招商酒店抗震設(shè)計(jì)

摘 要:本文主要內(nèi)容為招商五星級(jí)酒店超限高層的設(shè)計(jì)思路，文中描述了該工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，多手段計(jì)算分析對(duì)比并對(duì)關(guān)鍵部位進(jìn)行應(yīng)力分析，對(duì)結(jié)構(gòu)薄弱處相應(yīng)加強(qiáng)，可為類似工程提供參考。

關(guān)鍵詞:超限高層建筑抗震設(shè)防目標(biāo)斜柱轉(zhuǎn)換性能化抗震設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào):TU973文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2011)09(a)-0039-03

1 工程概況

本項(xiàng)目建設(shè)用地位于深圳市南山區(qū)蛇口海上世界。海上世界背山面海，是深圳西部集商業(yè)服務(wù)、休閑娛樂、服務(wù)式公寓和居住生活于一體的，具有山海風(fēng)情的濱海公共中心，是深圳市15公里濱海休閑帶的起點(diǎn)和精華。本項(xiàng)目包括一座14層、結(jié)構(gòu)高度58.3米高的塔樓及2層高的裙房組成;首層以上塔樓帶部分裙房，與宴會(huì)廳之間采用防震縫分開，形成各自獨(dú)立的抗震單元。

本項(xiàng)目用地基本由填海而成，總用地面積為23654.21m2，項(xiàng)目總建筑面積為56920m2。本文主要介紹酒店塔樓超限抗震設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容。

2 結(jié)構(gòu)選型與布置

本工程結(jié)構(gòu)高度58.3m，為A級(jí)高度高層建筑。結(jié)構(gòu)體系采用鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，剪力墻由3個(gè)端部樓梯側(cè)壁和中部電梯側(cè)壁剪力墻組成。結(jié)構(gòu)塔樓平面為Y型，3個(gè)端部均有斜柱從3層夾層和4層樓面分叉斜向向上，直通結(jié)構(gòu)主屋面。斜柱沿傾斜方向結(jié)合加強(qiáng)截面和配筋的樓面梁組成穩(wěn)定的3角形受力單元。因3~4層間設(shè)置設(shè)備轉(zhuǎn)換層，設(shè)備夾層把原3~4層高6.7米分隔為4.5米和2.2米，造成側(cè)向剛度突變，不滿足下層剛度大于上層剛度70%的規(guī)定，形成薄弱層。主樓效果圖如圖1。

由于特征標(biāo)準(zhǔn)層Y型的平面特征，長短向尺寸相差較大，同時(shí)端部存在較大受荷面積的斜柱轉(zhuǎn)換，無法滿足樓面剛性板平面假定的要求;本棟樓計(jì)算采用3個(gè)端部和Y型交合處分塊彈性板6假定的方法進(jìn)行分析計(jì)算。

3 場地情況及地震動(dòng)參數(shù)設(shè)置

本場地所處區(qū)域抗震設(shè)防烈度7度，設(shè)計(jì)地震基本加速度值0.10g，場地內(nèi)分布有淤泥軟弱土和可液化礫砂層。場地土類別為中軟土，建筑場地類別為Ⅱ類，在勘探深度內(nèi)未發(fā)現(xiàn)構(gòu)造和其他不良地質(zhì)現(xiàn)象;由于場地分布有淤泥，地震動(dòng)時(shí)可能發(fā)生震陷，并且存在可液化礫砂層，該場地為對(duì)建筑抗震不利地段。

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》及場地安評(píng)報(bào)告，本工程地震作用如下:抗震設(shè)防烈度:7度;設(shè)計(jì)基本地震加速度:0.1g;設(shè)計(jì)地震分組:第一組;建筑場地類別:II類;場地卓越周期(s):0.33最大水平地震影響系數(shù)αmax:小震0.08，中震0.267，大震0.501.

