智富名品城11號和12號樓超限高層結構設計

耿柳許文

1 工程概況

1)本工程基地位于上海市普陀區桃浦地區B1-10地塊。2)本工程由14棟(結構分為19棟)27層～35層高層住宅、部分商業裙房及將住宅、裙房在地下連成一體的1層地下室(局部2層)所組成,總建筑面積約35萬m2。其中地上約18萬m2,地下約17萬m2。其中11號樓和12號樓右單元為超限高層,具體情況見表1。3)本工程11號樓,12號樓右單元住宅采用部分框支剪力墻結構。4)本工程抗震設防烈度為7度,設計地震加速度為0.1g,特征周期T=0.90 s。設計地震分組為第一組,建筑場地類別為Ⅳ類。建筑物抗震設防類別為丙類。建筑結構安全等級為二級,結構的設計使用年限為50年。5)本工程相對標高±0.000,相當于絕對標高為12.900。

表1 11號樓,12號樓右單元超限情況

2 巖土工程勘察報告基本數據

根據勘探資料,擬建場地類別為Ⅳ類;場地20 m以淺無可液化土層分布;場地地基土對混凝土及鋼筋混凝土結構中的鋼筋不具腐蝕性。地下室抗浮設計水位標高按地面下0.50 m考慮。

3 基礎部分

根據工程地質勘察報告,并結合本工程實際情況采用樁基礎,住宅抗壓樁采用樁徑500 mm,樁長43 m的PHC預應力混凝土管樁,樁身混凝土強度等級為C80,單樁豎向抗壓承載力設計值為3 150 kN,樁基持力層為第⑧-2層砂質粉土夾粉質黏土層,11號住宅共計144根,12號右單元住宅共計158根。經TBSP程序計算,兩樓最終沉降值約為130 mm。

表2 混凝土強度等級

住宅基礎均采用厚筏板,厚度1 800,地下室底板面標高-12.750。當地下室頂板高差小于1.2 m時,此部分采用梁加腋處理,以保證水平力的傳遞。

4 主要結構材料

1)混凝土強度等級見表2。

2)鋼筋:采用HPB235級鋼(φ)及HRB400級鋼()。

3)填充墻:內、外隔墻均采用加氣混凝土砌塊。

5 解決不均勻沉降及混凝土伸縮的措施

1)后澆帶:在高層住宅與高層外的地下室之間設置沉降后澆帶,此后澆帶待高層結構封頂及隔墻砌筑完畢后再行閉合,主要是調節高層與高層外的地下室之間的不均勻沉降問題;同時解決由于建筑物超長而引起的混凝土前期收縮問題。2)由于地下室樓板和外墻的相互約束作用,同時由于地下室外墻和樓板的超長,故地下室外墻和樓板在施工中很容易出現由于混凝土收縮而引起的豎向裂縫,為此設計將加強外墻的水平向配筋,并且在外墻混凝土中摻入適量的抗裂纖維;同時要求施工時,減小水灰比、混凝土中禁止摻入礦粉、加強養護。3)地上部分設有多條伸縮縫兼防震縫,高層住宅與裙房間縫寬100 mm,高層住宅間縫寬約300 mm～390 mm。

6 上部結構布置和超限情況判別

本工程11號,12號主樓右單元均屬B級高度的高層建筑,均采用部分框支剪力墻結構體系,抗震等級為:一般剪力墻及主樓框支層以上框架柱均為一級,短肢剪力墻為特一級,框支框架為特一級。

11號主樓高33層,標準層層高3.0 m,屋面處標高為96.640 m,剪力墻厚度200～600,框支柱尺寸1 500×1 500～1 500×2 550,框支梁尺寸600×1 600～1 400×2 500,框架梁350×700～500×1 000,主樓與裙房之間設伸縮縫兼作防震縫,縫寬不小于100 mm。

12號主樓33層,標準層層高3.0 m,屋面處標高為96.640 m,剪力墻厚度200～500,框支柱尺寸1 000×1 000～1 200×5 000,框支梁尺寸 600×1 500～1 400×2 500,框架梁400×700～500×1 400。主樓與裙房之間設伸縮縫兼作防震縫,縫寬不小于100 mm。

11號,12號右單元將-8.100 m標高處樓板作為上部結構嵌固層,此層板厚為200;在-0.600 m標高處為轉換層,轉換層樓板厚度也為200;轉換層上一層樓板厚度取150;這些層的樓板配筋為雙層雙向,且每層每個方向的配筋率不小于0.25%。

11號,12號右單元超限情況的認定,見表3。

7 結構分析的主要結果匯總

表3 11號樓,12號樓右單元超限情況認定

7.1 反應譜法

根據中華人民共和國建設部令第111號《超限高層建筑工程抗震設防管理規定》及建質[2006]220號《超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點》,本工程屬于超限高層建筑。整體計算采用了兩個不同力學模型進行分析,即采用中國建筑科學研究院PKPM工程部所編寫的“多層及高層建筑結構空間有限元分析與設計軟件SATWE(墻元模型)”及“特殊多、高層建筑結構分析與設計軟件PMSAP(廣義協調墻元模型)”,采用符合規范要求的剛性樓板的側剛分析方法。

