看 出:荷载小于 550kN时，结构基本处于 弹性阶段，随荷载加大，位移成比例增 尹厂 { 4, / 加:荷载大于 550kN小于 1100kN时，结构处于开裂阶段，曲线斜率减小，位移增 长较快;荷载超过1100kN时，位移增长加快，结构进入屈服阶段;当荷载到达1700kN 时，荷载一位移曲线斜率进一步减小，最大荷载为1845kN，此时搭接柱位移为13.8nim; 荷载一位移曲线很快进入下降阶段，最大位移为17mm ，构件丧失承载力。 方案11的开裂、屈服荷载分别为650kN, 1250kN左右，比方案I开裂、屈服荷 载稍高，两曲线在弹性、开裂及屈服这三个阶段发展趋势近似，方案n结构刚度略 大于方案I。荷载到1750kN时，搭接柱竖向位移为l Omm ,荷载一位移曲线接近水平: 随荷载继续加大，位移急剧增长，最大荷载为 1898kN，此时位移已达 21.Omm,荷 载进入下降段后位移继续增加到 25mm，比方案工有很大增长。破坏时方案II搭接柱 竖向位移为方案I的150%，较方案I延性好。 2.裂缝分布及开展情况 图8、图9分别为二层和三层楼板裂缝、框架柱裂缝分布图。 方案I:当C3柱顶荷载为730kN时，二层楼板有裂缝出现，荷载增加到1030kN, 搭接柱出现大量斜裂缝，竖向位移为 4.2 mm，二层楼板裂缝发展缓慢。随荷载继续 增大，一层柱顶外侧和三层柱底内侧钢筋屈服，搭接柱裂缝宽度加大，数量增多， 搭接柱竖向位移继续增大，二层楼板水平位移增加很少。柱顶荷载为 1845kN时， 搭接柱竖向位移为 13.8mm ，二层楼板水平位移为2.Omm ，搭接柱整体转动较小，所 受剪力较大，沿第一、三层柱对角方向出现主斜裂缝，模型丧失承载能力，此时二 层楼板和梁仍有很大承载能力储各。 方案ii:当C3a柱顶荷载为 730kN时，楼板出现大量斜裂缝，随C3a柱顶荷 载加大，楼板斜裂缝宽度加大，数量增多。当C3a柱顶荷载加大到1750kN时，三层 柱柱底内侧和一层柱柱顶外侧混凝土酥裂，但模型仍有承载力，搭接柱竖向位移及 楼板水平位移增长加快，二层楼板裂缝宽度更大，楼板水平位移为7.0 mm ，搭接柱 竖向位移为10 mm , C3a柱顶荷载到1850kN时，二层楼板水平位移达10 mm ，为 同级荷载下方案I二层楼板水平位移的5倍:搭接柱竖向位移为14.2 mm ，与同级 荷载下方案I搭接柱竖向位移近似。方案n在加载过程中，由于二层楼板裂缝多、 变形大，搭接柱整体转动较大，使搭接柱承受的剪力减小，而相应加大了一层柱柱 顶外侧和三层柱柱底内侧压力。C3a柱顶荷载继续加大到1898kN时，第一、三层柱 一 552一 第十七届全国高层建筑结构学术会议论文 2002年 伽、豢耀乡，*礴为 今尹一徽薰’柱1魄护 I:搔旅no 阳.日.) 尸f 邹卿孽嘟秘鳄匀 昌一竭 一书- 日卜两箭耀丽门 汤、‘林昌万一勤1 }伪 1，{{黔面犷一寸 ‘ 比亿 一那弓产习 }1 亨 粉、 E . 才 国5，..三层f4板盛q分布田 目q。翻眨xli:忠跳巧lA}目 丧失承载力，C3a柱顶荷载下降，此时搭接柱只出现了细小的斜裂缝，二层楼板水平 位移达12.Omm，搭接柱竖向位移为21.Onun，模型丧失承载能力。 从图7荷载一位移图看，当荷载小于 1800kN时，同级荷载下方案I搭接柱竖向 位移比方案II稍大，模型接近丧失承载力时方案II搭接柱竖向位移比方案I发展快。 综合以上分析，方案1搭接柱竖向位移主要由搭接柱本身裂缝引起，搭接柱整体转 动小，加载后期搭接柱在垂直主拉应力方向出现主斜裂缝:方案II搭接柱竖向位移 主要由搭接柱整体转动引起，搭接柱本身受力较小，加载过程中只出现细小裂缝， 加载后期由于楼板塑性变形，搭接柱竖向位移发展较快。 试验过程中，方案I三层楼板只出现了少量细小裂缝，方案n由于加强了三层 梁配筋(方案II三层梁纵向配筋为方案I的 1.8倍)，三层楼板出现裂缝比方案I少。 这表明，模型柱顶施加竖向荷载时，三层楼板承受的拉力及弯矩很小，搭接柱上下 层柱网改变引起的传力途径变化主要依靠搭接柱及其相连接的上下层梁板和柱完 成，距离转换层越远的上部楼层所受影响越小。