4 結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算與分析

4.1 結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算

基本計(jì)算內(nèi)容:

(1)整體結(jié)構(gòu)小震彈性分析，采用SATWE及GSSAP進(jìn)行對(duì)比計(jì)算，保證整體結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)指標(biāo)滿足規(guī)范要求，目的在于確定構(gòu)件尺寸，保證整體結(jié)構(gòu)的變形滿足國家現(xiàn)行規(guī)范的要求;(2)基于抗震性能目標(biāo)的中震、大震分析;(3)整體結(jié)構(gòu)的彈性時(shí)程分析，與CQC法分析結(jié)果作比較，以確保CQC結(jié)構(gòu)分析的可靠性，保證結(jié)構(gòu)受力安全可靠;(4)整體結(jié)構(gòu)的靜力彈塑性推覆(push－over)分析，分析結(jié)構(gòu)破損過程中，結(jié)構(gòu)的變形能力，驗(yàn)證大震下的結(jié)構(gòu)安全性能;(5)運(yùn)用ABAQUS軟件對(duì)斜柱部分進(jìn)行應(yīng)力分析，考察該部位應(yīng)力分布狀態(tài)，指導(dǎo)后續(xù)構(gòu)件及節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì);(6)提取跨層柱中震彈性情況下內(nèi)力，與鋼管柱Nu-Mu曲線對(duì)比，確保跨層柱在安全合理范圍內(nèi)。

4.2 計(jì)算結(jié)果與分析

(1)小震彈性計(jì)算如表1

(2)大震下靜力彈塑性(pushover)分析結(jié)果如圖2、圖3

①罕遇地震作用下，在性能點(diǎn)處，各方向最大層間彈塑性位移角均小于框架-剪力墻結(jié)構(gòu)層間彈塑性位移角限值1/100;符合《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第4.6.5條的規(guī)定，建筑物可實(shí)現(xiàn)“大震不倒”的抗震設(shè)防目標(biāo)。

②X向推覆時(shí)，隨著側(cè)向位移的加大，塑性鉸主要在3個(gè)樓梯井壁和中間電梯井壁處抗震墻連梁處出現(xiàn)，并隨著豎向和橫向拉-壓出現(xiàn)破壞，塑性鉸逐漸轉(zhuǎn)移到與之相連的剪力墻上。在性能點(diǎn)處時(shí)墻體的損傷主要是出現(xiàn)在首層、2層以及9層以上的3個(gè)樓梯井壁抗震墻位置，此部分墻體逐步退出工作，局部出現(xiàn)較為嚴(yán)重的剪切屈服，但結(jié)構(gòu)整體仍能保持一定的承載能力。

③Y向推覆時(shí)，隨著側(cè)向位移的加大，塑性鉸主要在3個(gè)樓梯井壁和中間電梯井壁處抗震墻連梁處出現(xiàn)，并隨著豎向和橫向拉-壓出現(xiàn)破壞，塑性鉸逐漸轉(zhuǎn)移到與之相連的剪力墻上。在性能點(diǎn)處時(shí)墻體的損傷主要是出現(xiàn)在Y型一個(gè)端部樓梯剪力墻處，在首層～4層以及10層的抗震墻，此部分墻體逐步退出工作，局部出現(xiàn)較為嚴(yán)重的剪切屈服，但結(jié)構(gòu)整體仍能保持一定的承載能力。

④性能點(diǎn)處X向頂點(diǎn)位移是Y向的1.8倍左右，此結(jié)果不但與此棟結(jié)構(gòu)Y型體型本身有關(guān)，從與小震彈性的結(jié)果可知X向剛度退化比Y向大得多;原因是集中在X向布置的連梁大部分出現(xiàn)了剛度退化以及9層以上墻體部分出現(xiàn)剪切屈服而引起的，施工圖進(jìn)一步加強(qiáng)這一側(cè)的墻體。

⑤由性能點(diǎn)處塑性鉸圖和層間位移角圖可知，結(jié)構(gòu)薄弱部位是底部樓梯井壁剪力墻和中部以上的樓梯井壁墻體，應(yīng)對(duì)此兩處薄弱部位進(jìn)行加強(qiáng)，詳見加強(qiáng)措施。

5 結(jié)構(gòu)超限的抗震加強(qiáng)措施

5.1 底部墻體加強(qiáng)

