南通某超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析

1、<p>　　南通某超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析</p><p>　　摘要：以實(shí)際工程為實(shí)例，對(duì)B級(jí)高度的超高層框架核心筒結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行概述，提供本工程的主要設(shè)計(jì)參數(shù)，并提出抗震性能設(shè)計(jì)目標(biāo)，采用SATWE與MIDAS兩套軟件對(duì)比計(jì)算，供類似工程參考。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：B級(jí)高度框架核心筒超限高層抗震性能設(shè)計(jì) </p><p>　　中圖分類號(hào)： TU

2、352.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p><p><b>　　1. 工程簡(jiǎn)介 </b></p><p>　　本項(xiàng)目位于江蘇省南通市新城區(qū)核心位置，毗鄰中央CBD中南世紀(jì)城，地上建筑共分為6棟樓（1#~6#），包括綜合商業(yè)、超高層酒店、高層商辦、文化產(chǎn)業(yè)、超市及地下車庫(kù)。項(xiàng)目總建筑面積約24.15萬(wàn)平方米（地上約18.85萬(wàn)，地下約5.3萬(wàn)）；2號(hào)樓超高層酒店地上單體總建筑

3、面積約5.6萬(wàn)平方米，位于整體大地下室之上，抗震設(shè)防烈度為7度（南通為6度設(shè)防區(qū)域，因本工程為大型公建，故按7度設(shè)防）；抗震設(shè)防類別為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類(丙類)；結(jié)構(gòu)形式為框架核心筒結(jié)構(gòu)；框架及核心筒抗震等級(jí)均為一級(jí)。 </p><p>　　2．超高層酒店結(jié)構(gòu)基本形式 </p><p>　　本工程由裙房與塔樓構(gòu)成，二者連為整體，無(wú)抗震縫。塔樓部分采用框架-核心筒結(jié)構(gòu)，重力荷載主要由鋼筋混凝土樓蓋傳

4、到核心筒以及周邊的框架上，然后由核心筒、框架把重力荷載傳到基礎(chǔ)。 </p><p>　　裙房部分較低，采用僅設(shè)置框架柱即可滿足計(jì)算要求。 </p><p>　　側(cè)向荷載：地震作用和風(fēng)荷載由外框架和核心筒把作用力和荷載傳到基礎(chǔ)。 </p><p>　　裙房層平面：平面長(zhǎng)x寬=100.6mx 30.0m。 </p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)層平面：平面長(zhǎng)

5、x寬=46.9mx 30.0m。 </p><p>　　核心筒長(zhǎng)20.6m，寬9.6米，核心筒的總高與寬度的比值為148.6/9.6=15.5；Y向剛度相對(duì)較弱，如何加強(qiáng)Y向剛度為主要控制要點(diǎn)，針對(duì)這一不足，根據(jù)核心筒墻體的布置特點(diǎn)，采取了適當(dāng)增加翼墻厚度，充分發(fā)揮組合墻體整體效應(yīng)，提高核心筒在Y向的抗側(cè)剛度； </p><p>　　Y向邊榀框架不連通，對(duì)Y向位移控制不利；框架柱的截面變化

6、盡量有利于Y向位移控制，X向收進(jìn)； </p><p>　　裙房高度主屋面高度15.7m，為塔樓高度的0.106<0.2，滿足規(guī)范要求； </p><p>　　上部塔樓質(zhì)心與裙房底盤質(zhì)心偏差約為11m，為底盤長(zhǎng)度的11%<20%； </p><p><b>　　3．結(jié)構(gòu)布置特點(diǎn) </b></p><p>　　3

7、.1 底部平面尺度狹長(zhǎng)： 2#底部商業(yè)單體長(zhǎng)寬約為100mX30m，長(zhǎng)方向超過(guò)規(guī)范限值較多，對(duì)單體長(zhǎng)度超長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需采取有效措施防止由于混凝土收縮和溫度應(yīng)力造成的建筑物開(kāi)裂；板面設(shè)置貫通溫度鋼筋，單層單向配筋率不小于0.15%，加強(qiáng)樓板防裂性能，施工期間在適當(dāng)位置設(shè)置施工后澆帶，后澆帶內(nèi)板鋼筋均按搭接處理，以釋放混凝土早期收縮應(yīng)力，選擇合適的溫度條件封閉后澆帶，盡量減少溫度應(yīng)力對(duì)正常使用的影響；適當(dāng)加強(qiáng)受溫度應(yīng)力影響較大的構(gòu)件配筋。

