南通某超高層結構設計與分析

1、<p>　　南通某超高層結構設計與分析</p><p>　　摘要：以實際工程為實例，對B級高度的超高層框架核心筒結構的設計過程進行概述，提供本工程的主要設計參數，并提出抗震性能設計目標，采用SATWE與MIDAS兩套軟件對比計算，供類似工程參考。 </p><p>　　關鍵詞：B級高度框架核心筒超限高層抗震性能設計 </p><p>　　中圖分類號： TU

2、352.1文獻標識碼： A </p><p><b>　　1. 工程簡介 </b></p><p>　　本項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、文化產業(yè)、超市及地下車庫。項目總建筑面積約24.15萬平方米（地上約18.85萬，地下約5.3萬）；2號樓超高層酒店地上單體總建筑

3、面積約5.6萬平方米，位于整體大地下室之上，抗震設防烈度為7度（南通為6度設防區(qū)域，因本工程為大型公建，故按7度設防）；抗震設防類別為標準設防類(丙類)；結構形式為框架核心筒結構；框架及核心筒抗震等級均為一級。 </p><p>　　2．超高層酒店結構基本形式 </p><p>　　本工程由裙房與塔樓構成，二者連為整體，無抗震縫。塔樓部分采用框架-核心筒結構，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。 </p><p>　　裙房部分較低，采用僅設置框架柱即可滿足計算要求。 </p><p>　　側向荷載：地震作用和風荷載由外框架和核心筒把作用力和荷載傳到基礎。 </p><p>　　裙房層平面：平面長x寬=100.6mx 30.0m。 </p><p>　　標準層平面：平面長

5、x寬=46.9mx 30.0m。 </p><p>　　核心筒長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向剛度相對較弱，如何加強Y向剛度為主要控制要點，針對這一不足，根據核心筒墻體的布置特點，采取了適當增加翼墻厚度，充分發(fā)揮組合墻體整體效應，提高核心筒在Y向的抗側剛度； </p><p>　　Y向邊榀框架不連通，對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； </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>　　上部塔樓質心與裙房底盤質心偏差約為11m，為底盤長度的11%<20%； </p><p><b>　　3．結構布置特點 </b></p><p>　　3

7、.1 底部平面尺度狹長： 2#底部商業(yè)單體長寬約為100mX30m，長方向超過規(guī)范限值較多，對單體長度超長的結構設計，需采取有效措施防止由于混凝土收縮和溫度應力造成的建筑物開裂；板面設置貫通溫度鋼筋，單層單向配筋率不小于0.15%，加強樓板防裂性能，施工期間在適當位置設置施工后澆帶，后澆帶內板鋼筋均按搭接處理，以釋放混凝土早期收縮應力，選擇合適的溫度條件封閉后澆帶，盡量減少溫度應力對正常使用的影響；適當加強受溫度應力影響較大的構件配筋。

8、 </p><p>　　3.2B級高層：酒店總高度約148.65m,采用現澆鋼筋混凝土框架-核心筒結構，根據《南通市建設工程抗震設防管理辦法》的相關規(guī)定，此結構單體應按七度標準抗震設防，按規(guī)范的相關規(guī)定，屬于B級高度的高層建筑；根據《超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點（建質〔2010〕109號）》的相關規(guī)定，屬需進行“超限高層抗震專項審查”的超限高層建筑。 </p><p>　　3.

9、3 立面收進變化大：底部商業(yè)大部分為三層，局部四層，收進尺度較大，但收進部分高度與房屋高度之比不大于0.2，不屬于結構豎向不規(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 局部開洞：酒店入口設置二層通高大堂，局部開洞，形成二根穿層柱，設計時應核對穿層柱的計算長度系數，柱配筋應滿足長度系數修正后計算結果。 </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，柱箍筋應按規(guī)范要求全高加密。 </p><p><b>　　4．結構設計分析 </b></p><p>　　4.1 計算程序及主要參數：主體結構采用由中國建筑科學研究院PKPMCAD工程部編制的《多層及高層建筑結構空間有限元分析與設計軟件SATWE》（2010版）進行整體分析，北京邁達斯技術有限公司開發(fā)

