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分享大开间高层结构方案选型,吐槽杂志《建筑工程技术与设计》同一版面有相同文章

最近几年要评高工,我写了篇论文,在一个杂志《建筑工程技术与设计》上投了个稿,不过现在的潜规则都是要版面费, 最近收到了《建筑工程技术与设计》,我随便翻翻,居然有两篇论文居然同一版面有一样!一个78页,一个79页。
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哈哈,真服了这个论文杂志社。我现在也挺后悔,早知道不应该在这家这么不负责任的杂志社发表,这个杂志社太不负责任。这个论文我准备作废,不去用来评高工了,还是得找知名一点的杂志社发表,顺便上传一下我发表的论文,框剪结构和框架结构选型的问题,随便写写的,大家随便看看。

看来还是得重新写论文了。希望大家也引以为戒吧,论文还是自己写得好。
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大开间高层 结构方案选型和优化设计
常州顺柯建筑设计沙龙365 徐有明
摘要:
本文首先根据规范相关要求,分析大开间高层结构在选取框架结构和 框剪结构 的对应规范要求不同之处,以及相应对结构整体造价和经济性的影响。最后通过具体的工程实例阐释本文结论在实际工程中的应用。

关键词 优化设计 框架结构 框剪结构 结构选型

1 概述
框架结构和框架剪力墙结构(以下简称框剪结构)在酒店,宾馆,办公楼等这类有大开间需求的建筑中应用十分普遍。在《建筑抗震设计规范》[1] (GB5011-2010)2016 版(以下简称抗规)和《高层建筑混凝土结构技术规程》[2] JGJ3-2010 )(以下简称高规)对于框架结构有最大高度限制,所以对于小于《高规》和《抗规》关于框架结构最大高度规定的高层结构,传统观念都认为框架结构刚度较小,相应地震作用较小,同时没有多余的剪力墙,框架结构比框剪结构在造价上更有优势,所以在结构选型上都会优先选用框架结构。本文将通过对规范的分析和工程实例比较,来论证此设计思路是否正确。

2 规范关于框架结构和框剪结构规定比较。
框剪结构中,剪力墙为第一道抗震防线,框架结构为第二道防线。所以《高规》对应框剪结构 的框架部分的要求做了适当的降低。根据《高规》表3.9.3 ,对于 6~8 度区,小于 60 米的高层结构。框剪结构 的框架部分的抗震等级均比框架结构小一个抗震等级。根据《高规》表6.4.2 柱轴压比限值可知,《高规》对框剪结构的要求同样是比框架结构的低。所以采用框剪结构在减少柱截面,增加建筑使用面积上更有优势。

另外 根据《高规》6.2.3 对于框架柱端部截面剪力设计值,规范做了如下规定。

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由以上规定可以可知,对于影响承载力设计的剪力设计值的剪力增大系数,《高规》同样对于框架结构的要求大于框剪结构的框架部分。所以采用相同柱截面的框架结构的柱配筋一定会大于框剪结构部分中框架柱配筋。

3 框架结构和框剪结构抗震性能分析
框架结构中框架柱为主要抗侧力构件,为了实现抗震设计三水准要求,主要通过强柱弱梁,强剪弱弯的概念设计来实现。而框架结构中因为现浇板对于梁的承载力的贡献,实际设计并未考虑,这也导致实际工程设计中的强柱弱梁很难实现。根据汶川地震的震害资料表明[3]很多框架结构的建筑物并没有实现强柱弱梁的设计要求。而框剪结构中,剪力墙结构作为第一道抗震防线,当剪力墙底部出现塑性铰之后,整体刚度下降,地震作用降低。剩余的框架部分可以作为二道防线继续抵抗水平地震作用。根据资料[3]表明,汶川地震中,没有任何一个框剪结构出现倒塌或者严重破坏的情况,相同高度的框剪结构 的延性是框架结构的20 倍,框剪结构的抗震性能远远优于框架结构。

4框剪结构中剪力墙部分的材料分析
一些传统观念认为,框剪结构 中的剪力墙结构部分对于框架结构是净增加的造价。根据以下图1 进行分析,框剪结构中的剪力墙部分一般放在电梯间、楼梯间、山墙等的地方。实际增加的造价应该是剪力墙造价减去对应框架梁和砌体填充墙部分的造价。如此算来,剪力墙相应增加的造价也并不会特别多。
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1 剪力墙对应框架部分做法分析图示

5 工程实例分析
江苏荣基重工研发楼。建筑面积14014 平方米,高度 49 米,建筑十二层加一层地下室。所在地区抗震设防烈度 7 0.15g ,建筑场地类别二类场地,设计分组为第一组,抗震设防为标准设防类。在设计初级,业主认为框架结构节省造价,所以明确要求笔者使用框架结构进行设计。