8、 </p><p>　　3.2B級(jí)高層：酒店總高度約148.65m,采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架-核心筒結(jié)構(gòu)，根據(jù)《南通市建設(shè)工程抗震設(shè)防管理辦法》的相關(guān)規(guī)定，此結(jié)構(gòu)單體應(yīng)按七度標(biāo)準(zhǔn)抗震設(shè)防，按規(guī)范的相關(guān)規(guī)定，屬于B級(jí)高度的高層建筑；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)（建質(zhì)〔2010〕109號(hào)）》的相關(guān)規(guī)定，屬需進(jìn)行“超限高層抗震專項(xiàng)審查”的超限高層建筑。 </p><p>　　3.

9、3 立面收進(jìn)變化大：底部商業(yè)大部分為三層，局部四層，收進(jìn)尺度較大，但收進(jìn)部分高度與房屋高度之比不大于0.2，不屬于結(jié)構(gòu)豎向不規(guī)則；大底盤的偏心率不大于15%，不屬于豎向不規(guī)則范圍。 </p><p>　　3.4 局部開(kāi)洞：酒店入口設(shè)置二層通高大堂，局部開(kāi)洞，形成二根穿層柱，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)核對(duì)穿層柱的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)，柱配筋應(yīng)滿足長(zhǎng)度系數(shù)修正后計(jì)算結(jié)果。 </p><p>　　3.5 大量短柱：建筑總

10、高度較高，單柱荷載較大，大量框架柱的柱凈高與截面高度之比不大于4，柱箍筋應(yīng)按規(guī)范要求全高加密。 </p><p><b>　　4．結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析 </b></p><p>　　4.1 計(jì)算程序及主要參數(shù)：主體結(jié)構(gòu)采用由中國(guó)建筑科學(xué)研究院PKPMCAD工程部編制的《多層及高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析與設(shè)計(jì)軟件SATWE》（2010版）進(jìn)行整體分析，北京邁達(dá)斯技術(shù)有限公司開(kāi)發(fā)

11、的《三維建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)軟件MIDAS》（版本號(hào)：V2011）進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算，其中小震反應(yīng)譜計(jì)算采用SATWE和MIDAS，小震彈性時(shí)程計(jì)算采用SATWE。多遇地震下參數(shù)選取按規(guī)范參數(shù)與安評(píng)參數(shù)計(jì)算的基底剪力較大者采用，經(jīng)比較安評(píng)參數(shù)基底剪力較大，故多遇地震動(dòng)參數(shù)按安評(píng)采用。 </p><p>　　主要計(jì)算參數(shù)詳見(jiàn)下表： </p><p>　　4.2SATWE與MIDAS計(jì)算結(jié)果匯總： &

12、lt;/p><p>　　4.2.1 結(jié)構(gòu)質(zhì)量分布： </p><p>　　SATWE：結(jié)構(gòu)總質(zhì)量10.88萬(wàn)噸，恒載9.97萬(wàn)噸，活載0.91萬(wàn)噸，平均每平方米恒載1.588噸，每平方米活載0.122噸。 </p><p>　　MIDAS：結(jié)構(gòu)總質(zhì)量10.88萬(wàn)噸，恒載9.97萬(wàn)噸，活載0.91萬(wàn)噸，平均每平方米恒載1.588噸，每平方米活載0.122噸。 </p

13、><p>　　4.2.2 結(jié)構(gòu)周期及位移指標(biāo)： </p><p><b>　　周期指標(biāo)： </b></p><p>　　4.3 小震彈性時(shí)程分析結(jié)果 </p><p>　　根據(jù)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范GB50011-2010第5.1.2條規(guī)定，本建筑為一般不規(guī)則高層結(jié)構(gòu)，應(yīng)進(jìn)行彈性動(dòng)力時(shí)程分析。計(jì)算分析時(shí)采用由PKPM提供的2條天然

14、波和1條人工波，分別為RH3TG055（人工波），TH3TG055（天然波），TH4TG055（天然波），三條地震波均包括X，Y兩個(gè)方向的輸入分量，主次方向峰值加速度比值為1：0.85。 </p><p>　　時(shí)程法結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)計(jì)算結(jié)果： </p><p>　　地震波時(shí)程特性與CQC對(duì)比結(jié)果： </p><p>　　結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)體系無(wú)明顯薄弱層，且每條時(shí)程曲線計(jì)算