11、的《三維建筑結構分析與設計軟件MIDAS》（版本號：V2011）進行補充計算，其中小震反應譜計算采用SATWE和MIDAS，小震彈性時程計算采用SATWE。多遇地震下參數選取按規(guī)范參數與安評參數計算的基底剪力較大者采用，經比較安評參數基底剪力較大，故多遇地震動參數按安評采用。 </p><p>　　主要計算參數詳見下表： </p><p>　　4.2SATWE與MIDAS計算結果匯總： &

12、lt;/p><p>　　4.2.1 結構質量分布： </p><p>　　SATWE：結構總質量10.88萬噸，恒載9.97萬噸，活載0.91萬噸，平均每平方米恒載1.588噸，每平方米活載0.122噸。 </p><p>　　MIDAS：結構總質量10.88萬噸，恒載9.97萬噸，活載0.91萬噸，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 結構周期及位移指標： </p><p><b>　　周期指標： </b></p><p>　　4.3 小震彈性時程分析結果 </p><p>　　根據建筑抗震設計規(guī)范GB50011-2010第5.1.2條規(guī)定，本建筑為一般不規(guī)則高層結構，應進行彈性動力時程分析。計算分析時采用由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>　　時程法結構地震響應計算結果： </p><p>　　地震波時程特性與CQC對比結果： </p><p>　　結果表明，結構體系無明顯薄弱層，且每條時程曲線計算

15、得到的結構底部剪力均大于CQC法的65%，三組時程曲線計算得到的底部剪力平均值大于CQC法計算得到的底部剪力的80%，彈性時程分析結果滿足規(guī)范要求。 </p><p>　　5． 構件抗震設計性能目標 </p><p>　　針對不同結構部位的重要程度，設計采用了不同的抗震性能目標，如下： </p><p>　　6．結構超限設計及計算措施 </p><

16、;p>　　1）、地震參數選取按“安評參數”及“規(guī)范參數”計算后基底剪力大者取用。 </p><p>　　2）、嚴格按規(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，從而提高整個結構的變形能力。 </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。 </p><p>　　4）、底部加強區(qū)墻體中震受拉，鋼筋配置

17、按中震不屈服控制，鋼筋連接采用機械“A”級接頭予以加強。 </p><p>　　5）、穿層柱采用全高設置箍筋增強其延性設計，滿足中震彈性。 </p><p>　　6）、內隔墻采用輕質填充墻，盡量減輕結構的自重，減小地震作用。 </p><p>　　7）、對裙房層頂層樓板補充應力計算，并根據計算結果采取中震不屈服進行加強。 </p><p>　

18、　8）、對穿層柱的設計剪力和彎矩取值不小于該層其它柱的剪力和彎矩設計值。 </p><p>　　9）、對關鍵構件進行抗震性能化設計，滿足抗震性能目標要求。 </p><p>　　10）、采用PUSH對結構進行罕遇地震下的彈塑性靜力時程分析，以考察結構在罕遇地震下的抗震性能，對分析中發(fā)現的薄弱部位采取相應的加強措施，保證重要部位不屈服，并控制整體結構的塑性變形滿足規(guī)范1/100要求。 <

19、;/p><p><b>　　7．結語 </b></p><p>　　本文概述了對該B級高度塔樓結構體系的研究、線彈性分析、彈性時程分析及構件的驗算。各層面的分析結果表明目前的結構方案可以滿足本文中所制定的目標，各項性能指標均符合國家現行規(guī)范要求，該工程結構體系成立，是安全可行的。主要的分析結論如下： </p><p>　?。?）該結構整體位移指標為

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： </b></p><p>　　1.《南通市建設工程抗震設防管理辦法》（通政發(fā)〔2009〕39號） </p><p>　　2.《超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點》（建質[2010]109號） </p><p>　　3. 《混凝土結構設計規(guī)范》(GB 50010-2010) <