關于曼哈頓商業(yè)廣場的抗震結構設計分析

1、<p>　　關于曼哈頓商業(yè)廣場的抗震結構設計分析</p><p>　　摘要：本文主要介紹曼哈頓商業(yè)廣場抗震結構設計超限情況，并對結構超限抗震加強措施進行分析。 </p><p>　　關鍵詞: 曼哈頓商業(yè)廣場；抗震；結構設計 </p><p>　　中圖分類號：TU318文獻標識碼： A </p><p><b>　　1、工程

2、概況 </b></p><p>　　曼哈頓商業(yè)廣場位于徐州市睢寧縣，西側緊鄰文學路，南側為元府路，總建筑面積（含地下）為：86918 平方米。地上建筑為：2棟高層住宅樓，建筑高度97.2米，采用部分框支剪力墻結構，為B級高度高層建筑；4層商業(yè)裙房，高度21.45米，采用框架結構。地下部分為：二層（塔樓范圍為局部三層）地下車庫，兼為設備房及人防地下室，埋深約為11米。地地面相對標高在22.2～23m之間

3、。該場地地下水抗浮設防水位按高程22.0米考慮。地下水對混凝土結構及鋼筋混凝土結構中的鋼筋具微腐蝕性。 </p><p>　　2、抗震設計的理論 </p><p>　　2.1 擬靜力理論 </p><p>　　擬靜力理論在估計地震對結構的作用時，假定結構為剛性，地震力水平作用在結構或構件的質量中心上。地震力的大小等于結構的重量乘以一個比例常數(shù)。 </p>

4、<p>　　2.2 反應譜理論 </p><p>　　反應譜理論基于強地震動加速度觀測記錄的增多和對地震地面運動特性的進一步了解，以結構動力反應特性研究為基礎，是加州理工學院的一些研究學者對地震動加速度記錄的特性進行分析后取得的一個重要成果——動力理論。 </p><p><b>　　2.3 動力理論 </b></p><p>　

5、　動力理論也稱地震時程分析理論，它把地震作為一個時間過程，選擇有代表性的地震動加速度時程作為地震動輸入，建筑物簡化為多自由度體系，計算得到每一時刻建筑物的地震反應，從而完成抗震設計工作。 </p><p>　　3、地基基礎與地下室設計 </p><p><b>　　3.1地下室 </b></p><p>　　地下室共兩層，負一層層高為5.4m,

6、負二層層高為4.8m。地下室平面尺寸約為99米×93米，不設置永久性伸縮縫。采取設置若干條后澆帶，用來減少砼的早期收縮的不利影響，同時調節(jié)塔樓與裙房之間的沉降差異。 </p><p>　　地下均采用梁板結構。主要功能為商業(yè)、車庫、設備房。地下一層塔樓投影范圍內抗震等級同上部結構，其余部分逐層遞減。地下室外墻受土壓力，水壓力及地面堆載，上部荷載作用，擬采用地下室外墻厚為350~400mm。地下室底板、外墻

7、、頂板等臨土臨水結構構件采用結構自防水，抗?jié)B砼強度等級為P8，砼強度等級為C35。 </p><p><b>　　3.2地基基礎 </b></p><p>　　本工程依據(jù)巖土工程勘察報告，塔樓采用預制樁基礎，裙房地下室采用筏板基礎，并布置一定數(shù)量的抗拔樁。有效樁長約18~22m。塔樓以層⑨中砂，樁端極限阻力標準值7000kPa，計算抗壓承載力特征值為2200kN。裙樓

8、筏板以層⑤粘土層為基底持力層，修正后承載力特征值fak=320kPa。由于地下水位較高，需配置一定數(shù)量的抗拔樁。計算單樁抗拔承載力特征值為900kN?；鶚冻休d力最終取值均以靜載試驗為最終依據(jù)。地下室底板兼為基礎筏板，一般厚度600mm，柱底局部加厚，滿足沖切的要求。筏板砼強度等級為C35。墊層厚度為100mm，砼強度等級為C15。因地下室平面尺寸較大，屬超長鋼筋砼結構，為減少砼收縮及溫差所引起的砼開裂，采用無縫設計。擬從地下室頂板至地下

9、室底板(含地下室外墻)設置間距為30m左右的施工后澆帶若干條，同時摻入外加劑（膨脹劑）以改善砼的抗裂性能。 </p><p>　　塔樓與裙樓之間設置超前止水后澆帶，滿足裙樓施工完畢后的停止降水要求。同時，該后澆帶保留至塔樓施工接近頂層，減小裙樓、塔樓之間的沉降差異造成的影響。 </p><p>　　3.3地下室頂板嵌固 </p><p>　?、?地下室頂板的板厚18

10、0mm，并采用雙層雙向配筋。 </p><p>　?、?塔樓投影外擴2跨范圍內的地下一層的等效剪切剛度大于地上一層的2倍。 </p><p>　?、?當?shù)叵率翼敯宓慕蛋甯卟畛^周邊梁寬時，降板區(qū)域的板邊采取加腋措施，以保證水平力的有效傳遞。 </p><p>　?、?地下一層的抗震等級按對應上部結構的抗震等級采用（按投影范圍確定），以下各層抗震等級逐層遞減 <

