福州世茂國(guó)際中心抗震送審匯報(bào)課件

1、福州世茂國(guó)際中心超限高層抗震送審報(bào)告匯報(bào)華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司2008年3月專家咨詢意見1.規(guī)范與“安評(píng)”參數(shù)的使用：小震下截面設(shè)計(jì)、中震下性能設(shè)計(jì)按規(guī)范地震動(dòng)參數(shù)，大震下的變形驗(yàn)算可采用“安評(píng)”的參數(shù)。2.推覆分析不再適用，應(yīng)進(jìn)行大震下的動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析。 3.性能目標(biāo)：核心筒剪力墻底部加強(qiáng)部位和加強(qiáng)層應(yīng)按“中震彈性”性能要求驗(yàn)算抗剪承載力，按“中震不屈服” 性能要求驗(yàn)算抗彎承載力；應(yīng)核算中震下筒底出現(xiàn)拉應(yīng)力的分布高度；框架柱承擔(dān)的剪力取0.25Q0和計(jì)算剪力1.8倍的較大值。 專家咨詢意見4.加強(qiáng)層的設(shè)置宜進(jìn)一步優(yōu)化。 5.風(fēng)荷載作用下的層間位移可扣除無害位移 6.應(yīng)檢驗(yàn)彈性時(shí)程分析

2、輸入地震波是否滿足規(guī)范要求，并考慮計(jì)算的結(jié)構(gòu)高振型鞭梢效應(yīng)。主要內(nèi)容1 工程概況 2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)依據(jù) 3 基礎(chǔ)設(shè)計(jì) 4 結(jié)構(gòu)體系5 結(jié)構(gòu)超限的討論 6 針對(duì)超限采取的措施 7 規(guī)范彈性分析 8 關(guān)鍵構(gòu)件設(shè)計(jì)9 彈塑性分析1.工程概況工程概況世茂福建福州茶亭街工程項(xiàng)目（以下簡(jiǎn)稱本項(xiàng)目）位于福建省福州市中心，是福州經(jīng)濟(jì)和歷史文化中軸線八一七路的中心路段。 本項(xiàng)目由酒店、辦公、公寓式辦公、商業(yè)等四大功能部分構(gòu)成。由北向南將建設(shè)主體塔樓和附屬裙房，之間以連廊聯(lián)為整體。工程概況各建筑物基本情況如下（由北向南）：主體塔樓：建筑高度262.65米，地面建筑面積約106992平方米。附屬裙房：建筑高度40.15

3、米，地面建筑面積約17008平方米。此外，主體塔樓和附屬裙房以三層地下室整體相連，主要功能為后勤服務(wù)用房，機(jī)動(dòng)車和非機(jī)動(dòng)車庫(kù)及設(shè)備機(jī)房，建筑面積約為35458平方米。本地塊總建筑面積約為159473平方米。 2.設(shè)計(jì)依據(jù)主要設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)依據(jù)主要重力荷載設(shè)計(jì)依據(jù)風(fēng)荷載50年一遇基本風(fēng)壓0.70 kN/m2； 100年一遇基本風(fēng)壓0.85 kN/m2風(fēng)荷載體型系數(shù) 取1.2地面粗糙度為C風(fēng)洞試驗(yàn)報(bào)告規(guī)范與風(fēng)洞試驗(yàn)風(fēng)荷載比較安評(píng)報(bào)告地震參數(shù)與規(guī)范地震參數(shù)比較規(guī)范與安評(píng)地震影響系數(shù)比較時(shí)程分析地震波時(shí)程地震波轉(zhuǎn)換成反應(yīng)頻譜與場(chǎng)地反應(yīng)頻譜的比較 工程設(shè)計(jì)性能指標(biāo) 3.基礎(chǔ)設(shè)計(jì)主樓的基礎(chǔ)體系是 3.8 米

4、厚的現(xiàn)澆鋼筋混凝土筏板，由位于中等風(fēng)化花崗巖或微分化花崗巖,直徑1.5 m的沖鉆孔灌注樁支承。樁的有效長(zhǎng)度約50m,樁尖入中等風(fēng)化花崗巖或微分化花崗巖0.5m,單樁豎向承載力特征值為18800KN/根.樁身混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C40.裙樓及地下室基礎(chǔ)采用厚度為 1米的現(xiàn)澆鋼筋混凝土筏板,筏板由位于碎卵石層, 直徑為0.9m，的沖鉆孔灌注樁支承。樁的有效長(zhǎng)度約37m, 樁尖入碎卵石層1.35m, 單樁豎向抗壓承載力特征值為4800KN/根， 單樁豎向抗拔承載力特征值為2250KN/根. 樁身混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C30.裙房部分在樁頂設(shè)置厚度為1300mm的承臺(tái),純地下室部分的沖鉆孔灌注樁作為抗拔樁。4.

