超限高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例分析

1、. 超限高層建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)實(shí)例分析摘要：本文結(jié)合*超限高層建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)實(shí)例，對(duì)其根底和地下室構(gòu)造設(shè)計(jì)、上部構(gòu)造設(shè)計(jì)、構(gòu)造超限情況和采取的主要措施進(jìn)展了分析。關(guān)鍵詞：超限高層建筑 不規(guī)則建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)1 工程概況該工程地上6層建筑面積為21332m2，地下1層建筑面積為7843m2。采用鋼筋混凝土框架剪力墻構(gòu)造。構(gòu)造平面底部長(zhǎng)約150m收至頂層50m，寬約50m，構(gòu)造主體高度約32.25m，高寬比擬小。該建筑體形較長(zhǎng)，且平面較不規(guī)則，建筑上部存在長(zhǎng)懸臂和大跨度構(gòu)造，最大懸臂長(zhǎng)度為12.7m，最大跨度為33.6m，假設(shè)要通過設(shè)置抗震縫將建筑分割成規(guī)則的區(qū)塊，布置上較為困難。故本建筑主要通過加強(qiáng)抗側(cè)力構(gòu)

2、件的剛度，加強(qiáng)平面聯(lián)系，減小構(gòu)造的絕對(duì)和相對(duì)變形量，來保證構(gòu)造具有較好的抗震性能。2 根底和地下室構(gòu)造設(shè)計(jì)本工程0.000相當(dāng)于絕對(duì)標(biāo)高90.300m，室外地面相對(duì)標(biāo)高約0.5m。地下水設(shè)防水位相對(duì)標(biāo)高為2.5m。設(shè)一層地下室，局部地下室上方?jīng)]有上部構(gòu)造，上部構(gòu)造層數(shù)及荷載不均勻，存在一定差異，地基根底設(shè)計(jì)考慮了地基承載力、控制差異沉降和地下水浮力等因素。地下室主體構(gòu)造與下地下室的車道構(gòu)造上設(shè)縫斷開，通過變形縫連接。根據(jù)本工程的特點(diǎn)，主體構(gòu)造采用樁筏板根底，樁基采用高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁。為減小環(huán)境影響，采用靜壓法沉樁。局部框架柱下存在抗壓和抗浮兩種工況，其中，局部抗浮為不利工況，按抗浮要求布置抗拔樁

3、。樁采用500高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁，主要樁型有效樁長(zhǎng)14m，樁端進(jìn)入第層細(xì)砂層，單樁抗壓承載力特征值為1400kn，單樁抗拔承載力特征值400kn。突出在整體構(gòu)造外的下地下室的車道采用天然根底。地下室樁基承臺(tái)厚度主要為1400mm，除承臺(tái)外的底板厚度為550mm，地下室頂板厚度為250mm(地下室按人防要求設(shè)計(jì))。該建筑地下室的輪廓與地上下部樓層的輪廓根本一樣，地下室利用地下室建筑隔墻和外墻位置，較地上樓層增加布置較多的剪力墻肢，地下一層的側(cè)向剛度超過了底層的2倍，滿足以地下室頂板作為構(gòu)造底部嵌固端的條件，故上部構(gòu)造采用地下室頂板作為構(gòu)造底部嵌固端，柱、墻及頂板梁進(jìn)展加強(qiáng)處理，地下一層柱配筋取對(duì)應(yīng)上

4、一層柱側(cè)配筋的1.1倍，局部室外高差處通過加高梁截面、加強(qiáng)地下室頂板配筋來保證水平力的有效傳遞。3 上部構(gòu)造設(shè)計(jì)31 主要設(shè)計(jì)參數(shù)本工程構(gòu)造設(shè)計(jì)使用年限50年，構(gòu)造平安等級(jí)為二級(jí)，地基根底設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)。工程抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)根本地震加速度值為0.15g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場(chǎng)地類別為類，場(chǎng)地特征周期0.45s。按“建筑抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)“(gb502232008)，本建筑的抗震設(shè)防重要性類別為丙類。本工程體形較為復(fù)雜，根本風(fēng)壓按100年一遇的根本風(fēng)壓取為0.50kn/m2，地面粗糙度類別為c 類。32 構(gòu)造布置本工程為高度約32.25m的6層構(gòu)造層的高層辦公樓，在構(gòu)造體系的選擇上，一般