11、/p><p>　　根據(jù)《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》（JGJ3-2010）5.1.13條規(guī)定，本建筑為超限高層結構，需要進行多遇地震彈性時程分析。采用中國建筑科學研究院編制的結構分析程序進行分析，建立分層模型，將各樓層的質量集中于樓層處，形成彈性多質點體系，然后輸入地震波（數(shù)字化地震地面運動加速度）進行時程動力分析，可得結構各點的位移、速度和加速度反應，由位移反應計算結構內力。 </p><p&g

12、t;　　4、結構體系的選擇和罕遇地震下剪力墻底部加強區(qū)部位抗剪承載力計算 </p><p>　　本工程結構形式為部分框支剪力墻結構 </p><p>　　塔樓層數(shù)為31層，整體高度97.75m，為B級高度高層建筑。建筑平面尺寸為42.1×19.2m，高寬比為5，滿足《高規(guī)》表3.3.2最大適用限值（5）。 </p><p>　　結構平面布置均勻，較對稱。典

13、型平面布置見下圖： </p><p>　　圖1標準層平面布置圖2框支層平面布置 </p><p>　　取大震不屈服計算模型中剪力較大的墻肢剪力進行截面抗震驗算：VGE+VEk≤0.15fckbh0 </p><p>　　圖3底層部分墻編號圖表4剪力墻受剪截面承載力驗算 </p><p>　　根據(jù)上表計算結果所示，剪力墻抗剪截面驗算均滿足要求。

14、框支柱柱底剪力均較小，均可滿足抗剪截面驗算的性能要求。 </p><p>　　5、結構超限的抗震加強措施 </p><p>　　5.1采用兩個不同力學模型的空間分析程序SATWE、MIDAS Gen對結構進行彈性內力分析，采用MIDAS Gen對結構進行靜力彈塑性分析，驗證本工程在各種受力狀態(tài)下的各項指標，以滿足各項要求。 </p><p>　　5.2 靜力推覆分析

15、中，中、低區(qū)域的連梁率先出現(xiàn)受彎屈服。隨著側向荷載加大，底部加強區(qū)剪力墻開始出現(xiàn)塑性鉸。查看底部加強區(qū)剪力墻構件內力，控制內力為拉力和彎矩組合，即周邊剪力墻主要破壞形態(tài)為拉彎破壞。因此，可適當提高底部加強區(qū)的剪力墻整體的縱筋配筋率（0.6~0.8%），提高其拉彎承載能力，以滿足中震不屈服的要求。 </p><p>　　5.3底部加強區(qū)剪力墻出現(xiàn)塑性鉸后，隨著側向荷載加大，7~9層有少量剪力墻進入塑性狀態(tài)。因此，除

16、底部加強區(qū)外，7~9層部分剪力墻也應適當加強配筋，即符合規(guī)范要求的設置過渡區(qū)要求（《高規(guī)》7.2.4條）。過渡區(qū)剪力墻構造邊緣構件的縱筋、配箍適當加大。 </p><p>　　5.4結構在框支轉換后，落地剪力墻數(shù)量較少。為此，對落地剪力墻、框支柱尺寸進行了加厚、加大，以滿足框支層上下側向剛度比、等效側向剛度比的要求。同時，小震彈性階段，仍手動指定框支層及其下層為薄弱層，進行薄弱層地震力放大。 </p>

17、<p>　　5.5 對框支層樓板采取加強措施?？蛑訕前搴穸热?30mm，核心筒區(qū)域樓板應力較大，加厚至280mm。采用雙層雙向配筋最小配筋率不小于0.25%，局部應力較大區(qū)域尚應附加配筋。 </p><p>　　5.6 對結構重要構件，如：框支框架、落地剪力墻、底部加強區(qū)剪力墻均采用性能設計的方法，滿足中震不屈服、大震抗剪不屈服的要求。 </p><p>　　5.7 底層角

18、柱設置型鋼，增強其延性的同時，加大其拉彎承載能力。 </p><p><b>　　結論： </b></p><p>　　當側向荷載到達大震水平時，結構多數(shù)構件處于彈性狀態(tài)，部分構件出現(xiàn)屈服。從推覆能力曲線上可以看出，結構側向剛度出現(xiàn)輕微弱化。在大震下，框支柱及落地剪力墻均沒有出現(xiàn)屈服。因此，有如下結論： </p><p>　　①在X及Y向推覆力

19、下，塑性鉸主要發(fā)生在連梁、框架梁及部分剪力墻，其中連梁、框架梁發(fā)生在建筑物的中部及下部，剪力墻發(fā)生在建筑物下部。符合預期的底部加強區(qū)的設計位置。 </p><p>　?、谠谕聘埠奢d作用下，中部連梁首先屈服，并逐漸向上部及下部擴展。 </p><p>　?、圬Q向構件：底部剪力墻首先開始進入屈服，并逐步向上延伸，隨著側向荷載加大，7~9層有少量剪力墻進入塑性狀態(tài)。由于底部剪力墻底端出現(xiàn)抗彎屈服

20、時，剪力墻頂端尚未抗彎屈服，因而，剪力墻所受的剪力呈現(xiàn)下降的趨勢，表明此時結構內力出現(xiàn)塑性重分布。 </p><p>　　④結構體系在性能目標點對應的地震力作用下，結構沿Y向的層間位移角1/322出現(xiàn)在14層，X向層間位移角1/330出現(xiàn)在13層，兩個方向的層間位移角均滿足性能目標最大彈塑性層間位移角限值1/135。 </p><p>　　⑤通過結構在大震下的變形和塑性鉸出現(xiàn)的位置和發(fā)展狀