带底盘双塔的超限高层建筑结构设计分析.docx

    带底盘双塔的超限高层建筑结构设计分析    摘要：随着我国社会经济的不断发展，它也促进了我国建筑业的发展，建筑结构的设计也越来越严谨因此，本文主要对超限双塔高层建筑的结构设计进行了分析和探讨关键词：超限高层；抗震性能化设计；弹塑性分析引言基于性能的抗震设计是建筑抗震设计的发展方向，文章以实际工程为案例，进行抗震性能化设计，采取多种分析方法对结构体系和构件进行分析计算，并提出加强措施，使得建筑物达到“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标1工程概况和设计参数本项目位于某城市，建筑物由1座（45层）、2座（44层）和带底盘裙楼（4层）组成的产业及配套用房用途公共建筑，地下两层车库，两栋单塔以裙楼中轴为对称布置，总建筑面积约16.8万m21座和2座建筑结构高度190.5m，裙楼为21.6m本工程正负0至裙楼屋面部位为重点设防（乙类），其余部位为标准设防（丙类）抗震设防烈度7度，II类场地，设计地震第一组，地震加速度值0.1g，特征周期0.35s，设计使用年限50年，安全等级二级，重要性系数1.0，地基基础甲级风荷载基本风压0.5kN/m2，地面粗糙度B类，体形系数1.42结构体系和基础选型建筑物高宽比为6.4，结合建筑功能用途，选用钢筋混凝土剪力墙结构体系，其中裙楼部分为框架结构，局部存在框支转换结构和大跨度框架结构，楼盖选用钢筋混凝土梁板体系，典型结构布置。

计算嵌固层选定为地下室顶板场地地基岩土种类复杂、不均一，起伏变化大，通过对各勘探孔进行土层厚度分析，结合超高层墙柱底荷载大的情况，选用旋挖成孔混凝土灌注桩基础，以微风化岩（frp=15MPa）为桩端持力层3结构超限情况及抗震性能目标根据文献[2]及[3]的有关规定，本工程属于高度超限建筑（超B级高度限值），存在楼板不连续、尺寸突变、构件间断和穿层柱等不规则项综合建筑结构体系和超限情况，结构抗震性能目标选定为C级（1、3、4），各构件抗震性能目标见图1结构层间位移角限值为：小震弹性1/1000，大震弹塑性1/120图1结构各构件抗震性能目标4计算分析及结果根据性能目标，分别采用不同软件和不同的计算方法对结构进行分析论证以SATWE为主要计算主程序进行小震、中震和大震等效弹性分析，采用YJK进行小震弹性校核对比和弹性时程补充分析，同时补充了大震作用下的PUSH&EPDA静力推覆和STRAT动力弹塑性分析论证4.1小震弹性分析本工程进行了多塔和单塔的弹性分析计算，考虑偶然偏心地震作用、双向地震作用、平扭耦联及施工模拟3等主要参数计算结果见图2，剪重比在底部部分楼层不满足，通过增加计算振型数和放大地震剪力系数调整后可满足要求，其余各主要指标均满足现行规范要求。

图2小震弹性分析结果根据文献[2]的要求，选取了5组天然波和2组人工波补充弹性时程分析地震波有效峰值加速度（36cm/s2）和持续时间（结构基本自振周期的5～10倍，且大于15s）均满足规范要求，且前三个周期的平均地震影响系数与反应谱结果相差不超过20%每条地震波计算的结构底部剪力不小于反应谱计算结果的65%，七条波计算的结构底部剪力平均值不小于反应谱计算结果的80%时程分析的剪力、弯矩、位移和位移角曲线与反应谱计算所得的曲线相似，指标结果均满足规范要求4.2中、大震作用下弹性和不屈服分析按性能目标对结构进行中、大震作用下的等效弹性计算随着地震力增大，构件塑性铰陆续开展，计算时适当考虑结构阻尼比增加和连梁刚度折减，不考虑与抗震等级有关的构件内力调整系数弹性分析和不屈服分析时，材料强度分别为设计值和标准值由计算分析可见：（1）中震作用下，关键构件和普通竖向构件均满足抗弯不屈服和抗剪弹性，耗能构件抗弯和抗剪均不屈服其中部分剪力墙的抗弯计算配筋和抗剪计算配筋比小震时要大，部分框架梁和连梁的抗剪计算配筋比小震时要大2）大震作用下，底部加强区剪力墙可满足抗剪不屈服，其余剪力墙满足抗剪截面，框支转换梁和转换柱均满足抗弯不屈服和抗剪不屈服，耗能构件大部分屈服。