(1)在罕遇地震作用下，首層部分墻肢出現(xiàn)拉力，因此加強(qiáng)底部加強(qiáng)區(qū)抗震墻的豎向配筋，以減小罕遇地震作用下剪力墻的損傷，防止出現(xiàn)豎向拉壞，保證好整個(gè)結(jié)構(gòu)上下受力的正常傳遞。

(2)因3層夾層(設(shè)備轉(zhuǎn)換層)層高突變?cè)斐蓚?cè)向剛度突變，在加厚加強(qiáng)下部墻體的基礎(chǔ)上，提高4層以下墻柱的抗震等級(jí)為一級(jí)，并將參照push-Over的結(jié)果，對(duì)性能點(diǎn)位置處的結(jié)構(gòu)薄弱部位作進(jìn)一步加強(qiáng)，加大水平和豎向鋼筋，并在剪力墻內(nèi)加型鋼增強(qiáng)薄弱處抗震墻的延性。

5.2 跨層柱分析

因塔樓2，3層樓面因建筑布置的需要，局部柱在雙方向無水平構(gòu)件進(jìn)行拉結(jié)，形成跨層柱。因此，考慮將此范圍內(nèi)的柱子按照大震下不屈服進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)在中震下保持彈性。在保持中震彈性條件下，控制軸力軸力為-10003kN，而大震“不屈服”條件下的控制軸力為-9542kN。因此，設(shè)計(jì)由中震彈性條件控制。

由圖4中N-M曲線可以看出，裙房跨層柱中震下承載能力有較大富裕。

5.3 樓板應(yīng)力分析

采用GSSAP進(jìn)行彈性樓板應(yīng)力分析，計(jì)算結(jié)果顯示各工況下主應(yīng)力與剪切應(yīng)力均較小，只有在樓板開洞邊角和與剪力墻角交接的地方出現(xiàn)的應(yīng)力較大，是平面配筋需要加強(qiáng)的部位。計(jì)算結(jié)果表明，各方向地震工況下所示樓板因不規(guī)則剖分造成應(yīng)力集中形成假點(diǎn)，其他地方應(yīng)力不大，最大主應(yīng)力不超過2.0MPa，施工設(shè)計(jì)中根據(jù)平面應(yīng)力分析結(jié)果進(jìn)行合理加強(qiáng)。

5.4 鋼管柱斜柱節(jié)點(diǎn)分析分

本棟Y型3個(gè)端部，從4從樓面分叉斜向直通樓面。根據(jù)斜柱力學(xué)受力特點(diǎn)，4～6層水平構(gòu)件會(huì)產(chǎn)生較大的水平拉力，而且斜柱轉(zhuǎn)換位置有較大的軸向力和附加彎矩，采用ABAQUS對(duì)鋼管柱斜柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析。分析中鋼管采用殼單元建立，厚度為20mm，混凝土部分由實(shí)體單元建立。

為了驗(yàn)證斜柱的抗震性能目標(biāo)是否能達(dá)到，我們采用中震彈性計(jì)算下的梁柱內(nèi)力對(duì)模型進(jìn)行加載，組合為:(1.2恒載+0.6活載+1.3X向中震)，由PKPM讀取各斜柱上的軸力作為荷載輸入。

圖5，圖6為斜柱部分模型有限元分析MISES應(yīng)力云圖。

從應(yīng)力云圖可知，鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力最大值為103.8MPa，小于Q345的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f=295MPa，鋼管柱內(nèi)混凝土部分最大應(yīng)力為26.95MPa，小于C55的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fck=35.5MPa。

6 結(jié)語

本工程為A級(jí)超限高層建筑，平面具有明顯的凹凸不規(guī)則性，3個(gè)端部采用斜置的鋼管柱從4層樓面分叉直通屋面，而且由于設(shè)備轉(zhuǎn)換層的設(shè)置帶來層高不均勻變化而引起的側(cè)向剛度不規(guī)則。通過對(duì)整體結(jié)構(gòu)的體系和布置進(jìn)行分析并優(yōu)化，對(duì)重要構(gòu)件作適當(dāng)?shù)募訌?qiáng)以及在構(gòu)造措施方面采用了相應(yīng)的處理，使其具有良好的抗震性能。

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