5、結(jié)構(gòu)體系主樓抗側(cè)力體系概況 典型外伸桁架與帶狀桁架體系 典型主樓豎向荷載承重體系 典型樓層結(jié)構(gòu)布置5.結(jié)構(gòu)超限的討論主樓高度超限豎向剛度不規(guī)則平面不規(guī)則高度超限建筑高度是造成超限的主要原因。根據(jù)中國(guó)規(guī)范高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程”JGJ3-2002 第11.1.2條，抗震設(shè)防烈度七度，鋼與混凝土混合框架鋼筋混凝土筒體的最高適用高度為190米。本主樓屋頂標(biāo)高為249.55米，屋架尖頂標(biāo)高為262.5米，因此遠(yuǎn)高出規(guī)范限制。豎向剛度不規(guī)則由于主樓高度較高,福州地區(qū)的風(fēng)載又特別大,在整體計(jì)算中為了控制主樓在風(fēng)和地震荷載作用下產(chǎn)生的側(cè)移增加了外伸桁架和帶狀桁架,帶來了很大的實(shí)用效果,不過由此也引起了豎

6、向剛度的不規(guī)則。外伸桁架及帶狀桁架位于主樓的以下位置： 20至21層之間 33至34層之間 50至51層之間平面不規(guī)則2層、35層樓板缺失面積大于該樓層面積的30。根據(jù)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50011-2001)3.4.2條規(guī)定，構(gòu)成樓板局部不連續(xù)，形成平面不規(guī)則。裙房平面不規(guī)則局部樓層樓板缺失面積大于該樓層面積的30。根據(jù)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50011-2001)3.4.2條規(guī)定，構(gòu)成樓板局部不連續(xù)，形成平面不規(guī)則。樓層的最大彈性水平位移（或?qū)娱g位移）大于該樓層兩端彈性水平位移（或?qū)娱g位移）平均值的1.2倍。結(jié)構(gòu)平面突出部分長(zhǎng)度超過連接寬度的2倍（抗震設(shè)防烈度7度） 6.針對(duì)超限采取的措施

7、整體結(jié)構(gòu)幾何布置混合結(jié)構(gòu)的運(yùn)用設(shè)置外伸桁架與帶狀桁架 抗震特一級(jí)內(nèi)力放大系數(shù)的采用中震下關(guān)鍵構(gòu)件不屈服設(shè)計(jì) 針對(duì)薄弱樓層的措施 彈塑性分析整體結(jié)構(gòu)幾何布置此建筑平面形狀接近梭形，結(jié)構(gòu)平面布置較為規(guī)則，僅在頂部逐漸縮小，立面的造型也是通過非抗側(cè)力構(gòu)件來實(shí)現(xiàn)的。結(jié)構(gòu)基本上是雙軸對(duì)稱的，扭轉(zhuǎn)偏心較小。建筑中的加強(qiáng)層沿高度基本均勻分布，有利于發(fā)揮其增加結(jié)構(gòu)剛度、減小結(jié)構(gòu)層間位移角的作用。混合結(jié)構(gòu)的運(yùn)用鋼和鋼筋混凝土混合結(jié)構(gòu)有較好的抗震性能和延性?；旌辖Y(jié)構(gòu)構(gòu)件也有很高的強(qiáng)度，使得構(gòu)件的自重較輕，而截面尺寸也較小。混合結(jié)構(gòu)的剛度也較大，對(duì)于控制結(jié)構(gòu)的位移和舒適度較為有利。 鋼管混凝土柱在深圳賽格廣場(chǎng)大廈、