5、可供的選擇有混凝土框架構(gòu)造、混凝土框架剪力墻構(gòu)造、鋼框架混凝土剪力墻構(gòu)造和鋼框架構(gòu)造(帶支撐或不帶支撐)。本工程體形復(fù)雜，上部存在大跨度和長(zhǎng)懸臂構(gòu)造，該局部構(gòu)造宜采用鋼構(gòu)造，大跨度和長(zhǎng)懸臂構(gòu)造宜布置剪力墻作為可靠支座。該構(gòu)造局部樓層樓板缺失，造成凹凸和樓面開大洞情況，在這種情況下，為了防止豎向剛度突變，加強(qiáng)構(gòu)造抗側(cè)剛度，在進(jìn)展構(gòu)造布置時(shí)，需對(duì)上下貫穿的豎向構(gòu)造予以加強(qiáng)。整個(gè)構(gòu)造樓梯間平面位置均勻、豎向連續(xù)，宜利用樓梯間周邊布置剪力墻作為主抗側(cè)力構(gòu)件，一方面剪力墻平面布置均勻可使得各局部地震力主要由就近的剪力墻承當(dāng)，減小各剪力墻在地震作用下的位移差，另一方面也可減小地震作用下位移的絕對(duì)量，減小由

6、于樓板連接薄弱帶來的不利影響。假設(shè)整個(gè)構(gòu)造采用鋼框架混凝土剪力墻構(gòu)造，則造價(jià)較高，故本構(gòu)造采用混凝土梁框架剪力墻構(gòu)造體系作為抗側(cè)力體系，對(duì)于大跨度和長(zhǎng)懸臂構(gòu)造局部采用鋼構(gòu)造。圖1為軸構(gòu)造立面布置圖。為加強(qiáng)構(gòu)造剛度和便于與大跨度、長(zhǎng)懸臂鋼構(gòu)造連接處埋置型鋼梁，剪力墻厚取為500mm，剪力墻與鋼構(gòu)造連接處設(shè)置800mm800mm角柱，并埋置型鋼。33 構(gòu)造超限情況和采取的主要措施根據(jù)“超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn)“，該高層建筑規(guī)則性分析如下:(1) 扭轉(zhuǎn)不規(guī)則:計(jì)算中在地震作用下，局部樓層豎向構(gòu)件的最大水平位移和層間位移比大于該樓層平均值的1.2倍(最大為1.32) ，屬扭轉(zhuǎn)不規(guī)則。(

7、2) 局部樓層樓板不連續(xù):局部樓層樓板缺失，造成樓面開大洞情況，使有效樓板寬度與該層樓板典型寬度之比小于50%，但整個(gè)構(gòu)造的構(gòu)造主抗側(cè)力構(gòu)件剪力墻布置平面位置均勻、豎向連續(xù)。本建筑五層、六層構(gòu)造平面局部為室空間，局部為室外屋面，兩者存在高差，高差分別為1450mm和1250mm，大于600mm，為局部錯(cuò)層構(gòu)造，也是屬于樓板不連續(xù)的情況。( 3) 尺寸突變: 五層、六層縮進(jìn)大于下部構(gòu)造尺寸的25%。六層外挑大于10%和4m，構(gòu)造外挑長(zhǎng)度約為8.4m。但構(gòu)造的構(gòu)造主抗側(cè)力構(gòu)件剪力墻布置豎向連續(xù)，主抗側(cè)力構(gòu)件無外挑。(4) 承載力突變: 相鄰樓層受剪承載力變化大于80%，五層、六層抗剪承載力之比為0

8、.68。五層、六層作為主抗側(cè)力構(gòu)件的剪力墻，其抗剪承載力為保持連續(xù)，并無較大變化，因?yàn)轫攲釉黾硬贾瞄L(zhǎng)懸臂和大跨度的鋼構(gòu)造桁架，鋼桁架的桿件致其計(jì)算的頂層抗剪承載力增加較多，是抗剪承載力變化的一種特殊情況。因此，本工程為高度較低的a級(jí)高度高層建筑，包含平面不規(guī)則和豎向不規(guī)則，屬于特別不規(guī)則的超限高層構(gòu)造，按要求進(jìn)展了抗震設(shè)防專項(xiàng)審查。對(duì)于該超限高層建筑，主要采取了以下優(yōu)化布置和加強(qiáng)措施:(1) 構(gòu)造布置上盡量做到抗側(cè)力構(gòu)件分布均勻?qū)ΨQ，使構(gòu)造剛心和質(zhì)心盡量一致，并滿足剛度要求?，F(xiàn)偶然偏心工況下水平位移比最大為1.32，以扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期與以平動(dòng)為主的第一自振周期之比不大于0.66。(2)

