超高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、超高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1項(xiàng)目概況 本工程位于天津津?yàn)I新區(qū)中心商務(wù)商業(yè)區(qū)響鑼灣商務(wù)區(qū)，場(chǎng)北道、西場(chǎng)道與濱河路間?？拐鹪O(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.15g，III類場(chǎng)地土。本工程包括A座177.3m(46層)和B座99.6m(25層)，3層地下室。A，B座在地面(1層)以上徹低分開，地下室連在一起。因?yàn)楸竟こ藼座體型規(guī)章，且高度為99.70m，所以本工程B座不超限。本文僅推薦A座相關(guān)狀況。本建造物A座塔樓共46層，其中24層為大堂、辦公、小部分商業(yè)及餐飲，515層為酒店，16、32層為避難層，1739層均為酒店式公寓，4046層為辦公。其中1層層高5.5m，2層、4層層高4.15m，3層

2、及525層層高3.9m，2639層層高為3.6m，40層及以上層高3.9m。 2結(jié)構(gòu)布置及其選型 本項(xiàng)目A座平面呈斜邊倒梯形，建造物高寬比約5.96。在囫圇平面中間設(shè)一大核心筒，大核心筒內(nèi)部左右兩邊各設(shè)一個(gè)核心筒，兩核心筒之間有掏空中庭，兩核心筒之間及核心筒下部設(shè)置局部剪力墻(小筒)以增加整體結(jié)構(gòu)剛度。按照建造平面，本工程擬采用鋼管組合柱框架-核心筒結(jié)構(gòu)。核心筒作為抗側(cè)力體系的第一道防線，為增加核心筒的抗震性能，在關(guān)鍵部位剪力墻及核心筒部分剪力墻邊緣構(gòu)件內(nèi)設(shè)置工字鋼。鋼管組合柱框架形成結(jié)構(gòu)的其次道抗側(cè)力體系。框架梁的選型經(jīng)過綜合比較后擬采用平凡鋼筋混凝土梁。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本著簡(jiǎn)潔至上的原則，在滿意

3、預(yù)期性能目標(biāo)前提下，盡可能避開局部樓層的剛度及強(qiáng)度的突變，以避開結(jié)構(gòu)薄弱層的產(chǎn)生1。通過分析比較，本工程未設(shè)剛性加強(qiáng)層(Outriggers)，僅在避難層通過加大梁截面形成所謂的有限剛度加強(qiáng)層。本工程A座建造高度177.3m，按照鋼管混凝土疊合柱結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（CECS188:2022）第5.1.6條的規(guī)定，本建造高度小于該條180m的框架核心筒高度限值。因此，A座建造不屬于高度超限。按照計(jì)算，本工程A，B座建造考慮偶爾偏心后均屬于扭轉(zhuǎn)不規(guī)章，但不存在扭轉(zhuǎn)超限(樓層扭轉(zhuǎn)位移比小于1.40)，同時(shí)本工程不存在平面不規(guī)章、豎向不規(guī)章。平面標(biāo)準(zhǔn)層均在中間設(shè)置了中庭，其中A座中庭面積約102m2，B座中

4、庭面積約125m2，綜合開洞面積均小于30%，開洞面積及有效樓板寬度都滿意高規(guī)關(guān)于樓板開洞的要求，無其余不規(guī)章項(xiàng)。 3基于性能的結(jié)構(gòu)抗震分析 針對(duì)本工程的特點(diǎn)，對(duì)結(jié)構(gòu)舉行計(jì)算和分析時(shí)，除需考慮常規(guī)的豎向荷載、小震作用及順風(fēng)向風(fēng)荷載作用外，尚以高于現(xiàn)行規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)，采用基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法，對(duì)結(jié)構(gòu)舉行中震作用下的屈服分析、罕遇地震作用下的彈塑性時(shí)程分析，來使結(jié)構(gòu)達(dá)到規(guī)范要求的“小震不壞、中震可修、大震不倒”的三水準(zhǔn)抗震設(shè)防目標(biāo)2。 3.1結(jié)構(gòu)整體分析 本工程使用中國(guó)建造科學(xué)研究院PK.PMCAD工程部編制的結(jié)構(gòu)分析程序多層及高層建造結(jié)構(gòu)空間有限元分析與設(shè)計(jì)軟件SATWE（2022年10月版）舉行

5、結(jié)構(gòu)分析。為體現(xiàn)指標(biāo)的合理性，計(jì)算采用A，B座單獨(dú)計(jì)算，整體計(jì)算作為內(nèi)力和配筋計(jì)算用。因?yàn)锳座建造高度較高，作為對(duì)照分析，采用韓國(guó)MIDAS（730版本）軟件作補(bǔ)充。 3.2多遇地震時(shí)程分析 按照建造抗震規(guī)范（GB500112022）5.1.2條的要求，本工程A座應(yīng)舉行多遇地震的時(shí)程分析。本工程地震時(shí)程采用2條自然波和1條人工波（7度、III類場(chǎng)地），多遇地震的最大加速度為55cm/s2。計(jì)算結(jié)果表明，3條波均滿意不小于振型分解反映譜法計(jì)算結(jié)果的65%，且3條平均值為振型分解反映譜法計(jì)算結(jié)果的84.8%（0°），87.7%（90°）。基本符合抗震規(guī)范的選波要求。按照時(shí)程分析

