深圳卓越·皇崗世紀(jì)中心項(xiàng)目二號(hào)塔樓結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

1、堯國(guó)皇，等：深圳卓越皇崗世紀(jì)中心項(xiàng)目二號(hào)塔樓結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)深圳卓越皇崗世紀(jì)中心、項(xiàng)目二號(hào)塔樓結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)堯國(guó)皇黃用軍宋寶東（深圳市市政設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東深圳；中建國(guó)際（深圳）設(shè)計(jì)顧問(wèn)有限公司，廣東深圳）摘要：深圳卓越皇崗世紀(jì)中心項(xiàng)目二號(hào)塔樓建筑物主體高度，核心筒部分及屋頂鋼架高度升至分析的結(jié)果及相應(yīng)結(jié)論。有關(guān)方法和結(jié)論可為相關(guān)工程提供參考。關(guān)鍵詞：超高層；鋼管混凝土疊合柱；動(dòng)力彈塑性分析；時(shí)程分析；抗震設(shè)計(jì)口，核心筒高寬比為，屬超級(jí)高層建筑。介紹了該結(jié)構(gòu)整體分析、彈性時(shí)程分析、中震不屈服分析和動(dòng)力彈塑性（。，；（），），：；工程概況深圳卓越皇崗世紀(jì)中心位于深圳市福田中心商務(wù)區(qū)，建成后將成為

2、深圳市中心區(qū)的標(biāo)志性建筑群，折射著該區(qū)域作為整座城市發(fā)展的核心地位和商務(wù)前沿。本項(xiàng)目位于深圳市福田區(qū)益田路與金田路之間，緊鄰金田路，總建筑用地筑面積，總建，本項(xiàng)目主要由四座塔樓及裙房地下室組成。裙房地面以上共層，總高為，用作商業(yè)用途，總建筑面積約為。地下室共層，地下三層地面標(biāo)高一，總建筑面積約為，主要用于停車(chē)場(chǎng)，部分用于放置設(shè)備。整個(gè)項(xiàng)目由中建國(guó)際（深圳）設(shè)計(jì)顧問(wèn)有限公司與美國(guó)建筑師事務(wù)所共同設(shè)計(jì)完成。圖為本項(xiàng)目的建筑效果圖。本文介紹的二號(hào)塔樓（如圖所示）建筑面積圖卓越皇崗世紀(jì)中心（不含避難層），主要包括辦公、酒店和公準(zhǔn)期為年，塔樓的安全等級(jí)為二級(jí)，抗震設(shè)防烈寓，建筑物主體高度，高寬比為，地上

3、部分層。核心筒部分及屋頂鋼架高度升至（超級(jí)），核心筒高寬比為。工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基（），第一作者：堯國(guó)皇。男，年月出生。工程師：收稿日期；萬(wàn)方數(shù)據(jù)工程設(shè)計(jì)度為度，場(chǎng)地特征周期為，基本地震加速度類(lèi)，設(shè)計(jì)地震分組為一組。二號(hào)塔樓主體平面為矩為，建筑場(chǎng)地類(lèi)別為類(lèi)，抗震設(shè)防類(lèi)別為丙形，其辦公區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)層的平面圖如圖所示?！浚课侔?？一目一是可吣謹(jǐn)“一曼一芒一寶。？旦一上里一一“抖刀：量韭。廣鼉卜虻函：一一卜一一一一一睜一出戶麓抖：“，：一星一羅當(dāng)一卜?？尚l(wèi)一：，：生避芑山吲們?nèi)ぁ斑鹘心洌阂幻㈤T(mén)、芎。一。瞄諺一吲?！埃埃ā克疲?#168;；×；×；×；×；×

