淺談150m左右高層住宅結(jié)構(gòu)方案分析

1、淺談150m左右高層住宅結(jié)構(gòu)方案分析 摘要中海金沙里項(xiàng)目采用疏墻布置方案，結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度要求較高，需盡量利用建筑條件設(shè)置較大尺度的聯(lián)肢剪力墻；同時為保證合理的抗扭剛度，沿建筑周邊布置的墻肢和由翼緣或端柱形成的框架也是不可缺少的。本文針對該結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行了抗震性能設(shè)計(jì)，通過靜力彈性分析、靜力彈性時程分析及大震靜力彈塑性推覆分析驗(yàn)證了該方案的可行性。 關(guān)鍵字 超高層 彈性時程分析 推覆分析 經(jīng)濟(jì)性 1工程概況 本項(xiàng)目位于佛山市南海區(qū)里水鎮(zhèn)?？傆玫孛娣e約6.7萬m2?？偨ㄖ娣e約32.6萬m2，其中地上建筑面積25.6萬m2，地下建筑面積約7萬m2。該項(xiàng)目由10#塔樓組成，其中5#0.00以上高度分別為

2、142.9m，因高度為b級高度需進(jìn)行超限分析；5#樓地下2層，地上48層、兩向高寬比分別為3.78、3.70、首層為架空層，局部設(shè)一層商業(yè)，層高6.6m，2層以上住宅層高2.9m。地下室為機(jī)動車車庫和設(shè)備用房，負(fù)二層局部為人防區(qū)，核6級常6級。建筑效果圖、立面圖、總平面圖和典型建筑平面圖分別詳見圖12。 該項(xiàng)目設(shè)計(jì)使用年限為50年，建筑安全等級為二級，抗震設(shè)防烈度為7度，地震加速度為0.1g，建筑場地類別為二類，設(shè)防地震分組為第一組，特征周期為0.35s，抗震設(shè)防類別為丙類。 2結(jié)構(gòu)方案及平面布置 由于結(jié)構(gòu)高度達(dá)143m且采用疏墻布置方案，結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度要求較高，需盡量利用建筑條件設(shè)置較大尺度的

3、聯(lián)肢剪力墻；同時為保證合理的抗扭剛度，沿建筑周邊布置的墻肢和由翼緣或端柱形成的框架也是不可缺少的，如圖3所示。具體分析如下： （1） 抗側(cè)剛度體系：利用連梁與剪力墻墻肢平面內(nèi)、翼緣和端柱的剛性連接有效傳遞水平剪力，將各片分散的剪力墻聯(lián)系成為一整體受力的聯(lián)肢墻，其尺度可達(dá)到建筑平面體量的全寬或大半寬度，成為貢獻(xiàn)結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度的主干骨架，可以較少的剪力墻數(shù)達(dá)到相應(yīng)的抗側(cè)剛度。 （2） 抗扭剛度體系：建筑物周邊離扭轉(zhuǎn)中心最遠(yuǎn)，因此布置抗側(cè)構(gòu)件對抗扭剛度的貢獻(xiàn)最大，在不影響建筑功能及立面的前提下，盡可能布置墻肢或翼緣或端柱并用盡可能高的梁進(jìn)行剛性連接，從而形成盡可能剛的抗扭體系，以滿足規(guī)范對結(jié)構(gòu)抗扭剛度

4、方面的要求。 （3） 豎向承載體系：豎向荷載通過梁板等水平樓蓋構(gòu)件傳遞至剪力墻豎向構(gòu)件，上述（1）（2）的抗側(cè)力剪力墻同時也是承受豎向荷載的構(gòu)件，除此以外其余剪力墻則以承受豎向荷載為主，主要起到方便梁系搭設(shè)和減小跨度的作用，并按自身剛度分擔(dān)部分水平荷載。 3 結(jié)構(gòu)超限情況及應(yīng)對措施 項(xiàng)目的建筑高度為143m，為b級高度、平面凹凸不規(guī)則、樓板大開洞等2.5項(xiàng)一般不規(guī)則，綜合評價為b級高度不屬于體型特別不規(guī)則的建筑，針對上述超限情況，采取了如下措施： 分別采用satwe和盈建科yjk建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件兩個不同力學(xué)模型的空間結(jié)構(gòu)分析程序進(jìn)行對比計(jì)算，判斷結(jié)構(gòu)計(jì)算模型的合理性。取規(guī)范反應(yīng)譜和安評反應(yīng)譜兩

