成都香年廣場分析與設計總結

蔣守蘭

【摘要】針對成都地區一超高超限建筑，運用satwe與pmsap軟件進行分析設計，總結歸納了超高超限建筑設計中的難點與需要注意的問題；首先通過方案的選取介紹了型鋼混凝土柱設計中的常見問題，再通過小震與中震的分析揭示出結構的薄弱部位與方案的不足之處，根據計算結果對結構的構造進行調整，從而達到經濟與安全的較優結合。

【關鍵詞】超高超限高層建筑；型鋼混凝土柱；彈性時程分析

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021. 26.031

1、工程概況

本工程位于成都市區，由三棟建筑及地下室組成，總建筑面積244613平方米，其中地下室43661.39平方米，地上200952.16平方米，建筑基底面積為4826.26m平方米。1號樓地上35層，建筑高度100m；2號樓地上46層，建筑高度169.40m；3號樓地上46層，建筑高度169.70m；共三層地下室。1號樓屬于A級高層建筑，2、3號樓地上46層，建筑高度分別為169.4m、169.70m，超過《高層建筑混凝土結構技術規程》A級高度的抗震設防烈度7度框架—核心筒結構的最大適用高度130m，小于B級高度的最大適用高度180m。：抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度為0.10g，設計地震分組為第3組，特征周期為0.45s，多遇地震時水平地震影響系數最大值為0.08，結構阻尼比為0.05。抗震設防類別：2號樓為標準設防類（簡稱丙類），3號樓為重點設防類；地下室頂板滿足作為上部結構嵌固的各項要求，因此地下室抗震等級從負一層開始，每降一層抗震等級降低一級。結構計算時嵌部位在基礎頂面，計算模型采用空間結構模型。本文重點對3號樓進行分析介紹。

2、方案的選取

如圖1所示，該結構為標準的框架核心筒結構體系，長寬尺寸為56.5x34.5m。核心筒的長寬尺寸為32.5x9.9m。設計之初出于施工方便減少造價方面考慮，采用普通混凝土柱，經過試算在柱截面做到1400x2000軸壓比仍然不滿足規范要求，眾所周知，對于3.600的標準層高，此時已經屬于超短柱，柱子的延性也是一個考慮因素。即使通過繼續加大柱截面對軸壓比的提高也不會太明顯，反而影響建筑的使用功能，從這兩個角度考慮，地下一層～6層，采用型鋼混凝土柱，型鋼混凝土柱充分利用了混凝土的抗壓性能與鋼材的抗拉性能，外包式混凝土對型鋼具有較強的約束性能，可以有效的防止型鋼構件的局部屈曲，同時克服了鋼管混凝土柱防銹、防腐蝕、防火性能較差、需經常性維護等弱點。采用型鋼混凝土柱后軸壓比基本控制在0.62左右。采用型鋼混凝土柱，其設計施工的難點主要在于梁柱節點。有以下幾點：（1）鋼混凝土柱內鋼筋密集，箍筋加工復雜，安裝不便。（2）勁性柱頭部位框架梁鋼筋與型鋼柱連接部位多，連接角度多（框架梁鋼筋與型鋼柱相交的角度），連接節點多。（3）框架梁鋼筋與型鋼柱連接型式比較復雜，現場鋼筋通過連接器和型鋼柱進行連接，焊接工作量大。（4）柱頭部位鋼筋較密，并且存在多根框架梁相交于同一柱頭的現象，導致多層鋼筋互相重疊，鋼筋與型鋼柱連接及鋼筋標高的控制難度很大。

經過仔細分析每一根梁的配筋值，設計中分別給出典型梁柱相交的節點大樣，在進行梁配筋時盡量按梁柱節點設計圖進行鋼筋配置排列。為了體現抗震設計中的強節點強錨固，框架梁中鋼筋與型鋼柱相交時盡量采用直錨，與翼緣相交采用連接器焊于型鋼翼緣上，與腹板相交時進行腹板穿孔，大樣圖中給出穿孔定位原則，大大減少了設計工作量。對于柱內箍筋的布置，在計算上有型鋼的樓層，盡量減少對型鋼的穿孔，考慮型鋼范圍內本身就有的約束，箍筋采用菱形箍繞開柱內型鋼（如圖2）。對于過渡層，也就是計算上沒有型鋼的樓層，在構造上盡量消弱型鋼的作用，第一是減小鋼板的厚度，第二柱內箍筋配置按一般混凝土柱的布置進行配置，不考慮穿孔對型鋼截面的削弱（如圖3）。

為了加強結構的整體剛度，減小結構中上部由于截面削弱造成的扭轉，在結構四大角的框架柱截面收至1300x1000時不再收進，同時各層平面四大角≥3x3m范圍板采用雙層雙向配筋，配筋率≥0.3%。由于本結構核心筒高寬比僅為17遠大于規范所要求的12，在水平地震作用下，筒體本身沿弱軸方向的慣性矩較小，可能出現根部的收拉裂縫，因此通過在筒體的角部沿豎向的底部加強區域布置型鋼，可以起到減小裂縫寬度，以及限制裂縫發展范圍的作用。

3、結構計算分析

本工程采用中國建筑科學研究院PKPMCAD工程部的PKPM軟件系列中的SATWE軟件行行分析計算，并采用PMSAP軟件補充計算，將二者結果對比校核。

3.1 多遇地震下地震反應分析

如表1所示，SATWE和PMSAP分析得到的結構前9階周期能夠很好的吻合，模態分析的結果是結構的質量與剛度的綜合反映，說明了結構模型建立與分析的正確性。

如表2所示，在地震作用下結構的層間位移角基本滿足規范要求，X，Y向剛度差異較大，結構變形在Y向呈彎曲型，X向近似于直線，總體屬于偏柔結構，對于框筒結構如果能在頂層與避難層加上伸臂桁架與周邊桁架讓核心筒與柱共同抵抗傾覆彎矩，對于結構的頂點位移的減小將會是相當顯著的，但是由于本工程建筑方案所限，這點就無法實現。如表6所示地震波計算的平均剪力值大于振型分解反應譜法結果的80%，且每條地震波結果大于反應譜結果的65%，均滿足規范要求，同時也可以看出采用地震反應譜法進行構件的設計是偏于安全的。

3.2 中震作用下的結構反應分析

由于本工程核心筒在Y方向的兩片墻體長度達到9.9m且未開洞，因此對其進行了中震下的補充計算，satwe計算地震影響系數取為0.23，計算結果顯示，豎向構件均未出現超筋部分跨高比比較大的連梁已經超筋，說明地震作用下連梁能起到很好的消能減震作用，基本滿足弱連梁的要求，保護了主要承重構件的安全，設計中對于幾片主要的超長剪力墻按照中震計算結果進行配筋設計，同時對于跨高比小于2的連梁配置交叉暗撐。

結論：

從SATWE和PMSAP的計算結果看，二者在周期、位移計算方面均較為接近，這樣便驗證了程序計算的可靠性。從程序的結果上看，結構的位移、層間位移角、層間側向剛度比等指標均滿足規范的要求，由此亦論證了結構的可行性。從振型分解反應譜法和時程分析法結果比較可以看出，二者所呈現的結構反應特征頗為相似，進一步論證結構特性的正常。對于本超高超限建筑，往往有許多不可避免的不合理之處，在進行結構設計時找出結構的薄弱點進行合理的加強與放松，從而更好的符合計算模型。

參考文獻：

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