9、針對(duì)該建筑局部樓層的樓板不連續(xù)的情況，對(duì)上下貫穿的豎向構(gòu)造予以加強(qiáng)，特別是加強(qiáng)布置作為主抗側(cè)力構(gòu)件的剪力墻，剪力墻上下貫穿，剪力墻核心筒承當(dāng)80%以上的傾覆彎矩和70%以上的樓層剪力，構(gòu)造豎向剛度無突變。針對(duì)樓板缺失、豎向構(gòu)件越層的情況，在構(gòu)造整體計(jì)算分析時(shí)建立彈性樓板模型，不考慮穿層處樓板對(duì)穿層柱、墻的約束，按真實(shí)情況建立柱、墻的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)和鄰近樓層構(gòu)造的相互關(guān)系。加強(qiáng)對(duì)樓板的應(yīng)力分析，并雙層雙向配筋，連接薄弱處單層配筋率不小于06%，以提高平面剛度。連接薄弱的樓板進(jìn)展中震分析，其滿足“中震彈性的要求，并根據(jù)分析結(jié)果對(duì)應(yīng)力較大部位(主要集中在洞口角部) 采取集中配置斜向鋼筋，根據(jù)大震下樓板

10、應(yīng)力計(jì)算，局部連接薄弱處通過進(jìn)一步適當(dāng)加厚和加強(qiáng)配筋，以保證大震下也不破壞。(3) 本構(gòu)造存在局部錯(cuò)層，通過加高梁截面(梁高涵蓋板錯(cuò)開的差)、柱箍筋全高加密等措施，保證水平力的有效傳遞，按照錯(cuò)層建立模型進(jìn)展計(jì)算，錯(cuò)層柱箍筋全高加密。(4) 本構(gòu)造五層、六層縮進(jìn)大于下部構(gòu)造尺寸的25%，構(gòu)造六層外挑大于10%和4m，雖然構(gòu)造主抗側(cè)力構(gòu)件剪力墻布置豎向連續(xù)，主抗側(cè)力構(gòu)件無外挑、無承載力突變，構(gòu)造沒有剛度突變，但六層由于布置鋼桁架，存在承載力突變的特殊情況，故采取加強(qiáng)措施，將除頂層外的各樓層強(qiáng)制指定為薄弱層進(jìn)展設(shè)計(jì)加強(qiáng)，地震剪力乘以1.15的增大系數(shù)，支撐頂部鋼構(gòu)造的構(gòu)造中部四個(gè)核心筒剪力墻滿足“中

11、震不屈服承載力要求。(5) 按“高層建筑混凝土構(gòu)造技術(shù)規(guī)程“(jgj32002)，設(shè)防烈度7 度(0.15g)，場(chǎng)地土類別為類，構(gòu)造的抗震構(gòu)造措施宜按8度采用?？紤]到本工程雖然總高度不高，且高寬比擬小(1)，但存在不規(guī)則情況，故本工程框架和剪力墻除了抗震構(gòu)造措施按照8度采用外，其力調(diào)整也按照8度采用，在構(gòu)造計(jì)算中將抗震等級(jí)在原7度根底上提高1 度采用，剪力墻抗震等級(jí)由二級(jí)提高到一級(jí)，框架抗震等級(jí)由三級(jí)提高到二級(jí)。嚴(yán)格控制豎向構(gòu)件軸壓比，剪力墻軸壓比不大于0.3，框架柱軸壓比不大于0.75，加強(qiáng)延性和抗剪承載力。(6) 根據(jù)建筑形體的需要，本建筑存在多處長(zhǎng)懸臂和大跨度構(gòu)造，此局部構(gòu)造結(jié)合建筑布置

12、采用鋼桁架的形式，計(jì)算上補(bǔ)充采用etabs程序進(jìn)展細(xì)局部析，考慮豎向地震作用，鋼構(gòu)造主要受力構(gòu)件應(yīng)力比一般控制在0.85以，嚴(yán)格按規(guī)要求控制變形。長(zhǎng)懸臂和大跨度鋼桁架等主要構(gòu)件滿足“中震不屈服承載力要求，長(zhǎng)懸臂和大跨度鋼桁架與核心筒剪力墻的連接節(jié)點(diǎn)滿足“中震彈性承載力要求。(7) 計(jì)算方面，主要采用etabs進(jìn)展分析。分析時(shí)采用cqc振型效應(yīng)組合方式，考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)效應(yīng)，同時(shí)考慮偶然偏心的影響。另外，在振型分解反響譜法計(jì)算的根底上進(jìn)展了彈性時(shí)程分析，就計(jì)算所得構(gòu)造薄弱部位進(jìn)展加強(qiáng)。用push程序進(jìn)展了靜力彈塑性分析，結(jié)果滿足規(guī)要求，且大震下位移角小于規(guī)限值較多(約1/386)，構(gòu)造具有較好的抗震