一层楼板位于搭接柱下方，处于偏 压状态，试验过程一层楼板基本没有裂缝出现。 3.二层楼板钢筋应变分布 模型柱项垂直荷载作用下，二层楼板处于小偏拉状态，钢筋应变分布反映了楼 板内力分布情况，见图1。。 方案 I楼板搭接柱一端，当竖向荷载较小时，楼板中间部位受力稍大干板边侧， 一 553一 第十七届全国高层建筑结构学术会议论文 2002年 由于楼板中间部位布置了较多预应力筋，预压 应力大于板边侧，测得中间部位钢筋应变小于 边侧钢筋应变;随柱顶荷载加大，板搭接柱端 中间部位受力与边侧部位受力差值加大，中部 钢筋应变逐渐大于边侧钢筋应变。方案工筒体 一端，靠近筒体内墙处钢筋应变稍大，总体看， 板的钢筋应变分布比较均匀，板整个截面均匀 受力。 由于加载过程中方案II二层楼板搭接柱 一端出现了大量斜裂缝，加载后期楼板塑性变 形很大，搭接柱一端钢筋应变分布与方案I不 同。 由以上分析可知，模型柱顶垂直荷载作用 下，若楼板没有太大塑性变形，则搭接柱一端 的楼板内力主要靠中间部位传递，并逐渐向两 侧扩散，到搭接柱和筒体的中间部位，内力基 本沿整个截面均匀分布。 } l !1产碗十 刁{. 7姗1夕刃月1(厂刁} 1}1肠 1刀{11}扮1‘盯小}刃二门了盯 1亨Iltl 曰而}{泞{}!}}1门丁1田111脂 {、((!{杯IM(((}{{UL !抓目匕1{了{相 一、侧{J!除黝【门不1几\枯阴 几}崎站， 汹圈 t而飞 1认r\\ t\\\V 盯翻几I邓\\嘛人丽叨]不 {侧{}{1厂下11}{}价川 1明啸厅}11//一 丽下门叭{}1}1}}网m「 一1讯川厂1，口眺(1目肚{jT1吓YII LI11111厂丁下{\{盯1、}乙盯仍 一rnm」 .翻才 1砂州/一 一孟 二 占 一 一 no,.. 公 训H.峨r r?ri,l9 图日中Iw^r均为落0 少 五、 试验结论及设计建议 I.对原设计方案一侧的加载试验过程表明，重力荷载和小震组合作用下(640kN), - 层楼板和搭接柱出现的裂缝很少，重力荷载和罕遇地震组合下(780kN)，仅在搭接柱和 上方楼板出现了细小斜裂缝，结构的破坏荷载远高于重力荷载和大震组合时的荷载， 原设计方案是安全的。 2.二层楼板在转换结构中处于偏拉状态，其受力性能对转换结构承载力有重要影响， 在二层楼板和梁中施加预应力是必要和有效的，可延缓楼板裂缝出现，提高承载力。 从裂缝图可看出，在柱顶荷载为250kN时，在搭接柱与二层楼板相接处局部应 力集中部位产生微细裂缝，在模型柱顶荷载为550kN时，楼板出现细微裂缝。而正常 使用荷载下柱顶荷载 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 值为480kN，设计值为610kN。因此建议设计时可考虑加大 二层楼板预应力，尽量平衡垂直荷载引起的拉力，避免正常使用状态楼板和搭接柱出 现裂缝。 3.由方案I和方案II试验过程和破坏形态可知，模型柱顶施加竖向荷载时，由于搭接 柱改变了结构柱网，三层柱底部，一层柱顶部和底部承受很大轴力和弯矩，搭接柱处 于复杂的压弯剪状态。搭接柱转动的影响，使三层柱底部内侧、一层柱顶部外侧受的 压力加大。第一、三层柱或搭接柱丧失承载力，结构随即破坏，在实际工程中搭接柱 及其上下层柱破坏还将引起上部结构倒塌。 两侧的试验结果对比表明:方案I框架柱先于楼板屈服，楼板裂缝少且裂缝宽度 小、搭接柱剪切破坏。为使模型有足够延性，应沿用 “强柱弱梁”概念，加强第一、 一 554一 第卜七届全国高层建筑结构学术会议论文 2002年 三层柱及搭接柱设计，使屈服先在板上发生，避免框架柱先于楼板屈服，即应依次保 证各构件强度:一层柱偏压承载力;搭接柱压剪承载力;三层柱偏压承载力;二层楼 板偏拉承载力。 建议设计时加强搭接柱及其上下层相关柱配筋，二层梁可考虑不配型钢。 4.实际工程对搭接柱转换构件进行配筋设计时，在对结构进行整体分析的基础上，可 对搭接柱转换部位进行局部弹性有限元分析，计算搭接柱及其上、卜层柱和楼板的内 力，按应力校核配筋，并加强配筋构造 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 一 555一