4、;；×；×；一；圖二號(hào)樓標(biāo)準(zhǔn)層平面發(fā)的、國(guó)內(nèi)的軟件和國(guó)際大型通結(jié)構(gòu)體系與整體彈性分析用有限元軟件對(duì)整體結(jié)構(gòu)的自振特性進(jìn)本塔樓采用鋼筋混凝土框架一核心筒結(jié)構(gòu)體行了分析計(jì)算，表給出了三種不同軟件的計(jì)算結(jié)系。對(duì)于本塔樓采用的框一筒結(jié)構(gòu)體系，外框架體果，其中對(duì)的建模方法，后文有較為詳細(xì)系將作為有效承重支撐，大部分豎向荷載通過(guò)軸力的介紹。的方式向下傳送。由于結(jié)構(gòu)的層數(shù)較多，外框架柱表周期計(jì)算結(jié)果承受很大的豎向荷載，為了減小框架柱的截面面積，以增加有效使用面積，因此考慮采用鋼一混凝土組合結(jié)構(gòu)柱。在組合結(jié)構(gòu)柱的選型上，對(duì)型鋼混凝土柱、鋼管混凝土柱和鋼管混凝土疊合柱進(jìn)行了深入比較和論證。由

5、于鋼管混凝土疊合柱同時(shí)具有鋼管混凝土和型鋼混凝土的優(yōu)點(diǎn)，具有剛度、強(qiáng)度均大、耐火性能好的優(yōu)點(diǎn)，因此外框架柱采用了鋼管混從表的比較可見(jiàn)，結(jié)構(gòu)的主要振型以平動(dòng)為凝土疊合柱。主，扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期與平動(dòng)為主的第一自通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)的整體計(jì)算分析，在建筑中段往上振周期之比為，滿足高層的外框柱由于內(nèi)力下降可采用鋼筋混凝土柱而不必建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范（以下簡(jiǎn)稱高規(guī)）的繼續(xù)使用鋼管混凝土疊合柱，外框架沿豎直方向在要求。同時(shí)，個(gè)分析軟件的計(jì)算結(jié)果較為接近，也建筑結(jié)構(gòu)底部層為鋼管混凝土疊合柱框架，從側(cè)面反映出結(jié)構(gòu)模型和分析的正確性。層以上則為鋼筋混凝土柱框架。這樣既能保證表給出了結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載及小震作用下結(jié)構(gòu)最外

6、框架剛度和強(qiáng)度不致嚴(yán)重突變，保證了外框架沿大的層間位移。其中風(fēng)荷載作用考慮了年一遇的豎直方向具有較好的連續(xù)性，同時(shí)也具有較好經(jīng)濟(jì)風(fēng)壓（位移控制）和年一遇的風(fēng)壓（承載力控制）效益。兩種情形，并考慮了周?chē)ㄖ挠绊憽谋砜梢?jiàn)，在結(jié)構(gòu)整體彈性計(jì)算時(shí)，采用美國(guó)公司開(kāi)在風(fēng)和地震作用下的層間位移角滿足規(guī)范限鋼結(jié)構(gòu)年第期第卷總第期萬(wàn)方數(shù)據(jù)堯國(guó)皇，等：深圳卓越皇崗世紀(jì)中心項(xiàng)目二號(hào)塔棱結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)值陪引，且層間最大位移角由風(fēng)荷載控制。表風(fēng)荷載及小震作用下結(jié)構(gòu)最大的層間位移們彈性時(shí)程分析在對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行彈性時(shí)程分析時(shí)，采用條地震波，包括一條安評(píng)單位提供的地面人工波，以及另外兩條天然波，場(chǎng)地時(shí)程加速度峰值為，。表給出了

7、條地震波和規(guī)范反應(yīng)譜的計(jì)算結(jié)果，圖給出了時(shí)程分析獲得的對(duì)應(yīng)層間剪力值與樓層的關(guān)系曲線。表基底剪力計(jì)算結(jié)果底剪力的平均值均大于振型分解反應(yīng)譜法的，地震波的選擇滿足規(guī)范要求；）法的層間剪力曲線基本能包絡(luò)所選的四條地震波對(duì)應(yīng)的平均層間剪力曲線。但在結(jié)構(gòu)頂部少數(shù)樓層，法的地震剪力偏小，說(shuō)明設(shè)計(jì)反應(yīng)譜在長(zhǎng)周期階段的人為調(diào)整以及計(jì)算中對(duì)高階振型的影響估計(jì)不足，施工圖設(shè)計(jì)中對(duì)頂部樓層的地震剪力進(jìn)行調(diào)整，滿足對(duì)時(shí)程分析法的內(nèi)力包絡(luò)。一向向一規(guī)范反應(yīng)譜；一，一；一中震作用分析由于本塔樓為超限結(jié)構(gòu)，為確保結(jié)構(gòu)的安全可靠，進(jìn)行了在中震（設(shè)防烈度）下的抗震計(jì)算，使這些重要的抗震構(gòu)件（剪力墻、柱、連梁和框架梁），在中震

