公寓式酒店塔樓的超限高層結構抗震分析及設計,建筑結構論文

公寓式酒店塔樓的超限高層結構抗震分析及設計,建筑結構論文遼寧省沈陽市某商業(yè)綜合體項目由超高層公寓式酒店、商務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，本文就華而不實的公寓式酒店塔樓的超限高層構造抗震分析及設計進行介紹。該塔樓總高度為175m，地上42層，設有3層地下室;采用框架-核心筒構造作為抗側力體系，并以地下室頂板作為嵌固端。公寓式酒店標準層層高為3.6m，其底部六層及避難層的層高均為5.2m。該塔樓的構造計算模型如此圖1所示。本工程位于七度抗震設防烈度區(qū)，建筑構造設計使用年限為50年，建筑構造安全等級為二級。抗震設防類別為丙類，地基基礎設計等級為甲級。2構造體系2.1上部構造公寓式酒店塔樓采用鋼筋混凝土框架-核心筒構造，平面布置為矩形，典型樓層平面長度、寬度分別為35.9m、30.9m，構造標準層的構件布置如此圖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)計算和構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，設置800mm200mm的暗梁予以加強。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、抗剪設計要求。本工程中選用梁板的混凝土等級為C30，柱墻的混凝土等級為C40～C60，所用型鋼的材質(zhì)均為Q345B。2.2地下室構造經(jīng)比擬分析，本工程的基礎采用樁筏基礎，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，且每層每個方向的配筋率不小于0.25%。地下室通過增設后澆帶、膨脹加強帶等措施，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。3構造超限判別根據(jù)(高層建筑混凝土構造技術規(guī)程〕(JGJ32018)和(超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術重點〕(建質(zhì)【2018】109號)的規(guī)定，公寓式酒店為超A級但不超B級高度的構造。參照文獻［1-3］的相關規(guī)定，本工程存在如下三項超出相關的限值。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)避難層構造的側移剛度比不知足規(guī)范要求，構造存在剛度突變。4構造抗震分析本工程抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度為0.10g，設計地震分組為第一組。場地類別為Ⅱ類，特征周期為Tg=0.36s。構造阻尼比取0.05。基本風壓荷載標準值w0=0.60kN/m2(按50年一遇風壓)，地面粗糙度為C類。構造整體分析主要采用SATWE、PMSAP和ETABS三種程序進行比照計算，根據(jù)三水準兩階段設計方式方法進行抗震分析及設計。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力彈塑性分析。4.1性能化設計目的本項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目，根據(jù)(抗規(guī)〕和(高規(guī)〕進行抗震性能化設計?？紤]到構造的重要性及超限程度，根據(jù)文獻［1-4］性能化設計的要求，對構造提出相應的性能目的，詳見表1。4.2小震作用分析構造小震作用計算采用考慮扭轉耦聯(lián)效應的振型分解法，計入雙向地震作用，并選用一組人工地震波和兩條天然地震波進行彈性動力時程補充計算。構造阻尼比取為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)時間均大于構造基本周期的5倍，并與知足規(guī)范要求的統(tǒng)計意義相符。小震彈性時程計算結果表示清楚，每條時程曲線計算所得構造底部剪力均大于振型分解反響譜法計算結果的65%，三條時程曲線計算所得構造底部剪力平均值大于振型分解反響譜法計算結果的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算結果看，振型分解反響譜法的計算結果曲線基本包絡了所用三條地震波的相應曲線，采用振型分解反響譜法所得結果作為構造設計根據(jù)是安全可靠的。小震作用計算結果表示清楚，避難層構造的側移剛度比不知足規(guī)范要求，構造存在剛度突變，薄弱層的剪力根據(jù)規(guī)范放大地震作用至1.25倍進行設計。構造第一扭轉周期與第一平動周期之比小于規(guī)范規(guī)定的0.85，三種程序計算的位移角均知足規(guī)范要求，表示清楚構造的剛度適宜，在小震作用下構造處于彈性狀態(tài)。在規(guī)定水平力的作用下，構造的位移比超出1.2的限值，表示清楚構造屬于扭轉不規(guī)則體系。構造的整體穩(wěn)定性驗算大于1.4但小于2.7，表示清楚整體構造體系是穩(wěn)定的，但需要考慮重力作用二階效應的不利影響。其余計算指標均知足規(guī)范要求，主要計算結果如表2、表3所示。4.3中震作用分析根據(jù)抗震性能化設計目的，分別進行構造構件中震不委屈服從及中震彈性的復核驗算，對構造體系中的關鍵部位和薄弱部位進行加強，使構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算結果表示清楚，構件中震作用下剪力和彎矩比小震作用下有一定的增大，構件截面總體上知足設計要求。除剪力墻、框架柱的配筋接近規(guī)范限制外，構造各層構件的配筋均符合規(guī)范要求，并知足構件性能目的要求，設計取中震作用和小震作用計算結果的最不利工況進行包絡設計。4.4大震作用分析為找出構造薄弱部位并控制整體構造的彈塑性變形，確保構造在罕遇地震作用下不發(fā)生倒塌，本工程采用PUSH程序對主體構造進行了大震作用下的彈塑性靜力分析。側推荷載采用彈性CQC地震力分布，側推荷載總量最大加載到構造總重量的100%。計算中不考慮樓板作用，樓板簡化為梁翼緣考慮對構造的承載力作用。構造沿X方向和Y方向的抗倒塌驗算結果如此圖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，構造的需求層間位移角為1/148，均小于規(guī)范對彈塑性層間位移角1/100的限值要求。根據(jù)彈塑性靜力分析逐步加載經(jīng)過動畫顯示，構造在約全高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。整體豎向構件具有一定的延性，彈塑性變形能得到控制，構造體系能夠實現(xiàn)構造在罕遇地震作用下大震不倒的設計要求。4.5超限項的設計措施1)對于扭轉不規(guī)則:計算中考慮雙向地震作用及偶爾偏心影響;適當提高核心筒角部、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)對于樓板局部不連續(xù):采用彈性板計算;加大局部板厚，提高其雙層雙向配筋率;進行小震及中震作用下樓板應力分析，控制不超過混凝土抗拉強度設計值及標準值。3)對于側向剛度比超限:計算時按薄弱層考慮，樓層內(nèi)力放大1.25倍，并進行構件性能化設計;該層及其上下層抗震等級提高一級，核心筒墻體設置約束邊緣構件;柱箍筋全層加密，軸壓比限值比規(guī)范要求降低0.05。4.6風載作用下舒適度驗算根據(jù)文獻［5］的規(guī)定，取10年一遇的風荷載值計算構造順風向、橫風向的頂點最大加速度max，華而不實加速度按文獻［5］附錄計算。計算結果表示清楚，順風向和橫風向構造頂點的計算最大加速度均不超過0.15m/S，知足相關規(guī)范的設計要求。5結束語本文介紹了沈陽某超限高層框架-核心筒構造抗震分析及設計，進行了多遇地震、設防地震及罕遇地震作用下的抗震性能分析，并對風荷載作用下構造的舒適度驗算進行了概述。設計中較好地解決了扭轉不規(guī)則、樓板局部不連續(xù)、豎向剛度突變等超限問題，到達了預定的性能目的，知足了三水準抗震設防要求，構造具有