威海樂天雙子星超限工程兩種結構軟件比較分析實例

王 科 劉松石 郝 政

1.山東建大建筑規(guī)劃設計研究院；2.山東省建筑科學研究院；3.濟寧市建筑市場稽查隊

威海樂天雙子星超限工程兩種結構軟件比較分析實例

王 科1劉松石2郝 政3

1.山東建大建筑規(guī)劃設計研究院；2.山東省建筑科學研究院；3.濟寧市建筑市場稽查隊

本文以威海樂天雙星東西超限雙塔結構為分析對象，對結構總質(zhì)量、總剪力、最大層間位移角及動力特性進行了兩種軟件的比較，結果表明結構整體指標良好，能滿足規(guī)范的各項要求。

超限工程；地震作用；剪力墻結構

1 工程概況

樂天·雙子星項目是樂天·世紀城項目五期工程。樂天·世紀城項目是集商務、商業(yè)、居住、旅游、休閑、娛樂功能等為一體的超大型綜合性地產(chǎn)項目。

樂天·世紀城項目地處威海經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)繁華中心地段，南起上海路、北至渤海路、東靠海濱路，西臨威海主干道青島路（機場路）。

本項目所在第五期位于整個項目的最南側，緊鄰上海路。項目由東西雙塔和5層裙房構成，其中東塔為公寓式辦公，西塔由寫字樓和創(chuàng)意辦公構成，裙房一層為商業(yè)，2～4層為辦公。總占地35.55畝，總建筑面積約10.7萬平米，其中地上建筑面積約6.6萬平米，地下建筑面積約4.1萬平米。

2 設防標準與設計等級

1）本工程的設計基準期為50年，結構設計使用年限為50年。

2）本工程建筑結構設計安全等級為二級，結構重要性系數(shù)Y。=1.0。

3）人防地下室：根據(jù)甲方要求，本工程人防地下室不在本設計范圍內(nèi)，由甲方另行委托設計。

4）本工程地基基礎的設計等級為甲級。

5）本工程結構的抗震設防類別為丙類。

6）本工程建筑場地地震基本烈度為7度，抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.10g。設計地震分組為第一組，建筑場地類別為Ⅱ類，規(guī)范反應譜特征周期為Tg=0.35秒；抗震構造措施采用的抗震設防烈度為7度。

7）本工程兩個塔樓均采用剪力墻結構，塔樓結構高度均為140.6m，屬于B級高度鋼筋混凝土高層建筑。框架和剪刀墻的抗震等級從地下四層到頂層均為一級。

3 超限設計的計算分析及論證

3.1 計算模型及主要計算參數(shù)

1）以地下室頂板作為上部結構的嵌固部位，將上部結構分為西塔和東塔兩個獨立的結構單元，分別建立模型進行結構計算與分析（非多塔，為方便計算基礎荷載兩個模型各附帶整體地下室）。嵌固部位的判定以分塔模型為準。

2）僅考慮水平地震作用，不考慮豎向地震作用。地震作用計算采用考慮扭轉耦聯(lián)振動影響的振型分解方法，并考慮偶然偏心和雙向地震的影響。

3）混凝土容重為26KN/m3，連梁鋼度折減系數(shù)為0.60，中梁剛度增大系數(shù)為2.0，框架梁梁端負彎矩調(diào)幅系數(shù)為0.85，梁內(nèi)力增大系數(shù)為1.0，梁扭矩折減系數(shù)為0.4，周期折減系數(shù)采用0.90。

3.2 多遇地震作用下彈性分析的規(guī)范反應譜法

反應譜采用《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011-2010）第5.1.5條和《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》（JGJ3-2010）第3.3.8條規(guī)定的地震影響系數(shù)曲線，特征周期采用0.35S，結構阻尼比采用0.05，多遇地震作用下的水平地震影響系數(shù)最大值為0.12。下面將主要計算結果分別進行對比、分析和論證。

3.3 結構總質(zhì)量、總剪力、最大層間位移角及兩種軟件的比較

1）西塔

Y向Y向項目結構總質(zhì)量（t）地震作用 風荷載作用Dmax(mm)△u/h所在樓層15398 1228225 56.30 1/1675 36 1.14 3 1.67%96.45%15034 1376206 55.83 1/1859 36基底總剪力基底總傾覆彎矩（Kn.m）頂點位移最大層間位移角最大位移比（考慮偶然偏心）最大位移比所在樓層底層剪重比有效質(zhì)量系數(shù)基底總剪力（kN）基底總傾覆彎矩（Kn.m）頂點位移最大層間位移角Dmax(mm)△u/h所在樓層SATWE X向108024 15067 127565 0 62.07 1/1932 36 1.30 3.4 1.62%99.50%17359 155122 0 65.25 1/1771 36 15506 1285262 57.97 1/1773 36 1.20 3.4 1.67%99.97%15076 1397069 55.97 1/1898 36 GSSAP X向104240 15151 1217881 56.42 1/1938 36 1.26 5 1.65%96.44%17149 1534087 62.04 1/1951 35

2）東塔

項目結構總質(zhì)量（t）Y向Y向地震作用16494 2015502基底總剪力基底總傾覆彎矩（Kn.m）項點位移 Dmax(mm)GSSAP X向134456 15999 1963298 SATWE X向138811 16368 194165 6 53.88 15591 1961451 50.81 58.0856.45

