南通某超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析

1、<p>　　南通某超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析</p><p>　　摘要：以實際工程為實例，對B級高度的超高層框架核心筒結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程進行概述，提供本工程的主要設(shè)計參數(shù)，并提出抗震性能設(shè)計目標(biāo)，采用SATWE與MIDAS兩套軟件對比計算，供類似工程參考。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：B級高度框架核心筒超限高層抗震性能設(shè)計 </p><p>　　中圖分類號： TU

2、352.1文獻標(biāo)識碼： A </p><p><b>　　1. 工程簡介 </b></p><p>　　本項目位于江蘇省南通市新城區(qū)核心位置，毗鄰中央CBD中南世紀(jì)城，地上建筑共分為6棟樓（1#~6#），包括綜合商業(yè)、超高層酒店、高層商辦、文化產(chǎn)業(yè)、超市及地下車庫。項目總建筑面積約24.15萬平方米（地上約18.85萬，地下約5.3萬）；2號樓超高層酒店地上單體總建筑

3、面積約5.6萬平方米，位于整體大地下室之上，抗震設(shè)防烈度為7度（南通為6度設(shè)防區(qū)域，因本工程為大型公建，故按7度設(shè)防）；抗震設(shè)防類別為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類(丙類)；結(jié)構(gòu)形式為框架核心筒結(jié)構(gòu)；框架及核心筒抗震等級均為一級。 </p><p>　　2．超高層酒店結(jié)構(gòu)基本形式 </p><p>　　本工程由裙房與塔樓構(gòu)成，二者連為整體，無抗震縫。塔樓部分采用框架-核心筒結(jié)構(gòu)，重力荷載主要由鋼筋混凝土樓蓋傳

4、到核心筒以及周邊的框架上，然后由核心筒、框架把重力荷載傳到基礎(chǔ)。 </p><p>　　裙房部分較低，采用僅設(shè)置框架柱即可滿足計算要求。 </p><p>　　側(cè)向荷載：地震作用和風(fēng)荷載由外框架和核心筒把作用力和荷載傳到基礎(chǔ)。 </p><p>　　裙房層平面：平面長x寬=100.6mx 30.0m。 </p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)層平面：平面長

5、x寬=46.9mx 30.0m。 </p><p>　　核心筒長20.6m，寬9.6米，核心筒的總高與寬度的比值為148.6/9.6=15.5；Y向剛度相對較弱，如何加強Y向剛度為主要控制要點，針對這一不足，根據(jù)核心筒墻體的布置特點，采取了適當(dāng)增加翼墻厚度，充分發(fā)揮組合墻體整體效應(yīng)，提高核心筒在Y向的抗側(cè)剛度； </p><p>　　Y向邊榀框架不連通，對Y向位移控制不利；框架柱的截面變化

6、盡量有利于Y向位移控制，X向收進； </p><p>　　裙房高度主屋面高度15.7m，為塔樓高度的0.106<0.2，滿足規(guī)范要求； </p><p>　　上部塔樓質(zhì)心與裙房底盤質(zhì)心偏差約為11m，為底盤長度的11%<20%； </p><p><b>　　3．結(jié)構(gòu)布置特點 </b></p><p>　　3

7、.1 底部平面尺度狹長： 2#底部商業(yè)單體長寬約為100mX30m，長方向超過規(guī)范限值較多，對單體長度超長的結(jié)構(gòu)設(shè)計，需采取有效措施防止由于混凝土收縮和溫度應(yīng)力造成的建筑物開裂；板面設(shè)置貫通溫度鋼筋，單層單向配筋率不小于0.15%，加強樓板防裂性能，施工期間在適當(dāng)位置設(shè)置施工后澆帶，后澆帶內(nèi)板鋼筋均按搭接處理，以釋放混凝土早期收縮應(yīng)力，選擇合適的溫度條件封閉后澆帶，盡量減少溫度應(yīng)力對正常使用的影響；適當(dāng)加強受溫度應(yīng)力影響較大的構(gòu)件配筋。

8、 </p><p>　　3.2B級高層：酒店總高度約148.65m,采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架-核心筒結(jié)構(gòu)，根據(jù)《南通市建設(shè)工程抗震設(shè)防管理辦法》的相關(guān)規(guī)定，此結(jié)構(gòu)單體應(yīng)按七度標(biāo)準(zhǔn)抗震設(shè)防，按規(guī)范的相關(guān)規(guī)定，屬于B級高度的高層建筑；根據(jù)《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項審查技術(shù)要點（建質(zhì)〔2010〕109號）》的相關(guān)規(guī)定，屬需進行“超限高層抗震專項審查”的超限高層建筑。 </p><p>　　3.

