公寓式酒店塔樓的超限高層結(jié)構(gòu)抗震分析及設(shè)計(jì),建筑結(jié)構(gòu)論文

公寓式酒店塔樓的超限高層結(jié)構(gòu)抗震分析及設(shè)計(jì),建筑結(jié)構(gòu)論文遼寧省沈陽市某商業(yè)綜合體項(xiàng)目由超高層公寓式酒店、商務(wù)綜合樓以及多層商業(yè)裙房組成，總建筑面積約為18.8萬m2，本文就華而不實(shí)的公寓式酒店塔樓的超限高層構(gòu)造抗震分析及設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。該塔樓總高度為175m，地上42層，設(shè)有3層地下室;采用框架-核心筒構(gòu)造作為抗側(cè)力體系，并以地下室頂板作為嵌固端。公寓式酒店標(biāo)準(zhǔn)層層高為3.6m，其底部六層及避難層的層高均為5.2m。該塔樓的構(gòu)造計(jì)算模型如此圖1所示。本工程位于七度抗震設(shè)防烈度區(qū)，建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)使用年限為50年，建筑構(gòu)造安全等級(jí)為二級(jí)?？拐鹪O(shè)防類別為丙類，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)。2構(gòu)造體系2.1上部構(gòu)造公寓式酒店塔樓采用鋼筋混凝土框架-核心筒構(gòu)造，平面布置為矩形，典型樓層平面長度、寬度分別為35.9m、30.9m，構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)層的構(gòu)件布置如此圖2所示。核心筒七層下面外部墻體厚度為650mm，其余各層沿高度分三個(gè)區(qū)段，其厚度在500mm～350mm之間。核心筒內(nèi)部的墻體厚度根據(jù)計(jì)算和構(gòu)造的需要沿高度變化，厚度取值范圍為200mm～350mm。外圍框架柱第十六層及其下面各層采用內(nèi)置十字型鋼的型鋼混凝土柱，其余各層均為普通混凝土柱。構(gòu)造第七層及其下各層框架柱截面尺寸分別為1300mm1300mm、1100mm1100mm、800mm1600mm，第八層至十六層之間的框架柱截面尺寸變?yōu)?100mm1100mm、800mm1600mm。除避難層外，構(gòu)造其余各層框架梁的高度為600mm～700mm。在角部框梁沒有能雙向拉通之處，設(shè)置800mm200mm的暗梁予以加強(qiáng)。用于作為框架梁固定端的核心筒連梁內(nèi)置H型鋼，以保證連梁具有足夠的承載能力，知足抗彎、抗剪設(shè)計(jì)要求。本工程中選用梁板的混凝土等級(jí)為C30，柱墻的混凝土等級(jí)為C40～C60，所用型鋼的材質(zhì)均為Q345B。2.2地下室構(gòu)造經(jīng)比擬分析，本工程的基礎(chǔ)采用樁筏基礎(chǔ)，塔樓核心筒下的筏板厚度為2800mm，商業(yè)裙樓的筏板厚度為800mm。塔樓選用800直徑樁端后注漿鉆孔灌注樁，有效樁長23m。商業(yè)裙房及地下室采用天然地基，利用600的鉆孔灌注抗拔樁解決抗浮問題。作為上部構(gòu)造的嵌固端，地下室頂板厚度為200mm，采用雙層雙向鋼筋通長布置，且每層每個(gè)方向的配筋率不小于0.25%。地下室通過增設(shè)后澆帶、膨脹加強(qiáng)帶等措施，降低沉降差引起的內(nèi)力以及因長度過長而產(chǎn)生的混凝土收縮和溫度效應(yīng)。3構(gòu)造超限判別根據(jù)(高層建筑混凝土構(gòu)造技術(shù)規(guī)程〕(JGJ32018)和(超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查技術(shù)重點(diǎn)〕(建質(zhì)【2018】109號(hào))的規(guī)定，公寓式酒店為超A級(jí)但不超B級(jí)高度的構(gòu)造。參照文獻(xiàn)［1-3］的相關(guān)規(guī)定，本工程存在如下三項(xiàng)超出相關(guān)的限值。1)在規(guī)定的水平力作用下，樓層及層間最大彈性位移比大于1.2，屬扭轉(zhuǎn)不規(guī)則。