8、昆明邦克大廈、廣州好世界廣場(chǎng)大廈、大連國(guó)際貿(mào)易中心等工程中已經(jīng)有成功的應(yīng)用。在減小柱子斷面、方便與鋼梁的連接、加快施工進(jìn)度等方面，鋼管混凝土柱都有很好的作用。 設(shè)置外伸桁架與帶狀桁架 為了盡量減少建筑在風(fēng)及地震作用下的位移，在整個(gè)建筑高度內(nèi)，利用建筑設(shè)備層設(shè)置了3組6.3米高的鋼結(jié)構(gòu)外伸桁架將周邊的鋼管混凝土柱與內(nèi)部的鋼筋混凝土核心筒相聯(lián)系。 設(shè)置加強(qiáng)層后，結(jié)構(gòu)的樓層位移減小接近50。這主要是因?yàn)橥馍炫c帶狀桁架把周邊柱和核心筒連接在一起，增大了結(jié)構(gòu)抵抗傾覆彎矩的力臂，與此相應(yīng)，周邊柱會(huì)因?yàn)轱L(fēng)荷載或地震水平作用受到較大的軸向力。 外伸與帶狀桁架控制結(jié)構(gòu)變形的功效帶狀桁架的作用與外伸桁架相結(jié)合，帶

9、狀桁架系統(tǒng)將所有周邊的柱子聯(lián)系在一起。 周邊帶狀桁架的主要功能是將從外伸桁架傳來的荷載平均地分布于周邊所有的柱子，使得柱截面尺寸更加統(tǒng)一。除此之外，該系統(tǒng)另有其他優(yōu)點(diǎn)，首先能產(chǎn)生更多的冗余度，當(dāng)周邊任何一根柱子在某種情況下失去其功用或承載力的時(shí)候，帶狀桁架有能力將荷載重新分配到相鄰的柱子上，而建筑物仍保持穩(wěn)定狀態(tài)；其次，更加均衡了柱的軸力分配，減少了核芯筒與周邊柱之間的徐變和收縮引起的豎向變形差異?？拐鹛匾患?jí)內(nèi)力放大系數(shù)的采用 由于主樓高度超限，復(fù)雜性，規(guī)范要求主樓的核芯筒剪力墻以抗震特一級(jí)進(jìn)行設(shè)計(jì)，周圈的柱子按B級(jí)高度應(yīng)為一級(jí)進(jìn)行設(shè)計(jì)，考慮超B級(jí)高度較多，我們把底部加強(qiáng)區(qū)的柱子按抗震特一級(jí)進(jìn)

10、行設(shè)計(jì)，因此結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剪力、彎矩的內(nèi)力已乘以相應(yīng)放大系數(shù)增加。 中震下關(guān)鍵構(gòu)件不屈服設(shè)計(jì)在中震下，核算筒底出現(xiàn)拉應(yīng)力的分布高度按中震彈性驗(yàn)算，對(duì)于出現(xiàn)拉應(yīng)力的墻肢考慮配置型鋼增強(qiáng)其承載能力。 底部加強(qiáng)區(qū)墻體抗剪增加按中震彈性驗(yàn)算，正截面承載力按中震不屈服驗(yàn)算，以此來加強(qiáng)剪力墻的底部加強(qiáng)區(qū)。 外伸與帶狀桁架對(duì)于保證結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度非常重要，也按照中震不屈服設(shè)計(jì)。 針對(duì)薄弱樓層的措施 在加強(qiáng)層及附近樓層，結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度有較大的突變，造成結(jié)構(gòu)內(nèi)力的突變。為此，對(duì)薄弱層采用1.15的內(nèi)力放大系數(shù)；約束邊緣構(gòu)件被應(yīng)用于加強(qiáng)層及上下兩層的核心筒剪力墻；加強(qiáng)層的樓板加厚擬采用200mm閉口壓型鋼板，配筋加強(qiáng)；

11、加強(qiáng)層上下兩層的樓板配筋適當(dāng)加強(qiáng)。 彈塑性分析通過動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析判斷大震下的結(jié)構(gòu)性能。判斷大震下結(jié)構(gòu)的層間位移角是否滿足規(guī)范要求從塑性發(fā)展過程找出結(jié)構(gòu)的薄弱部位，采取措施增加其延性。針對(duì)裙房平面不規(guī)則采取的措施1.較均勻的在建筑周邊布置三個(gè)混凝土筒體，以控制扭轉(zhuǎn)位移比。2.加厚洞口附近樓板，提高樓板配筋率，采用雙向雙層配筋。3.適當(dāng)加大平面突出部分的梁柱截面，并驗(yàn)算樓板缺失較多的單榀框架單榀框架驗(yàn)算最大層間位移角為1/1000，滿足規(guī)范要求,詳見附錄C7.規(guī)范彈性分析振型周期T1 =5.78 secT2 =4.66 secT3 =1.85 secT3/T1 =0.32 N=78497KN。