根據計算結果顯示,兩棟樓程序計算所得的第1階模態均為平動模態,扭轉模態為第3階,扭轉周期與第1階平動周期之比均小于0.9,滿足規范要求。

結構樓層層間位移角均小于1/1 000,底層層間位移角均小于1/2 500,滿足規范要求。

在考慮偶然偏心的情況下,結構最大扭轉位移比均不大于1.30?；緷M足規范要求。

根據《高層》4.4.3和附錄E.0.1規定,B級高度高層抗側力結構的受剪承載力不應小于相鄰上部樓層受剪承載力的75%,底部大空間為1層時,轉換層上部與下部的等效剪切剛度比不應大于2.0,兩棟主樓均能夠滿足要求。

兩棟樓程序計算的結果各項指標均較為接近。

7.2 彈性時程法

本工程除用兩個不同力學模型程序進行分析外,并根據所在場地設計反應譜的特征,采用模擬波 RH1TG090波和實測TH1TG090波、TH4TG090波共三條,用SATWE軟件進行結構的彈性動力時程分析,并按彈性時程分析和反應譜法計算的較大值進行變形驗算。根據驗算結果可知,各條波的基底剪力均不小于CQC方法的65%,三條波的平均值不小于CQC方法的80%,滿足規范要求。時程分析法計算結果與反應譜法計算結果基本吻合,符合設計標準的相關要求。

8 結構抗震性能目標分析及針對超限情況的抗震措施

8.1 結構抗震性能目標分析

根據本工程的特點,提出以下的抗震要求,即:小震下整體結構彈性好,結構在震后完好、無損傷,一般不需修理即可繼續使用。中震下轉換層結構構件(主要為框支梁、框支柱)輕微損傷、出現輕微裂縫,其他部位有部分選定的具有一定延性的構件發生中等損壞,出現明顯的裂縫,進入屈服階段,需要修理并采取一些安全措施才可以繼續使用。大震下結構發生中等程度的破壞,多數構件輕微損壞,部分構件中等損壞,進入屈服,有明顯的裂縫,需要采取安全措施,經過修理、適當加固后才可以繼續使用。

小震下結構最大層間位移角均小于1/1 000,底層層間位移角均小于1/2 500。中震下轉換層結構構件(框支梁、框支柱)按照中震不屈服驗算結構配筋,因此按照目前計算,并對結構薄弱位置適當加強后,結構可以滿足中震抗震要求,在中震作用下,11號樓和12號樓右單元框支層底層層間位移角也小于1/2 500,滿足彈性層間位移角限值,可見在中震作用下框支層基本能夠具備足夠的強度與剛度,保證中震不屈服得以實現。大震計算采用三維結構靜力彈塑性PUSHOVER計算,經過計算,大震下兩棟主樓結構的層間彈塑性位移角均小于1/120,結構能力譜曲線與對應的大震需求譜曲線相交,表明結構能夠抵抗大震水準的地震作用。

以上結果表明,11號,12號右單元結構的抗震性能均能夠達到預期的要求。

8.2 針對主樓超限情況的抗震措施

1)調整抗側力結構布置,使質心和剛心盡量重合,并加大結構抗扭剛度(如:沿四周邊布置剪力墻,加強邊梁),以減小結構扭轉效應,使結構彈性最大層間位移與平均層間位移比值不超過1.4倍,本工程控制在1.3倍以下。

2)在轉換層處,樓板厚度取200,配筋率適當加強,并采用雙層雙向配筋。

3)嚴格控制框支柱的軸壓比,沿柱全高采用井字復合箍,箍筋間距不大于100 mm,肢距不大于200 mm,直徑不小于12 mm,以提高柱的延性。

4)在框支梁、框支柱中設置型鋼,以提高構件的延性。同時,在部分柱內沿長向使用隔板將柱分割為2個～3個小柱,從而避免極短柱的出現,改善了框支柱的延性。

5)除了嚴格按照規范要求對框支梁柱進行設計之外,對于框支層框支梁柱及上部2層～3層剪力墻還將考慮進行有限元分析,以進一步提高計算精度,保證設計結果的可靠性。對于框支層以及相鄰上、下一層的樓板進一步加強,增加樓板厚度,并雙層雙向配筋。

9 結構抗震性能的綜合評價

本工程屬于超限高層建筑。由于在結構設計中采取了較為合理的結構布置,并對結構的薄弱處采取了有效的措施,從而減少了體形不規則帶來的不利影響,使得結構仍具有良好的抗震性能,計算結構滿足現行規范和規程的要求。

兩個程序的計算結果基本規律一致,只是由于對某些特殊情況的處理方法在概念上不盡相同、在單元模型上(如墻元的處理)、剛域處理上的差異,計算結果在數值上存在一定的差異,但均在工程上可接受的范圍內。