2)二層樓板有效寬度小于該層樓板典型寬度的50%，屬樓板局部不連續(xù)。3)避難層構(gòu)造的側(cè)移剛度比不知足規(guī)范要求，構(gòu)造存在剛度突變。4構(gòu)造抗震分析本工程抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.10g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組。場地類別為Ⅱ類，特征周期為Tg=0.36s。構(gòu)造阻尼比取0.05?；撅L(fēng)壓荷載標(biāo)準(zhǔn)值w0=0.60kN/m2(按50年一遇風(fēng)壓)，地面粗糙度為C類。構(gòu)造整體分析主要采用SATWE、PMSAP和ETABS三種程序進(jìn)行比照計(jì)算，根據(jù)三水準(zhǔn)兩階段設(shè)計(jì)方式方法進(jìn)行抗震分析及設(shè)計(jì)。第一階段分為小震作用下的彈性分析、中震作用下的彈性及不委屈服從分析，第二階段為大震作用下的動(dòng)力彈塑性分析。4.1性能化設(shè)計(jì)目的本項(xiàng)目屬于存在平面不規(guī)則、局部樓板不連續(xù)且剛度突變的超限高層項(xiàng)目，根據(jù)(抗規(guī)〕和(高規(guī)〕進(jìn)行抗震性能化設(shè)計(jì)?？紤]到構(gòu)造的重要性及超限程度，根據(jù)文獻(xiàn)［1-4］性能化設(shè)計(jì)的要求，對(duì)構(gòu)造提出相應(yīng)的性能目的，詳見表1。4.2小震作用分析構(gòu)造小震作用計(jì)算采用考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)效應(yīng)的振型分解法，計(jì)入雙向地震作用，并選用一組人工地震波和兩條天然地震波進(jìn)行彈性動(dòng)力時(shí)程補(bǔ)充計(jì)算。構(gòu)造阻尼比取為0.05，主、次分量峰值加速度分別為0.36m/S、0.306m/S，地震波的持續(xù)時(shí)間均大于構(gòu)造基本周期的5倍，并與知足規(guī)范要求的統(tǒng)計(jì)意義相符。小震彈性時(shí)程計(jì)算結(jié)果表示清楚，每條時(shí)程曲線計(jì)算所得構(gòu)造底部剪力均大于振型分解反響譜法計(jì)算結(jié)果的65%，三條時(shí)程曲線計(jì)算所得構(gòu)造底部剪力平均值大于振型分解反響譜法計(jì)算結(jié)果的80%。從最大樓層位移曲線、層間位移角、最大樓層剪力和最大樓層彎矩的計(jì)算結(jié)果看，振型分解反響譜法的計(jì)算結(jié)果曲線基本包絡(luò)了所用三條地震波的相應(yīng)曲線，采用振型分解反響譜法所得結(jié)果作為構(gòu)造設(shè)計(jì)根據(jù)是安全可靠的。小震作用計(jì)算結(jié)果表示清楚，避難層構(gòu)造的側(cè)移剛度比不知足規(guī)范要求，構(gòu)造存在剛度突變，薄弱層的剪力根據(jù)規(guī)范放大地震作用至1.25倍進(jìn)行設(shè)計(jì)。構(gòu)造第一扭轉(zhuǎn)周期與第一平動(dòng)周期之比小于規(guī)范規(guī)定的0.85，三種程序計(jì)算的位移角均知足規(guī)范要求，表示清楚構(gòu)造的剛度適宜，在小震作用下構(gòu)造處于彈性狀態(tài)。在規(guī)定水平力的作用下，構(gòu)造的位移比超出1.2的限值，表示清楚構(gòu)造屬于扭轉(zhuǎn)不規(guī)則體系。構(gòu)造的整體穩(wěn)定性驗(yàn)算大于1.4但小于2.7，表示清楚整體構(gòu)造體系是穩(wěn)定的，但需要考慮重力作用二階效應(yīng)的不利影響。其余計(jì)算指標(biāo)均知足規(guī)范要求，主要計(jì)算結(jié)果如表2、表3所示。4.3中震作用分析根據(jù)抗震性能化設(shè)計(jì)目的，分別進(jìn)行構(gòu)造構(gòu)件中震不委屈服從及中震彈性的復(fù)核驗(yàn)算，對(duì)構(gòu)造體系中的關(guān)鍵部位和薄弱部位進(jìn)行加強(qiáng)，使構(gòu)造知足中震性能目的的要求。