12、鋼管混凝土柱抗剪驗(yàn)算 根據(jù)專家意見，框架柱承擔(dān)的剪力取0.25Q0和計(jì)算剪力1.8倍的較大值。以底層柱為例，框架柱承擔(dān)的剪力為822.1kN，樓層總剪力為21662.73 kN，0.25Q05415.5 kN，1.8V1480 kN，所以框架柱承擔(dān)的剪力取為5415.5 kN。 鋼管混凝土柱的受剪承載力為可見，鋼管混凝土柱的受剪承載力滿足要求。加強(qiáng)層的優(yōu)化布置根據(jù)專家意見，我們對(duì)設(shè)置兩道和三道加強(qiáng)層進(jìn)行了比較。設(shè)置三道加強(qiáng)層時(shí)，ETABS計(jì)算出的風(fēng)荷載下最大層間位移角為1/506，設(shè)置兩道加強(qiáng)層時(shí)，ETABS計(jì)算出的風(fēng)荷載下最大層間位移角為1/435。加強(qiáng)層桁架桿件截面較大，鋼板厚度也較大，需

13、要按照中震不屈服來進(jìn)行加強(qiáng)層桁架截面承載力驗(yàn)算。設(shè)置三道加強(qiáng)層相比設(shè)置兩道加強(qiáng)層，需要較小的桁架桿件斷面和鋼板厚度來滿足桿件穩(wěn)定承載力要求。為了減小桁架桿件斷面和鋼板厚度，我們也選擇設(shè)置三道加強(qiáng)層，來減小施工難度。 加強(qiáng)層的優(yōu)化布置福州世茂國(guó)際中心核心筒面積相對(duì)較小，特別是y方向?qū)挾容^小，而風(fēng)荷載又較大，因此我們選擇設(shè)置三道加強(qiáng)層。設(shè)置三道加強(qiáng)層后，結(jié)構(gòu)第一自振周期為5.78秒，而結(jié)構(gòu)高度為249.55米，跟其它超高層結(jié)構(gòu)相比，結(jié)構(gòu)剛度并不大。因此，我們?cè)O(shè)置三道加強(qiáng)層，同時(shí)對(duì)桁架的截面作了進(jìn)一步的優(yōu)化，外伸桁架布局見圖8.3-1。外伸桁架布局外伸桁架以第二道伸臂桁架為例，桿件斷面見圖8.3-2

14、，桿件中震不屈服時(shí)的應(yīng)力比見圖8.3-3。在計(jì)算時(shí)取消加強(qiáng)層的剛性樓板假定，并且將樓板剛度折減為彈性狀態(tài)的0.2倍。伸臂桁架的弦桿按照壓彎或者拉彎構(gòu)件來設(shè)計(jì)。典型外伸桁架截面 典型外伸桁架應(yīng)力比典型環(huán)帶桁架截面 典型環(huán)帶桁架桿件應(yīng)力比一般樓層周邊鋼梁截面周邊鋼梁頂部斜柱和與其連接的鋼梁建筑頂部逐漸縮小，通過柱子傾斜來實(shí)現(xiàn)。與其連接的鋼梁除承受彎矩和剪力作用之外，還受到柱子傾斜在梁中產(chǎn)生的拉力。為此，一方面在使用ETABS進(jìn)行鋼梁設(shè)計(jì)時(shí)把其作為拉彎構(gòu)件來設(shè)計(jì)，另一方面再進(jìn)行手算復(fù)核。罕遇地震動(dòng)力彈塑性分析模型介紹分析過程罕遇地震彈塑性分析結(jié)果中震彈塑性模型分析結(jié)果 規(guī)范大震下結(jié)構(gòu)響應(yīng) 模型介紹分

15、析目的驗(yàn)證結(jié)構(gòu)是否滿足大震不倒要求檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)在中震下的損傷情況得到結(jié)構(gòu)在大震、中震下位移、位移角、剪重比等整體指標(biāo)研究剪力墻的塑性變形和損傷情況研究鋼梁的塑性變形和損傷情況研究鋼管混凝土柱的塑性變形和損傷情況研究加強(qiáng)桁架的塑性變形和損傷情況分析軟件 分析方法 動(dòng)力時(shí)程：直接將地震波輸入結(jié)構(gòu)進(jìn)行彈塑性時(shí)程分析幾何非線性：“P-” 效應(yīng)，非線性屈曲效應(yīng)，大變形效應(yīng)等都被精確考慮材料非線性：直接在材料應(yīng)力應(yīng)變本構(gòu)關(guān)系水平上進(jìn)行模擬，對(duì)圓鋼管混凝土構(gòu)件考慮了約束效應(yīng)對(duì)混凝土承載力的提高。顯式積分:可以準(zhǔn)確模擬結(jié)構(gòu)的破壞情況直至倒塌形態(tài)材料模型分析模型 梁、柱、支撐：一維塑性區(qū)纖維模型剪力墻和樓板采用二維

