大連天地軟件園E-3地塊T1號(hào)樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

李 軍 孫曉剛 胡玉海

(大連市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧 大連 116021)

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大連天地軟件園E-3地塊T1號(hào)樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

李 軍 孫曉剛 胡玉海

(大連市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧 大連 116021)

以大連天地軟件園E-3地塊T1號(hào)樓工程為例，介紹了該建筑的結(jié)構(gòu)體系與設(shè)計(jì)參數(shù)，并判斷了其超限情況，進(jìn)行了小震、中震及大震彈塑性分析，最后針對(duì)該項(xiàng)目的特點(diǎn)提出了結(jié)構(gòu)加強(qiáng)措施。

超高層，抗震性能，結(jié)構(gòu)體系，彈塑性分析

1 工程概況

大連天地軟件園河口E-3地塊T1號(hào)樓工程位于大連市高新區(qū)河口灣產(chǎn)業(yè)區(qū),為1棟地上36層結(jié)構(gòu)高度為135.1 m的超限高層酒店，單體地下及地下車(chē)庫(kù)為地下2層。

建筑效果圖及立面圖見(jiàn)圖1。

2 結(jié)構(gòu)體系及設(shè)計(jì)參數(shù)

2.1 結(jié)構(gòu)體系

T1號(hào)樓為鋼筋混凝框架—核心筒的結(jié)構(gòu)?？箓?cè)力構(gòu)件為鋼管混凝土疊合柱和混凝土核心筒。核心筒剪力墻厚度由600,400漸收到300,200，其混凝土強(qiáng)度由C60漸變至C30，外框架柱31層以下采用鋼管混凝土疊合柱，柱截面由1 150×1 150φ700×24漸收到900×900φ600×16，疊合柱管內(nèi)混凝土強(qiáng)度由C80降至C40，管外及混凝土墻混凝土強(qiáng)度由C60降至C30，塔樓標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)布置圖如圖2所示。

2.2 主要地震設(shè)計(jì)參數(shù)

結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防類別為丙類，抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.1g，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，場(chǎng)地土類別為Ⅱ類，特征周期為0.40 s(規(guī)范)，0.35 s(安評(píng))，結(jié)構(gòu)阻尼比為0.05。水平地震影響系數(shù)最大值為0.099(小震取自安評(píng))；0.283(中震取自安評(píng))；0.50(大震取自規(guī)范)，剪力墻及框架抗震等級(jí)：地下2層為二級(jí),其余為一級(jí)。

2.3 反應(yīng)譜及地震波

各烈度地震下安評(píng)與規(guī)范譜的參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 各烈度地震下安評(píng)與規(guī)范譜的參數(shù)

從表1可以看出，本場(chǎng)地安評(píng)反應(yīng)譜大于規(guī)范反應(yīng)譜，設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮安評(píng)反應(yīng)譜的影響。

3 超限判斷

具體超限情況小結(jié)如下：3層、4層側(cè)向剛度與上層70%及上3層平均值80%的較小值的比值小于1.0，為豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)，為軟弱層；X,Y向地震作用下，塔樓1層～6層部位最大位移與層平均位移的比值大于1.2，為平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)；Y方向的偏心率最大值為0.165 8，為偏心布置。本工程結(jié)構(gòu)高度超限，達(dá)到B級(jí)高度。綜上，本工程需要進(jìn)行詳細(xì)的抗震分析，同時(shí)需要進(jìn)行超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查。

4 抗震性能目標(biāo)

本項(xiàng)目為B級(jí)高度超限高層，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)應(yīng)采用基于性能化的設(shè)計(jì)方法。結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)定為D級(jí)。

5 小震下結(jié)構(gòu)分析

5.1 周期與振型

本項(xiàng)目小震計(jì)算采用兩種結(jié)構(gòu)分析軟件ETABS和SATWE。

結(jié)構(gòu)的嵌固部位為地下室頂板，地下1層與地上1層側(cè)向剛度比在X向及Y向分別為3.778與2.891，滿足不小于2的要求。

兩種軟件計(jì)算的周期見(jiàn)表2。

表2 兩種軟件計(jì)算的周期

兩種軟件計(jì)算的扭轉(zhuǎn)為主的第1自振周期與平動(dòng)為主的第1自振周期之比分別為0.517和0.428，均小于0.85,兩種計(jì)算軟件的模態(tài)基本一致。