13、性能。考慮到構(gòu)造局部存在鋼構(gòu)造，分別按照0.05和0.04的阻尼比進(jìn)展構(gòu)造計(jì)算，根據(jù)0.04阻尼比的計(jì)算結(jié)果對(duì)構(gòu)件設(shè)計(jì)進(jìn)展一定的加強(qiáng)。3.4 主要計(jì)算結(jié)果3.4.1 振型分解反響譜法1) satwe 和pmsap計(jì)算結(jié)果采用cqc 振型效應(yīng)組合方式，考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)效應(yīng)，同時(shí)考慮偶然偏心的影響。多遇地震和風(fēng)荷載作用下的計(jì)算結(jié)果顯示是兩種計(jì)算程序的結(jié)果根本規(guī)律一致，相互較符合，且符合規(guī)的有關(guān)規(guī)定。2) etabs計(jì)算結(jié)果為考察大臺(tái)階和錯(cuò)層對(duì)構(gòu)造整體計(jì)算結(jié)果的影響，采用etabs建立兩個(gè)比照模型進(jìn)展比照計(jì)算: 模型ea按照構(gòu)造真實(shí)情況，建立大臺(tái)階斜梁和錯(cuò)層實(shí)際標(biāo)高; 模型eb將大臺(tái)階和錯(cuò)層歸并至相近樓

14、層。通過計(jì)算結(jié)果顯示，由于兩個(gè)模型作為主抗側(cè)力構(gòu)件的剪力墻布置一致，承當(dāng)了絕大局部的傾覆彎矩和基底剪力，兩個(gè)eatbs模型的計(jì)算結(jié)果根本一致，與上述satwe 和pmsap 的計(jì)算結(jié)果也根本一致，且符合規(guī)有關(guān)規(guī)定。雖然如前所述，兩個(gè)模型整體信息計(jì)算結(jié)果根本一致，但由于大臺(tái)階和錯(cuò)層的存在，對(duì)大臺(tái)階處及鄰近一跨局部構(gòu)件的力影響較大，施工圖設(shè)計(jì)時(shí)將兩個(gè)模型比照，按照包絡(luò)進(jìn)展設(shè)計(jì)圖23.4.2 彈性時(shí)程分析在振型分解反響譜法計(jì)算的根底上進(jìn)展了彈性時(shí)程分析。彈性時(shí)程分析選用一條安評(píng)報(bào)告提供的人工地震波rh1ap和類場(chǎng)地上的實(shí)測(cè)地震波th1tg045波，th2tg045波。規(guī)要求設(shè)防烈度7度( 0.15g

15、)時(shí)，多遇地震時(shí)程分析采用加速度時(shí)程曲線的最大值為55cm/s2。時(shí)程分析法中步長(zhǎng)取0.02s，阻尼比0.05。構(gòu)造位移根本連續(xù)，結(jié)果滿足單條地震波計(jì)算的構(gòu)造底部剪力不小于振型分解反響譜法計(jì)算值65%，以及多條時(shí)程曲線計(jì)算的構(gòu)造底部剪力平均值不小于振型分解反響譜法計(jì)算值80%的規(guī)定?？傮w而言，時(shí)程分析計(jì)算結(jié)果與反響譜法計(jì)算結(jié)果根本吻合，滿足規(guī)有關(guān)規(guī)定。3.4.3 靜力彈塑性分析用靜力彈塑性分析push驗(yàn)算了在罕遇地震作用下的樓層位移。側(cè)推荷載類型為倒三角形，基底剪力與總重量的比值為1。經(jīng)過計(jì)算分析，其罕遇地震下的層間位移角*向?yàn)?/386，y向?yàn)?/579，均小于框架核心筒構(gòu)造的限值1/100

16、，滿足規(guī)的有關(guān)要求，且數(shù)值均較小。在構(gòu)造設(shè)計(jì)時(shí)，針對(duì)計(jì)算反響的構(gòu)造薄弱部位進(jìn)展加強(qiáng)。35 主要節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)3.5.1 鋼桁架與混凝土剪力墻連接節(jié)點(diǎn)按本工程的抗震性能目標(biāo)，長(zhǎng)懸臂和大跨度鋼桁架與核心筒剪力墻的連接節(jié)點(diǎn)滿足“中震彈性承載力要求，按此要求提取支座反力進(jìn)展設(shè)計(jì)。對(duì)于受拉力較大的桁架上弦節(jié)點(diǎn)，剪力墻在上弦平面通長(zhǎng)埋置型鋼與上弦節(jié)點(diǎn)相連。352 剪力墻角部埋置鋼骨與鋼筋混凝土梁連接節(jié)點(diǎn)剪力墻角部埋置鋼骨與鋼筋混凝土梁連接節(jié)點(diǎn)，本工程采用的形式為梁中局部主筋從柱翼緣側(cè)邊通過，在柱鋼骨腹板中開孔貫穿，局部主筋直接和焊接在鋼骨柱上的連接套筒連接，在套筒水平位置處，在柱鋼骨設(shè)置加勁肋。連接套筒與鋼骨柱的焊接要求在工廠完成。該連接方式的優(yōu)點(diǎn)在于焊接在工廠完成，現(xiàn)場(chǎng)只