虽然根据《抗规》和《高规》7 度区框架结构的适用高度为 50 ,可以采用框架结构,但是框架结构抗侧刚度较弱,为使框架结构满足位移角要求,必然需要加大框架柱和框架梁的刚度。因建筑总高度较高,同时地震作用相应较大, 第一次结构方案采用了四排框架柱的设计方案,中柱截面为900x900 、边柱为 700x700 、框架梁做到 500x850 ,才能勉强满足刚度要求。但是因底层为展览用房,过多和过大框架柱造成底层空间的极大影响,同时梁截面也非常大,十分影响建筑功能 使用要求。详见图2
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2 框架结构布置方案

通过对原框架结构模型分析,如果将四排框架柱改为三排框架柱,为了满足位移角要求,必然需要进一步加大梁高和框架柱的截面,只会造成结构方案更加不合理。所以只能改变思路,改变原结构方案,用框剪结构 。首先将四排柱网改为三排柱网,900x1000 的中柱截面可以满足框剪结构柱 轴压比要求。同时框剪结构中剪力墙抵抗大部分地震作用,所以原框架结构设计中500x850 的框架梁截面优化为 350x750 ,同时在电梯间、楼梯间、山墙等不影响建筑使用功能的地方布置剪力墙详见图3。
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3 框剪结构布置方案

通过PKPM 软件对两种结构形式进行计算的相关整体指标具体如下:
框架结构整体计算指标:第一X 向周期2.7239 ,第二 Y 向周期 2.6648 ,第三扭转周期 2.5231 ,最大层间位移角 1/561
框剪结构 前三个周期第一X 向周期 2.1650 ,第二 Y 向周期 1.9673 ,第三扭转周期 1.6208 ,最大层间位移角 1/891

通过周期和位移的比较可以发现,框架结构勉强满足规范的刚度要求,框剪结构抗侧刚度更大,结构刚度相对还有一定的富裕,尤其是抗扭刚度,框剪结构远大于框架结构,具有更好的抗扭能力。

通过标准层对主体结构造价对比分析:
框架结构每平方含钢量: 梁为 21kg ,柱为 18kg ,楼板为 10kg 。总含钢量每平方约为 49 公斤。
框剪结构 中每平米含钢量: 17kg ,柱为 12kg ,剪力墙为 5kg ,楼板为 10kg 。总的含钢量为每平米 44 公斤。

通过以上数据可以发现,虽然框剪结构中多出剪力墙部分含钢量,但是相应其他梁柱 部分含钢量和框架结构相比确减小了很多。通过数据比较,最终说服业主采用框剪结构。

6 结语
通过《高规》、《抗规》的详细分析,以及工程实例对比可以得出结论:传统设计思路,对于满足规范对于框架结构最大高度的有大开间需求的高层结构,因造价原因优先采用框架结构的思路并不完全正确。框剪结构相对于框架不仅抗震性能优秀,对于建筑功能要求满足较好,有较大的经济效益,同时土建造价相反更有优势,所以对于此类建筑的结构选型宜优先选用框剪结构。


参考文献
1 《建筑抗震设计规范》(GB5011-2010)2016 中国建筑工业出版社
2 《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010 中国建筑工业出版社
3 )《 汶川地震震害调查及初步分析》 徐有邻
沙龙365
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  1. 如梦无痕…… 2017-06-20 12:27:15
    自己写得垃圾论文,大家凑合着看吧。希望对大家有用! 沙龙365
    #2 0 举报
  2. liugongyaofang 2017-06-20 13:18:44
    免费传播知识 版主功德无量 沙龙365
    #3 0 举报
  3. w_527207 2017-06-20 13:49:36
    写的不错 通俗易懂 沙龙365
    #4 0 举报
  4. 北京院小李飞刀 2017-06-20 13:52:25


    有很多人论文都不是自己写的,直接花钱找个期刊,连论文带发表一起搞定。
    沙龙365
    #5 1 举报
  5. 如梦无痕…… 2017-06-20 14:15:45


    这个里面的杂志应该大多数都是这样的,我看了一下论文质量
    太差了。都是一个调子。 沙龙365
    #6 1 举报
  6. 一八 2017-06-20 14:29:37
    框架结构适用于层数少,烈度低的房屋 沙龙365
    #7 1 举报
  7. 土木大罗 2017-06-20 14:33:05
    厉害了 我的哥:lol 沙龙365
    #8 0 举报
  8. 如梦无痕…… 2017-06-20 14:59:29


    对的!严重支持! 沙龙365
    #9 0 举报
  9. hhlcs00031 2017-06-21 07:12:21
    [结构设计常规] 分享大开间高层结构方案选型,吐槽杂志《建筑工程技术与设计》同一版面有相同文章 沙龙365
    #10 0 举报
  10. 龙枪虎豹骑 2017-06-21 08:51:07
    高端大气啊!!
    沙龙365
    #11 0 举报
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