16、彈塑性殼元模型，可考慮多層分布鋼筋框架梁，柱配筋均根據(jù)SATWE計(jì)算配筋輸入模型；剪力墻約束邊緣構(gòu)件和構(gòu)造邊緣構(gòu)件配筋根據(jù)SATWE的邊緣構(gòu)件計(jì)算結(jié)果輸入模型；剪力墻水平分布筋和豎向分布筋根據(jù)規(guī)范構(gòu)造要求和SATWE計(jì)算結(jié)果，編制剪力墻分布筋配筋表輸入模型； 施工模擬結(jié)構(gòu)彈塑性時(shí)程分析之前，構(gòu)件并非處于零應(yīng)力狀態(tài)，靜荷載狀態(tài)已經(jīng)作用于結(jié)構(gòu)上。本工程由于結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，尚需進(jìn)行施工過程的計(jì)算。因此，施工過程計(jì)算的最終狀態(tài)應(yīng)作為彈塑性時(shí)程分析的初始狀態(tài)。ABAQUS提供了不同計(jì)算類型之間桿件內(nèi)力轉(zhuǎn)換方法。小震時(shí)程波與反應(yīng)譜的比較大震時(shí)程波與反應(yīng)譜的比較振型與周期 比較整體計(jì)算結(jié)果 層間位移性能評(píng)估

17、結(jié)構(gòu)的最終狀態(tài)仍然豎立不倒。結(jié)構(gòu)的最大層間位移角1/305，遠(yuǎn)小于規(guī)范限值1/100。底部剪力墻中鋼筋出現(xiàn)塑性，但主要存在于連梁中，最大塑性應(yīng)變?yōu)?.002，遠(yuǎn)小于FEMA規(guī)定的最大限值0.025；基底主要受力墻肢最大塑性應(yīng)變僅為4.5e-4。剪力墻鋼筋塑性發(fā)展剪力墻混凝土塑性發(fā)展剪力墻構(gòu)件混凝土：部分剪力墻連梁中混凝土出現(xiàn)抗拉和抗壓塑性損傷，而主要承重墻肢基本未出現(xiàn)損傷或損傷較輕。剪力墻受拉區(qū)分布 剪力墻受拉區(qū)分布鋼管混凝土柱和加強(qiáng)層鋼桁架、鋼梁鋼管混凝土構(gòu)件：鋼管本身未出現(xiàn)塑性應(yīng)變，始終保持彈性；管內(nèi)混凝土出現(xiàn)較小程度的受拉剛度退化，受壓剛度無退化。加強(qiáng)層鋼桁架：沒有出現(xiàn)塑性發(fā)展，彈性應(yīng)力

18、水平也較低。這主要是因?yàn)閮H進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算而沒有考慮構(gòu)件的穩(wěn)定所造成，考慮構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)以后，構(gòu)件的穩(wěn)定應(yīng)力水平將達(dá)到282.6 Mpa，接近鋼材屈服應(yīng)力。鋼梁：沒有出現(xiàn)塑性損傷。連梁連梁：除了前面剪力墻開洞形成的連梁發(fā)生損傷外，直接以梁?jiǎn)卧斎氲倪B梁也發(fā)生了受拉、受壓塑性損傷。大量連梁的損傷以及結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性后阻尼的作用，吸收了大量地震能，因此結(jié)構(gòu)地震作用減弱，最大剪重比5.9，保證了結(jié)構(gòu)在大震下的抗震性能。連梁塑性損傷中震與大震的比較中震計(jì)算了一組天然波T631 中震與大震的比較對(duì)比數(shù)據(jù)顯示，大震比中震的地震作用放大了1.447倍，而結(jié)構(gòu)的響應(yīng)放大倍數(shù)沒有達(dá)到1.447，地震反力的放大倍數(shù)在1.35倍左右，略低于1.447。原因在于大震下結(jié)構(gòu)整體剛度與中震相比有所退化，致使地震反應(yīng)有一定程度降低，但降低并不明顯。結(jié)合