△u/h所在樓層1/2156 7、8 1/2218 25 1/2186 8 1.19 6 1.66%96.15%14999 1573767風荷載作用最大層間位移角最大位移比（考慮偶然偏心）最大位移比所在樓層底層剪重比有效質(zhì)量系數(shù)基底總剪力（kN）基底總傾覆彎矩（Kn.m）頂點位移最大層間位移角1.27 4 1.69%96.30%14591 1294319 35.26 1/3076 7、8 Dmax(mm)△u/h所在樓層1.28 3、4 1.72%97.35%12192 1392775 1/2227 11 1.19 5、6 1.70%96.24%14179 161981 3 42.19 1/2806 11 35.65 1/3256 12 32.44 1/3613 8

從以上兩個表格，我們可以看出，兩棟塔樓的SATWE和GSSAP計算結果均差別不大，在計算振型數(shù)為30個時，兩個方向的有效質(zhì)量系數(shù)也滿足規(guī)范不小于90%的規(guī)定。可以說明，兩種軟件的計算均可以采納，用于結構的計算分析和施工圖設計。

3.4 動力特性分析及兩種軟件的比較

1）西塔。西塔的計算振型數(shù)為30個，其中前6階振型列表如下：

SATWE GSSAP主要振型1 2 3 4 5 6周期（S）2.844 2.827 2.076 0.895 0.881 0.709平動系數(shù)X 0.87 0.11 0.02 0.87 0.03 0.11平動系數(shù)Y 0.11 0.89 0.00 0.03 0.97 0.00扭轉系數(shù)0.02 0.00 0.98 0.10 0.00 0.89周期（S）2.798 2.699 2.058 0.874 0.832 0.711平動系數(shù)X 0.00 0.97 0.03 0.00 0.84 0.21平動系數(shù)Y 1.00 0.00 0.00 0.99 0.01 0.01扭轉系數(shù)0.00 0.03 0.97 0.01 0.15 0.78

第一振型-Y向 第二振型-X向 第三振型-扭轉

從上表可以看出，兩種軟件計算的結構主要周期差別不大，可以采信。結構扭轉為主的第一自振周期Tt與平動為主的第一自振周期T1之比，SATWE為Tt/T1=2.076/2.844=0.730，GSSAP為Tt/T1=2.058/2.798=0.735，均滿足B級高度高層建筑限值0.85的規(guī)定。

2）東塔。東塔的計算振型數(shù)為30個，其中前6階振型列表如下：

SATWE GSSAP主要振型1 2 3 4 5 6周期（S）2.896 2.698 1.871 0.908 0.878 0.644平動系數(shù)X 1.00 0.00 0.00 0.98 0.01 0.01平動系數(shù)Y 0.00 1.00 0.00 0.01 0.97 0.02扭轉系數(shù)0.00 0.00 1.00 0.01 0.01 0.97周期（S）2.904 2.854 2.033 0.951 0.889 0.727平動系數(shù)X 1.00 0.00 0.01 0.00 0.99 0.01平動系數(shù)Y 0.00 1.00 0.00 0.99 0.00 0.43扭轉系數(shù)0.00 0.00 0.99 0.01 0.01 0.56

第一振型-Y向 第二振型-X向 第三振型-扭轉

從上表可以看出，兩種軟件計算的結構主要周期差別不大，可以采信。結構扭轉為主的第一自振周期Tt與平動為主的第一自振周期T1之比，SATWE為Tt/T1=1.888/2.806=0.673，GSSAP為Tt/T1=2.033/2.904=0.700，均滿足B級高度高層建筑限值0.85的規(guī)定。

4 總結

根據(jù)報告的分析以及計算結果，主要內(nèi)容總結如下：

（1）結構平面東、西塔各存在三項不規(guī)則，屬于結構平面不規(guī)則的超限工程。東、西塔樓存在結構高度超限。

（2）針對本工程的特點和結構超限情況，在特殊部位均進行了計算或構造加強處理，以確保結構的整體性能與“中震可修”目標的實現(xiàn)。

（3）兩棟塔樓的彈性分析中，采用了兩種軟件進行了比較分析及計算。結果表明結構整體指標良好，能滿足規(guī)范的各項要求。

通過以上工作，我們認為本結構設計能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)范“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震設防要求，結構設計是安全的。

主要的設計標準、規(guī)范及規(guī)程等

《建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準》 GB50068-2001

《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》 GB18360-2001

《建筑工程抗震設防分類標準》 GB50223-2008

《建筑結構荷載規(guī)范（2006年版）》 GB50009-2001

《建筑抗震設計規(guī)范》 GB50011-2010

《混凝土結構設計規(guī)范》 GB50010-2010

《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》 JGJ3-2010

《鋼結構設計規(guī)范》 GB50017-2003

《建筑鋼結構焊接技術規(guī)程》 JGJ81-2002

《建筑基地基礎設計規(guī)范》 GB50007-2002

《高層建筑箱形與筏形基礎技術規(guī)范》 JGJ6-99

《地下工程防水技術規(guī)范》 GB50108-2008

《建筑變形測量規(guī)程》 JGJ/T8-2007

《高強混凝土結構技術規(guī)程》 CECS104：99

《高層民用建筑設計防火規(guī)范（2005年版）》 GB50045-95

《混凝土結構工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》 GB50204-2002

《建筑地基基礎工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》 GB50202-2002

《超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點》（建質(zhì)【2010】109號）