5.2 結(jié)構(gòu)位移角

本項(xiàng)目結(jié)構(gòu)高度135.1 m，介于高規(guī)中規(guī)定的130 m與180 m之間。兩種軟件計(jì)算的層間位移角X向1/873～1/960,Y向1/1 043～1/1 096，層間位移角均滿足不超過(guò)1/800的要求。

5.3 基底剪力及剪重比

抗震計(jì)算中，結(jié)構(gòu)各樓層的地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)滿足樓層最小地震剪力系數(shù)，本項(xiàng)目SATWE層剪重比X向?yàn)?.83%，Y向?yàn)?.94%，滿足要求。

5.4 剛重比

塔樓X向及Y向的剛重比分別為2.67和3.22，X向大于1.4小于2.7，剛重比滿足規(guī)范要求且計(jì)算時(shí)需要考慮重力二階效應(yīng)的影響。

5.5 外框架分擔(dān)內(nèi)力

底層框架承擔(dān)的剪力在X向與Y向占總剪力的18.21%和17.36%，承擔(dān)抗傾覆彎矩占總傾覆彎矩的X向24.28%和Y向22.47%，外框架承擔(dān)的剪力及傾覆力占總剪力及總彎矩的比例符合一般框架—核心筒的要求。

5.6 彈性時(shí)程分析

本工程時(shí)程分析采用兩條天然波和一條人工波，三條地震波進(jìn)行時(shí)程計(jì)算所得底部剪力值與振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果比較，三條地震波的選擇是符合法規(guī)要求，振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算的地震作用大于時(shí)程分析計(jì)算結(jié)果，采用振型分解反應(yīng)譜法作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)依據(jù)是安全可靠的。

5.7 墻肢及疊合柱軸壓比

剪力墻的底部最大軸壓比小于0.40，框架疊合柱最大軸壓比小于0.75，滿足規(guī)范要求。

6 中震下結(jié)構(gòu)分析

按照“中震可修”的原則，采用等效彈性方法進(jìn)行中震下的關(guān)鍵構(gòu)件驗(yàn)算，確保其達(dá)到設(shè)定的性能指標(biāo)。

6.1 中震抗剪彈性驗(yàn)算

底部加強(qiáng)部位的墻肢滿足中震抗剪彈性的要求，墻肢的水平分布筋均不超筋，框架柱截面抗剪承載力滿足中震抗剪彈性的要求。

6.2 中震抗剪不屈服驗(yàn)算

底部加強(qiáng)區(qū)以外的墻肢按中震不屈服進(jìn)行驗(yàn)算，滿足抗剪截面的要求。

6.3 中震偏拉偏壓不屈服驗(yàn)算

底部加強(qiáng)部位的絕大部分墻肢滿足偏拉偏壓承載力中震不屈服的要求。僅在筒體角部個(gè)別墻肢出現(xiàn)整體受拉的狀態(tài)。

底部加強(qiáng)區(qū)以外的墻肢滿足偏拉、偏壓承載力中震不屈服的要求。墻肢未出現(xiàn)整體受拉的情況，保證了墻肢抗剪的有效性。

7 大震下結(jié)構(gòu)分析

采用等效彈性和靜力彈塑性的方法進(jìn)行大震下構(gòu)件驗(yàn)算，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震性能目標(biāo)。

7.1 大震作用下主要墻肢受剪截面驗(yàn)算

驗(yàn)算了大震下主要墻肢受剪截面，無(wú)論底部加強(qiáng)區(qū)還是非底部加強(qiáng)區(qū)(變混凝土標(biāo)號(hào))的主要墻肢在大震作用下截面剪應(yīng)力均滿足截面控制要求。