8、作用下不屈服。采用了自行編制的鋼筋混凝土梁、柱中震驗(yàn)算軟件進(jìn)行計(jì)算，如圖所示。圖地震作用下的層間剪力值通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)的彈性日寸程分析結(jié)果可以得到：）每條時(shí)程曲線計(jì)算所得結(jié)構(gòu)基底剪力均大于振型分解反應(yīng)譜法的，三條時(shí)程曲線計(jì)算所得結(jié)構(gòu)基一鋼筋混凝土粱一鋼筋混凝土柱圖鋼筋混凝土梁、柱中震驗(yàn)算軟件通過(guò)中震分析和判斷可以得到¨：結(jié)構(gòu)體系中豎向構(gòu)件在中震下保持著良好的彈性性能，而水平構(gòu)件，特別是連梁則有較多的進(jìn)入屈服狀態(tài)，通過(guò)調(diào)（），整連梁和框架梁的配筋和對(duì)部分連梁截面調(diào)整才使所有主要水平構(gòu)件不進(jìn)入屈服。這從設(shè)計(jì)上保證了中震不屈服概念的具體落實(shí)，也體現(xiàn)了地震中各構(gòu)萬(wàn)方數(shù)據(jù)工程設(shè)計(jì)件的屈服順序是：首先

9、是連梁屈服，其次有部分框架梁屈服，而豎向構(gòu)件則沒(méi)有出現(xiàn)屈服的情況，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以滿足規(guī)范中震可修的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。動(dòng)力彈塑性分析采用大型通用軟件進(jìn)行動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析。鋼的拉壓應(yīng)力一應(yīng)變曲線假設(shè)為理想彈塑性等向強(qiáng)化二折線模型，初始塑性應(yīng)變?yōu)閺S，其破壞應(yīng)變?nèi)椤Ｆ渲袕?qiáng)化段。混凝土采用塑性損傷破壞模型，梁、柱采用三維梁?jiǎn)卧?，剪力墻、樓板采用三維殼單元進(jìn)行模擬，以上構(gòu)件均按照計(jì)算結(jié)果及規(guī)范要求進(jìn)行配筋，剪力墻的約束邊緣構(gòu)件和暗柱按照實(shí)際情況配筋。幾何模型建立后，對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，最大單元尺寸，局部重要部位網(wǎng)格加密（整個(gè)模型分為約萬(wàn)個(gè)單元）。圖所示為動(dòng)力彈塑性分析模型。在分析中，重力荷載的施加與地震波的

10、輸入將分兩步進(jìn)行。首先施加重力荷載的代表值，然后地震加速度時(shí)程作用在地面節(jié)點(diǎn)上，沿總體坐標(biāo)系的向或向施加。地震作用在結(jié)構(gòu)正常使用荷載完全加載的情況下施加于結(jié)構(gòu)的±標(biāo)高上。將考慮雙向地震輸入，地震輸入點(diǎn)在模型與地面的節(jié)點(diǎn)處，地震方向?qū)⒀刂Ｐ偷谝缓偷诙B(tài)變形方向，峰值加速度按照：一：輸入。人工波由安評(píng)報(bào)告提供，天然波采用波，場(chǎng)地地震加速度峰值為。圖罕遇地震非線性分析模型圖給出了結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)位移時(shí)程曲線，從圖可以看出，同一條地震波作用下，結(jié)構(gòu)、向頂點(diǎn)位移峰值出現(xiàn)的時(shí)刻存在明顯的錯(cuò)位，且峰值差別也較大，這也說(shuō)明結(jié)構(gòu)、向抗震性能存在明顯的差異，這與前文彈性分析所得到的結(jié)論是一致的。表給出了場(chǎng)地

