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用巨型框架结构套建增层的房屋设计与施工方法研究

孙绪杰  
【摘要】:作为一种增层形式,套建增层以其增加层数不受限制、对既有建筑物依赖小而在既有房屋增层改造中得到越来越多的应用。巨型框架结构的主框架承担全部竖向荷载及绝大部分的水平荷载,次框架仅将自身的竖向荷载传递给主框架,承担小部分的水平荷载。去掉第一巨型结构层内的次框架,对结构沿竖向的刚度分布影响不大,可以利用这一点来实现对既有房屋的套建增层。 用巨型框架套建增层尚有一些问题亟待解决:如何使其满足抗震规范规定的“小震不坏、中震可修、大震不倒”抗震设防要求,尚需对其倒塌机制进行深入的研究;既有建筑屋盖不能承担巨型框架层的施工荷载,使套建增层巨型框架无法实现逐层施工,对无支撑自承重楼盖施工工艺提出了迫切要求;与施工方法相应的构件设计方法及细部构造措施,较大跨度涉及到预应力技术的一些相关的细部构造措施要求。本文主要针对上述问题,展开工作。 本文基于平面杆系模型,采用IDARC-2D非线性分析程序,在引入新建巨型混凝土框架结构适用范围和抗震构造手段的基础上,通过对不同巨型结构层数和次框架层数,建造在I、II、III类场地土,设计地震分组为一、二、三组的375榀套建增层巨型框架的抗震性能研究,得出的结论是8度区的套建增层巨型框架的主框架抗震等级按一级,7度区的套建增层巨型框架以50m为界,低于50m时主框架抗震等级按二级,高于50m时按一级设计的框架,满足规范的弹塑性位移角的限值要求,未出现形成机构体系的情况,满足现行抗震规范“大震不倒”的抗震要求。用现行抗震规范推荐的静力弹塑性分析方法,采用倒三角形、均匀两种侧向力分布方式,能力谱法、改进能力谱法和α-T法等三种方法对相同模型进行了的抗震性能分析,得出了与弹塑性动力时程分析相同的结论。 套建增层巨型框架是具有转层性质的结构,分析了逐层施工法、主次施工法及巨型结构层自承重施工法对结构构件内力的影响。并提出具体施工过程中应注意的问题。因巨型结构层的荷载巨大,既有建筑物的屋面不能够承担第一巨型结构层施工期间的荷载,论述了无支撑自承重楼盖的施工方法与措施,该方法既不影响既有结构使用,又保证了施工结构的安全。 从主次框架的共同工作入手,分析了忽略次框架刚度的简化算法的适用性问题。根据套建增层巨型框架的弹塑性分析得出的设计建议,编制了设计程序,既为套建增层结构方案选取提供了手段,又方便套建增层巨型框架结构的设计。 最后,结合哈尔滨市某高校实验楼的套建增层工程,给出了一榀套建增层巨型框架的设计过程与相应的施工方法,并且分析了其在罕遇地震作用下的抗震性能,验证本文弹塑性分析结果,并为具体设计提供参考。


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