中震不委屈服從和中震彈性計(jì)算結(jié)果表示清楚，構(gòu)件中震作用下剪力和彎矩比小震作用下有一定的增大，構(gòu)件截面總體上知足設(shè)計(jì)要求。除剪力墻、框架柱的配筋接近規(guī)范限制外，構(gòu)造各層構(gòu)件的配筋均符合規(guī)范要求，并知足構(gòu)件性能目的要求，設(shè)計(jì)取中震作用和小震作用計(jì)算結(jié)果的最不利工況進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)。4.4大震作用分析為找出構(gòu)造薄弱部位并控制整體構(gòu)造的彈塑性變形，確保構(gòu)造在罕遇地震作用下不發(fā)生倒塌，本工程采用PUSH程序?qū)χ黧w構(gòu)造進(jìn)行了大震作用下的彈塑性靜力分析。側(cè)推荷載采用彈性CQC地震力分布，側(cè)推荷載總量最大加載到構(gòu)造總重量的100%。計(jì)算中不考慮樓板作用，樓板簡化為梁翼緣考慮對(duì)構(gòu)造的承載力作用。構(gòu)造沿X方向和Y方向的抗倒塌驗(yàn)算結(jié)果如此圖3、圖4所示。能夠看出，X方向大震作用下加載到第27步，構(gòu)造的需求層間位移角為1/181;Y方向大震作用下加載到第33步，構(gòu)造的需求層間位移角為1/148，均小于規(guī)范對(duì)彈塑性層間位移角1/100的限值要求。根據(jù)彈塑性靜力分析逐步加載經(jīng)過動(dòng)畫顯示，構(gòu)造在約全高2/3處的框架梁和剪力墻連梁處首先出現(xiàn)塑性鉸，再逐步發(fā)展到局部剪力墻和框架柱端出現(xiàn)塑性鉸，墻體的塑性鉸毀壞以混凝土局部拉壓毀壞為主。整體豎向構(gòu)件具有一定的延性，彈塑性變形能得到控制，構(gòu)造體系能夠?qū)崿F(xiàn)構(gòu)造在罕遇地震作用下大震不倒的設(shè)計(jì)要求。4.5超限項(xiàng)的設(shè)計(jì)措施1)對(duì)于扭轉(zhuǎn)不規(guī)則:計(jì)算中考慮雙向地震作用及偶爾偏心影響;適當(dāng)提高核心筒角部、框架角柱及其相鄰一跨框柱的配筋率并提高型鋼柱的含鋼率。2)對(duì)于樓板局部不連續(xù):采用彈性板計(jì)算;加大局部板厚，提高其雙層雙向配筋率;進(jìn)行小震及中震作用下樓板應(yīng)力分析，控制不超過混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值及標(biāo)準(zhǔn)值。3)對(duì)于側(cè)向剛度比超限:計(jì)算時(shí)按薄弱層考慮，樓層內(nèi)力放大1.25倍，并進(jìn)行構(gòu)件性能化設(shè)計(jì);該層及其上下層抗震等級(jí)提高一級(jí)，核心筒墻體設(shè)置約束邊緣構(gòu)件;柱箍筋全層加密，軸壓比限值比規(guī)范要求降低0.05。4.6風(fēng)載作用下舒適度驗(yàn)算根據(jù)文獻(xiàn)［5］的規(guī)定，取10年一遇的風(fēng)荷載值計(jì)算構(gòu)造順風(fēng)向、橫風(fēng)向的頂點(diǎn)最大加速度max，華而不實(shí)加速度按文獻(xiàn)［5］附錄計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表示清楚，順風(fēng)向和橫風(fēng)向構(gòu)造頂點(diǎn)的計(jì)算最大加速度均不超過0.15m/S，知足相關(guān)規(guī)范的設(shè)計(jì)要求。5結(jié)束語本文介紹了沈陽某超限高層框架-核心筒構(gòu)造抗震分析及設(shè)計(jì)，進(jìn)行了多遇地震、設(shè)防地震及罕遇地震作用下的抗震性能分析，并對(duì)風(fēng)荷載作用下構(gòu)造的舒適度驗(yàn)算進(jìn)行了概述。設(shè)計(jì)中較好地解決了扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、樓板局部不連續(xù)、豎向剛度突變等超限問題，到達(dá)了預(yù)定的性能目的，知足了三水準(zhǔn)抗震設(shè)防要求，構(gòu)造具有