15、得到的結(jié)構(gòu)底部剪力均大于CQC法的65%，三組時(shí)程曲線計(jì)算得到的底部剪力平均值大于CQC法計(jì)算得到的底部剪力的80%，彈性時(shí)程分析結(jié)果滿足規(guī)范要求。 </p><p>　　5． 構(gòu)件抗震設(shè)計(jì)性能目標(biāo) </p><p>　　針對(duì)不同結(jié)構(gòu)部位的重要程度，設(shè)計(jì)采用了不同的抗震性能目標(biāo)，如下： </p><p>　　6．結(jié)構(gòu)超限設(shè)計(jì)及計(jì)算措施 </p><

16、;p>　　1）、地震參數(shù)選取按“安評(píng)參數(shù)”及“規(guī)范參數(shù)”計(jì)算后基底剪力大者取用。 </p><p>　　2）、嚴(yán)格按規(guī)范要求控制剪力墻、框架柱的軸壓比（剪壓比），保證剪力墻、框架柱的延性，從而提高整個(gè)結(jié)構(gòu)的變形能力。 </p><p>　　3）、裙房屋面層樓板按規(guī)范要求加厚，并采用雙層雙向配筋加強(qiáng)。 </p><p>　　4）、底部加強(qiáng)區(qū)墻體中震受拉，鋼筋配置

17、按中震不屈服控制，鋼筋連接采用機(jī)械“A”級(jí)接頭予以加強(qiáng)。 </p><p>　　5）、穿層柱采用全高設(shè)置箍筋增強(qiáng)其延性設(shè)計(jì)，滿足中震彈性。 </p><p>　　6）、內(nèi)隔墻采用輕質(zhì)填充墻，盡量減輕結(jié)構(gòu)的自重，減小地震作用。 </p><p>　　7）、對(duì)裙房層頂層樓板補(bǔ)充應(yīng)力計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果采取中震不屈服進(jìn)行加強(qiáng)。 </p><p>　

18、　8）、對(duì)穿層柱的設(shè)計(jì)剪力和彎矩取值不小于該層其它柱的剪力和彎矩設(shè)計(jì)值。 </p><p>　　9）、對(duì)關(guān)鍵構(gòu)件進(jìn)行抗震性能化設(shè)計(jì)，滿足抗震性能目標(biāo)要求。 </p><p>　　10）、采用PUSH對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行罕遇地震下的彈塑性靜力時(shí)程分析，以考察結(jié)構(gòu)在罕遇地震下的抗震性能，對(duì)分析中發(fā)現(xiàn)的薄弱部位采取相應(yīng)的加強(qiáng)措施，保證重要部位不屈服，并控制整體結(jié)構(gòu)的塑性變形滿足規(guī)范1/100要求。 <

19、;/p><p><b>　　7．結(jié)語(yǔ) </b></p><p>　　本文概述了對(duì)該B級(jí)高度塔樓結(jié)構(gòu)體系的研究、線彈性分析、彈性時(shí)程分析及構(gòu)件的驗(yàn)算。各層面的分析結(jié)果表明目前的結(jié)構(gòu)方案可以滿足本文中所制定的目標(biāo)，各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合國(guó)家現(xiàn)行規(guī)范要求，該工程結(jié)構(gòu)體系成立，是安全可行的。主要的分析結(jié)論如下： </p><p>　　（1）該結(jié)構(gòu)整體位移指標(biāo)為

20、地震荷載控制，小震作用下的最大層間位移角為1/902，風(fēng)荷載下的最大層間位移角為1/1412，均滿足規(guī)范小于1/800的要求；大震作用下最大彈塑形層間位移角為1/228，滿足規(guī)范小于1/100的要求。 </p><p>　　（2）筒體剪力墻滿足中震抗剪彈性、中震抗彎不屈服及大震作用下截面限制的要求。 </p><p>　?。?）躍層的框架柱滿足中震抗剪彈性、中震抗彎不屈服的要求。 <

21、/p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　1.《南通市建設(shè)工程抗震設(shè)防管理辦法》（通政發(fā)〔2009〕39號(hào)） </p><p>　　2.《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn)》（建質(zhì)[2010]109號(hào)） </p><p>　　3. 《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50010-2010) <