5、者的不利值作為小震計(jì)算分析的參數(shù)。選取地震安全性評價報告所提供的2組場地人工地震波和5組實(shí)際地震記錄波對結(jié)構(gòu)作小震作用下的彈性時程分析，取其平均值與cqc法兩者間的大者用于構(gòu)件設(shè)計(jì)。按照廣東省高規(guī)采用抗震性能設(shè)計(jì)，通過對結(jié)構(gòu)進(jìn)行小震、中震和大震作用下的計(jì)算分析，保證結(jié)構(gòu)能達(dá)到性能c的抗震性能目標(biāo)。罕遇地震作用下，采用pkpm的pushover軟件進(jìn)行靜力彈塑性分析，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)能否滿足大震階段的抗震性能目標(biāo)，并尋找薄弱樓層與薄弱構(gòu)件，對薄弱部位制定相應(yīng)的加強(qiáng)措施。 根據(jù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度提高延性可相應(yīng)降低的原理，按照廣東省高規(guī)第3.11.3條，當(dāng)結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)定為c，即預(yù)估罕遇地震對應(yīng)第4水準(zhǔn)時，結(jié)構(gòu)的抗

6、震等級不宜低于二級。本工程底部加強(qiáng)部位及非加強(qiáng)部位剪力墻取一級。根據(jù)性能分析的結(jié)果，適當(dāng)加強(qiáng)部分剪力墻的構(gòu)造配筋。基于性能的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)思路，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行性能設(shè)計(jì)，各結(jié)構(gòu)構(gòu)件的性能目標(biāo)詳表1. 4 小震彈性計(jì)算 采用中國建筑科學(xué)研究院編制的satwe軟件進(jìn)行彈性整體計(jì)算分析；并用盈建科yjk建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行校核對比分析。計(jì)算模型的基本假定及主要輸入?yún)?shù)見表2。主要計(jì)算結(jié)果詳見表3。 兩個軟件的計(jì)算結(jié)果基本接近，表明計(jì)算模型是基本準(zhǔn)確的，計(jì)算結(jié)果是合理、有效的，可以作為設(shè)計(jì)依據(jù)?；准糁乇劝凑諒V東省高規(guī)的方法調(diào)整放大，結(jié)構(gòu)層間位移角滿足要求，扭轉(zhuǎn)位移比未超過1.35屬于類扭轉(zhuǎn)不規(guī)則，樓層側(cè)向剛

7、度比、樓層受剪承載力比滿足要求，剛重比大于1.4，小大于2.7，需考慮重力二階效應(yīng)。 根據(jù)高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程本工程需采用彈性時程分析方法進(jìn)行多遇地震下的補(bǔ)充計(jì)算，主要對計(jì)算的底部剪力、樓層剪力和層間位移角進(jìn)行比較，當(dāng)時程分析結(jié)果大于振型分解反應(yīng)譜法分析結(jié)果時，相關(guān)部位的構(gòu)件內(nèi)力和配筋作相應(yīng)的調(diào)整。 時程作用下的結(jié)構(gòu)底部剪力與規(guī)范反應(yīng)譜作用下的底部剪力對比見表4，可見每條波的底部剪力均不小于反應(yīng)譜法的65%且不大于135%，7條波的底部剪力平均值不小于反應(yīng)譜法的80%且不大于120%，滿足省高規(guī)的要求。由層剪力曲線及層間位移角曲線對比可知，各棟在地震波時程分析中除少數(shù)樓層外平均值均小于c

8、qc法。 以上考慮小震組合的彈性計(jì)算分析結(jié)果表明，本工程的各項(xiàng)整體計(jì)算指標(biāo)、和各構(gòu)件的強(qiáng)度及變形等均能滿足規(guī)范要求， 5 大震彈塑性分析 本工程高度為143m小于150m，需要進(jìn)行靜力彈塑性分析。本項(xiàng)目采用epda軟件進(jìn)行靜力彈塑性推覆分析，對結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行性能評估，考察結(jié)構(gòu)的最大彈塑性層間位移角是否滿足所設(shè)定的目標(biāo)要求。主要是為了發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震下的潛在破壞機(jī)制，找出相應(yīng)的薄弱環(huán)節(jié)，從而可對薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行相應(yīng)加強(qiáng)，使整體結(jié)構(gòu)達(dá)到預(yù)定的性能目標(biāo)。pushover分析所得的需求能力譜曲線見圖5。 pushover分析主要整體指標(biāo)詳見表6，可見最大彈塑性層間位移角滿足小于1/120的預(yù)設(shè)目標(biāo)。因此罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)的彈塑性層間位移角能滿足設(shè)定要求。 6結(jié)論 結(jié)合實(shí)際情況，本項(xiàng)目采用疏墻布置方案，需盡量利用建筑條件設(shè)置較大尺度的聯(lián)肢剪力墻以保證結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度要求；為保證合理的抗扭剛度，沿建筑周邊布置的墻肢和由翼緣或端柱形成的框架，經(jīng)過小震彈性靜力分析、彈性時程分析以及大震靜力彈塑性分析表明該方案可以滿足結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)性能目標(biāo)要求。同時取得了較好的經(jīng)濟(jì)性效果： 本項(xiàng)目最終通過了抗震超限專家審查及施工圖審查，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也滿足業(yè)主方的