6、的結(jié)果，結(jié)構(gòu)上部約1/3范圍內(nèi)的地震剪力略大于振型分解反映譜法計(jì)算結(jié)果，施工圖設(shè)計(jì)中，適當(dāng)放大此范圍的反應(yīng)譜計(jì)算結(jié)果。 4中震彈性分析 考慮到本工程豎向構(gòu)件是囫圇結(jié)構(gòu)抗震中非常重要的構(gòu)件，對(duì)其舉行了中震作用下的彈性驗(yàn)算，以判別其是否達(dá)到了中震彈性的抗震性能目標(biāo)。即在中震不屈服計(jì)算的基礎(chǔ)上，將荷載分項(xiàng)系數(shù)恢復(fù)為正常值，材料的強(qiáng)度取設(shè)計(jì)值，抗震承載力調(diào)節(jié)系數(shù)取1.0，不考慮地震作用的內(nèi)力放大調(diào)節(jié)，不考慮風(fēng)荷載，這時(shí)構(gòu)件的地震作用組合效應(yīng)不大于按強(qiáng)度設(shè)計(jì)值計(jì)算的抗震承載力。驗(yàn)算結(jié)果表明，豎向構(gòu)件在中震作用下均不屈服，基本處于彈性階段，不會(huì)消失塑性損傷。 5罕遇地震作用下動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析 對(duì)本工程非

7、線性時(shí)程分析采用SATWE系列軟件的EPDA程序，地震驚的輸入本工程采用中國(guó)地震局第一監(jiān)測(cè)中心供應(yīng)1條大震人工波和2條大震人工波共3條地震波。加速度最大值取310cm/s2(0.31g)，阻尼比0.04。圖2和圖3給出了彈塑性時(shí)程分析X方向和Y方向的層間位移角。計(jì)算結(jié)果表明，在罕遇地震作用下，結(jié)構(gòu)X方向的最大層間位移角為1/188,Y方向的最大層間位移角為1/123。均滿意1/100的限值要求。計(jì)算結(jié)果表明，21層、39層，其層間最大有害位移角相對(duì)稍大，說明該部位為薄弱位置。設(shè)計(jì)中擬對(duì)該部位作加強(qiáng)。罕遇地震作用下，X方向的最大底部剪力為126164kN，約為重力荷載代表值的10.1%;Y方向的

8、最大底部剪力為130027kN，約為重力荷載代表值的10.6%，分離為多遇地震反應(yīng)譜計(jì)算所得底部剪力的4.85倍和4.62的倍。 6結(jié)構(gòu)抗震加強(qiáng)措施 通過對(duì)本工程的彈性、塑性分析，本工程結(jié)構(gòu)體系合理，剛度、承載力分布勻稱，具有多道防線，能滿意性能設(shè)計(jì)的預(yù)期目標(biāo)。針對(duì)本工程臨近高度超限狀況，擬在施工圖設(shè)計(jì)中采用如下的技術(shù)條件和加強(qiáng)措施，以滿意性能設(shè)計(jì)的預(yù)期目標(biāo)。1）對(duì)框架柱、剪力墻的加強(qiáng)措施。本工程由于高度臨近超限，而且地震設(shè)防烈度為7.5度、III類土區(qū)域，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)框架柱、剪力墻構(gòu)造根據(jù)特一級(jí)控制。為加強(qiáng)核心筒抗震性能，尤其是抗剪承載力的提高，避開剪力墻的剪切破壞，核心筒剪力墻采用鋼管組合剪

9、力墻，相關(guān)規(guī)范參見鋼管混凝土疊合柱結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程框架柱的軸壓比不大于0.65，剪力墻在重力荷載代表值作用下的軸壓比0.45。 豎向構(gòu)件根據(jù)中震不屈服舉行設(shè)計(jì);水平構(gòu)件的抗剪能力也按中震不屈服設(shè)計(jì)。適當(dāng)加強(qiáng)墻、柱的配筋，墻、柱在構(gòu)造上按特一級(jí)控制。底部加強(qiáng)區(qū)剪力墻分布筋的最小配筋率為0.4，其余部位剪力墻的最小配筋率為0.3，以保證剪力墻在罕遇地震作用下不消失剪切鉸，具有良好的延性。鋼管混凝土柱套箍指標(biāo)0.60，含管率4%。2）增加結(jié)構(gòu)剛度。在避難層加高主梁高度，形成有限加強(qiáng)層，增加全樓的整體剛度，適當(dāng)加厚樓板及板配筋,以加強(qiáng)在地震作用下牢靠傳遞水平剪力。3）因?yàn)榫植块_洞，驗(yàn)算罕遇地震作用下樓板薄弱位置的抗拉、抗剪強(qiáng)度并保證其滿意強(qiáng)度要求(驗(yàn)算時(shí)荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.0，材料強(qiáng)度取標(biāo)準(zhǔn)值)，以確保在罕遇地震作用下樓板仍能作為剛性隔板牢靠傳遞水平剪力。 7結(jié)語 本文通過結(jié)合某超B級(jí)高度建造