7.2 大震作用下靜力彈塑性分析

為了找出結(jié)構(gòu)薄弱部位，控制整體結(jié)構(gòu)的彈塑性變形，確保結(jié)構(gòu)在大震作用下不發(fā)生倒塌，對(duì)主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了大震作用下的彈塑性靜力分析(PUSH-OVER)。

分別按側(cè)推荷載沿X向和Y向作用進(jìn)行PUSH計(jì)算，抗倒塌驗(yàn)算圖結(jié)果匯總見(jiàn)表3。

表3 抗倒塌驗(yàn)算圖結(jié)果匯總

由表3可以看出，結(jié)構(gòu)在大震作用下能力曲線能夠與需求譜曲線相交，說(shuō)明結(jié)構(gòu)在大震作用下不會(huì)倒塌。性能點(diǎn)對(duì)應(yīng)的層間位移角均滿足規(guī)范不大于1/100的要求，結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性階段后剛度分布較為合理，沒(méi)有出現(xiàn)明顯的薄弱層。

8 結(jié)構(gòu)加強(qiáng)措施

1)3層、4層為軟弱層，計(jì)算時(shí)對(duì)3層、4層的地震力乘以1.25的放大系數(shù)。2)控制柱軸壓比不大于0.65，并采用鋼筋混凝土疊合柱，來(lái)保證柱的延性，同時(shí)柱箍筋全高加密，保證多道抗震防線能夠有效協(xié)同工作。3)時(shí)程分析表明結(jié)構(gòu)30層以上部分時(shí)程分析計(jì)算值大于振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算值。計(jì)算時(shí)地震剪力在30層以上部分放大1.1倍，增加結(jié)構(gòu)安全度。4)中震偏拉偏壓不屈服驗(yàn)算時(shí)，底部加強(qiáng)部位核心筒角部的墻肢出現(xiàn)整體受拉狀態(tài)。設(shè)計(jì)時(shí)，該部位核心筒墻內(nèi)設(shè)置型鋼，提高其抗拉及抗壓能力。5)結(jié)構(gòu)靜力彈塑性分析結(jié)果，結(jié)構(gòu)底部加強(qiáng)部位剪力墻肢出現(xiàn)受拉的情況，個(gè)別墻肢剛度退化較明顯。設(shè)計(jì)時(shí)提高底部加強(qiáng)區(qū)墻段邊緣構(gòu)件的配筋率和豎向鋼筋的配筋率。

9 結(jié)語(yǔ)

本次超限項(xiàng)目進(jìn)行彈性、彈塑性計(jì)算及小震時(shí)程分析，驗(yàn)證了抗震性能化設(shè)計(jì)所設(shè)定的抗震設(shè)防目標(biāo)，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，各種加強(qiáng)措施保證了結(jié)構(gòu)的安全可靠。并于2012年1月通過(guò)了遼寧省初步設(shè)計(jì)抗震設(shè)防專項(xiàng)審查。

注：超限文件編制過(guò)程中感謝大連建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司結(jié)構(gòu)首席總工程師王立長(zhǎng)和技術(shù)處結(jié)構(gòu)總工程師曲鑫蕃的幫助和指導(dǎo)。

[1] 徐培福.復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2005.

[2] 傅學(xué)怡.實(shí)用高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

[3] GB 50011—2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] 建質(zhì)[2010]109號(hào)，超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn)[S].

[5] JGJ 3—2010，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程[S].

[6] GB 50020—2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

On structural design of T1 Building at E-3 Parcel of Tiandi Software Park in Dalian City

Li Jun Sun Xiaogang Hu Yuhai

(DalianArchitecturalDesignandResearchInstituteCo.,Ltd,Dalian116021,China)

Taking T1 Building at E-3 Parcel of Tiandi Software Park in Dalian City as the example, the paper introduces the structural system and design parameter of the building, undertakes the medium and major seismic elastic and plastic analysis, judges its out-code cirstances, and points out the measures for the reinforcement.

ultra-high-rise, seismic performance, structural system, elastic and plastic analysis

1009-6825(2017)15-0033-02

2017-03-15

李 軍(1975- ),男，高級(jí)工程師，國(guó)家一級(jí)注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師

TU318

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