11、波和波作用下，度大震的結(jié)構(gòu)反應(yīng)，可見(jiàn)，均滿足高規(guī)條對(duì)框架核心筒結(jié)構(gòu)層問(wèn)彈塑性位移角限值的規(guī)定。；孔一一罷穩(wěn)、，、一。罄肌，攙舯盯八、。“、，一，津匿弘；，、，）川廠向場(chǎng)地波向場(chǎng)地波圖頂點(diǎn)位移時(shí)程曲線表地震波場(chǎng)地波方向度大震結(jié)構(gòu)反應(yīng)最大層問(wèn)位移角部（層）的核心筒外圍剪力墻出現(xiàn)了中等程發(fā)生時(shí)襄，樓層度的受拉損傷，其他部位的受拉損傷很小，而結(jié)構(gòu)沿全高的受壓損傷都很小。通過(guò)對(duì)本塔樓進(jìn)行動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析，可以得到的結(jié)論為：）罕遇地震作用下，結(jié)構(gòu)最大層間位移角小于規(guī)范限值；）罕遇地震作用下，結(jié)構(gòu)位于上圖給出了核心筒剪力墻最終的受拉損傷和受壓損傷云圖（數(shù)值代表沒(méi)有損傷，數(shù)值代表完全損傷），可見(jiàn)，罕遇地震作

12、用下，結(jié)構(gòu)位于上部（層）的核心筒外圍剪力墻出現(xiàn)了中等程度的受拉損傷，而結(jié)構(gòu)的受壓損傷很?。唬┰摻Y(jié)構(gòu)能（下轉(zhuǎn)第頁(yè)）鋼結(jié)構(gòu)年第期第卷總第期萬(wàn)方數(shù)據(jù)科研開(kāi)發(fā)步行頻率為，步距為，天橋總長(zhǎng)度為，、，載數(shù)據(jù)處理的麻煩，便于工程應(yīng)用。該方法反映樓板的動(dòng)力特性與步行荷載的時(shí)程特性，能相對(duì)準(zhǔn)確地模擬樓板的人致振動(dòng)響應(yīng)。，經(jīng)過(guò)天橋的時(shí)間約為。因此設(shè)人群數(shù)量為，進(jìn)入樓面時(shí)間為。取個(gè)隨機(jī)樣本進(jìn)行時(shí)程分析，得到結(jié)果如圖所示。樓板豎向最大加速度平均值為，由圖可知求解值比較穩(wěn)定。該值與的性能指標(biāo)曲線進(jìn)行對(duì)比，如圖所示。樓板加速度性能點(diǎn)在指標(biāo)曲線的上方，反映出天橋的加速度不滿足要求，應(yīng)提高天橋結(jié)構(gòu)的剛度。參考文獻(xiàn)，（）：，。：，（；，；，（）：結(jié)論對(duì)于人群走動(dòng)導(dǎo)致的樓板振動(dòng)，通過(guò)限制其位移或自振頻率可以達(dá)到限制振幅的目的，但對(duì)加速度的控制效果不理想。然而給使用者帶來(lái)不適的是加速度，而且在高頻區(qū)域也可能是速度。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，樓板振動(dòng)分析應(yīng)從簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)渡到計(jì)算機(jī)分析。本文通過(guò)編制程序?qū)崿F(xiàn)人群走動(dòng)仿真并計(jì)算人群走動(dòng)荷載時(shí)程，進(jìn)行樓板振動(dòng)時(shí)程分析。通過(guò)數(shù)據(jù)流的導(dǎo)人導(dǎo)，避免了荷（上接第頁(yè)）。（）：，：，。：建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范結(jié)論本文介紹了深圳卓越皇崗世紀(jì)中心項(xiàng)目二號(hào)塔樓結(jié)構(gòu)整體分析、彈性時(shí)程分析、中震不屈服分析和動(dòng)力彈塑性分析的結(jié)果及相應(yīng)結(jié)論。本文有