其中部分剪力墙的抗剪计算配筋比小震和中震时要大3）剪力墙的剪应力满足性能目标要求4）中震不屈服作用下，局部墙肢出现拉应力图3单塔大震静力推覆分析结果4.3大震弹塑性分析为清晰揭露大底盘双塔的整体抗震受力状况，还采用STRAT对多塔进行了动力弹塑性分析，模型分析中梁柱墙采用纤维单元，楼板采用分层壳纤维单元，由基本纤维的拉压非线性本构特性（单向/二维），实现构件的非线性性能及整体结构的非线性性能选取了2组天然波和1组人工波进行分析计算，所选地震波满足文献[2]及[3]的要求计算结果显示：（1）X方向最大层间位移角为1/196（塔1）和1/235（塔2）；Y方向最大层间位移角为1/188（塔1）和1/149（塔2）大震作用下结构处于稳定状态，满足“大震不倒”的抗震设防目标2）结构在X、Y方向基底剪力最大值为182343kN和193914kN，对应的剪重比为5.94%和6.32%3）X、Y两个方向顶点位移的平均值分别为0.63m（塔1）和0.72m（塔1）、0.47m（塔2）和0.80（塔2）大震下整体响应指标满足规范设计要求4.4楼板应力分析裙楼结构平面尺寸约为52m×142m，裙楼中部未设分缝，应用PMSAP程序按弹性板6进行分析，揭露大底盘裙楼楼板在中震不屈服作用下的应力分布。

同时，考虑由温度变化（温差绝对值为20℃）而引起裙楼楼板的应力变化情况，裙楼屋面25.2米双向大跨度结构在重力作用下的楼板应力情况4.5大跨度屋面舒适性分析裙楼屋面25.2米双向大跨度处，上部设置游泳池，为保证其舒适性使用，采用了STRAT进行舒适度分析选用竖向地震反应谱和人行加速度时程波输入，经分析：（1）在竖向地震反应谱作用下，最小频率3.8Hz2）采用时程分析计算，其加速度最大值0.018m/s23）在恒载和活载作用下，大跨度结构梁在长期刚度下的挠度最大值为24mm，挠度与跨度比值1/1050主要指标均满足规范限值要求4.6穿层柱分析本工程存在主要受力结构柱首～二层穿层的情况应用MidasGen2014进行模拟分析，选择相应的穿层柱，在柱顶端施加单位集中力，求得穿层柱屈曲模态，再得出相应临界荷载系数值然后，应用欧拉失稳公式Pcr=π2EI/（μL）2，反算出计算长度μL，以此求得穿层柱的计算长度系数将各穿层柱的计算长度系数输入整楼模型中，进行大震作用下考虑P-Δ作用效应的验算，验算结果显示，强度和稳定满足规范要求5主要加强措施通过上述论证分析，本工程结构能满足竖向荷载和风荷载作用下的有关指标，且能满足抗震设防目标。

结合各构件性能目标要求和薄弱部位的加强方向，采用如下加强措施：（1）剪力墙底部加强区提高墙身分布筋最小配筋率至0.50%2）转换梁和转换柱构件内设置型钢加强构件的承载能力和延性性能3）提高中震不屈服作用下受拉墙肢的墙身竖向分布筋最小配筋率至0.5%，提高暗柱的纵向配筋率，满足墙肢受拉力要求4）裙楼二～五楼板板厚加强至150mm，配置双层双向10@150，裙楼屋面25.2米双向大跨度结构梁及相连结构柱均设置型钢，相邻跨部位延伸2/3跨范围内均设置钢骨混凝土结构梁，加强其强度和刚度6结束语带底盘多塔超限高层建筑，功能使用要求高，结构体系应用种类多，通过基于性能的抗震设计方法进行了详细的计算分析论证，使得建筑物满足抗震设防要求针对此类项目，在设计概念和方法论上可以归纳如下：（1）选用合理的结构体系，清晰判断结构超限类别和不规则程度，提出适宜的抗震性能目标2）针对设定的性能目标要求，对结构进行详细整体分析，存在薄弱和软弱部位补充更深层次的论证分析，并对提出相应的加强措施3）具体分析考虑不同工况组合，以揭露最不利状况的实际受力，避免盲目的全工况考虑包络或仅单工况考虑不周4）复杂结构体系应采用多种不同程序进行分析，对比分析论证结果，以保证分析结论的可靠性。

Reference：[1]GB50011-2010.建筑抗震设计规范（2016年版）[S].中国建筑工业出版社，2016.[2]JGJ3-2010.高层建筑混凝土结构技术规程[S].中国建筑工业出版社，2011.[3]中华人民共和国住房和城乡建设部.超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点：建质[2015]67号[S].2013.  -全文完-。