9、3 立面收進變化大：底部商業(yè)大部分為三層，局部四層，收進尺度較大，但收進部分高度與房屋高度之比不大于0.2，不屬于結(jié)構(gòu)豎向不規(guī)則；大底盤的偏心率不大于15%，不屬于豎向不規(guī)則范圍。 </p><p>　　3.4 局部開洞：酒店入口設(shè)置二層通高大堂，局部開洞，形成二根穿層柱，設(shè)計時應(yīng)核對穿層柱的計算長度系數(shù)，柱配筋應(yīng)滿足長度系數(shù)修正后計算結(jié)果。 </p><p>　　3.5 大量短柱：建筑總

10、高度較高，單柱荷載較大，大量框架柱的柱凈高與截面高度之比不大于4，柱箍筋應(yīng)按規(guī)范要求全高加密。 </p><p><b>　　4．結(jié)構(gòu)設(shè)計分析 </b></p><p>　　4.1 計算程序及主要參數(shù)：主體結(jié)構(gòu)采用由中國建筑科學(xué)研究院PKPMCAD工程部編制的《多層及高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析與設(shè)計軟件SATWE》（2010版）進行整體分析，北京邁達斯技術(shù)有限公司開發(fā)

11、的《三維建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計軟件MIDAS》（版本號：V2011）進行補充計算，其中小震反應(yīng)譜計算采用SATWE和MIDAS，小震彈性時程計算采用SATWE。多遇地震下參數(shù)選取按規(guī)范參數(shù)與安評參數(shù)計算的基底剪力較大者采用，經(jīng)比較安評參數(shù)基底剪力較大，故多遇地震動參數(shù)按安評采用。 </p><p>　　主要計算參數(shù)詳見下表： </p><p>　　4.2SATWE與MIDAS計算結(jié)果匯總： &

12、lt;/p><p>　　4.2.1 結(jié)構(gòu)質(zhì)量分布： </p><p>　　SATWE：結(jié)構(gòu)總質(zhì)量10.88萬噸，恒載9.97萬噸，活載0.91萬噸，平均每平方米恒載1.588噸，每平方米活載0.122噸。 </p><p>　　MIDAS：結(jié)構(gòu)總質(zhì)量10.88萬噸，恒載9.97萬噸，活載0.91萬噸，平均每平方米恒載1.588噸，每平方米活載0.122噸。 </p

13、><p>　　4.2.2 結(jié)構(gòu)周期及位移指標(biāo)： </p><p><b>　　周期指標(biāo)： </b></p><p>　　4.3 小震彈性時程分析結(jié)果 </p><p>　　根據(jù)建筑抗震設(shè)計規(guī)范GB50011-2010第5.1.2條規(guī)定，本建筑為一般不規(guī)則高層結(jié)構(gòu)，應(yīng)進行彈性動力時程分析。計算分析時采用由PKPM提供的2條天然

14、波和1條人工波，分別為RH3TG055（人工波），TH3TG055（天然波），TH4TG055（天然波），三條地震波均包括X，Y兩個方向的輸入分量，主次方向峰值加速度比值為1：0.85。 </p><p>　　時程法結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)計算結(jié)果： </p><p>　　地震波時程特性與CQC對比結(jié)果： </p><p>　　結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)體系無明顯薄弱層，且每條時程曲線計算

15、得到的結(jié)構(gòu)底部剪力均大于CQC法的65%，三組時程曲線計算得到的底部剪力平均值大于CQC法計算得到的底部剪力的80%，彈性時程分析結(jié)果滿足規(guī)范要求。 </p><p>　　5． 構(gòu)件抗震設(shè)計性能目標(biāo) </p><p>　　針對不同結(jié)構(gòu)部位的重要程度，設(shè)計采用了不同的抗震性能目標(biāo)，如下： </p><p>　　6．結(jié)構(gòu)超限設(shè)計及計算措施 </p><

16、;p>　　1）、地震參數(shù)選取按“安評參數(shù)”及“規(guī)范參數(shù)”計算后基底剪力大者取用。 </p><p>　　2）、嚴(yán)格按規(guī)范要求控制剪力墻、框架柱的軸壓比（剪壓比），保證剪力墻、框架柱的延性，從而提高整個結(jié)構(gòu)的變形能力。 </p><p>　　3）、裙房屋面層樓板按規(guī)范要求加厚，并采用雙層雙向配筋加強。 </p><p>　　4）、底部加強區(qū)墻體中震受拉，鋼筋配置

17、按中震不屈服控制，鋼筋連接采用機械“A”級接頭予以加強。 </p><p>　　5）、穿層柱采用全高設(shè)置箍筋增強其延性設(shè)計，滿足中震彈性。 </p><p>　　6）、內(nèi)隔墻采用輕質(zhì)填充墻，盡量減輕結(jié)構(gòu)的自重，減小地震作用。 </p><p>　　7）、對裙房層頂層樓板補充應(yīng)力計算，并根據(jù)計算結(jié)果采取中震不屈服進行加強。 </p><p>　

18、　8）、對穿層柱的設(shè)計剪力和彎矩取值不小于該層其它柱的剪力和彎矩設(shè)計值。 </p><p>　　9）、對關(guān)鍵構(gòu)件進行抗震性能化設(shè)計，滿足抗震性能目標(biāo)要求。 </p><p>　　10）、采用PUSH對結(jié)構(gòu)進行罕遇地震下的彈塑性靜力時程分析，以考察結(jié)構(gòu)在罕遇地震下的抗震性能，對分析中發(fā)現(xiàn)的薄弱部位采取相應(yīng)的加強措施，保證重要部位不屈服，并控制整體結(jié)構(gòu)的塑性變形滿足規(guī)范1/100要求。 <

19、;/p><p><b>　　7．結(jié)語 </b></p><p>　　本文概述了對該B級高度塔樓結(jié)構(gòu)體系的研究、線彈性分析、彈性時程分析及構(gòu)件的驗算。各層面的分析結(jié)果表明目前的結(jié)構(gòu)方案可以滿足本文中所制定的目標(biāo)，各項性能指標(biāo)均符合國家現(xiàn)行規(guī)范要求，該工程結(jié)構(gòu)體系成立，是安全可行的。主要的分析結(jié)論如下： </p><p>　?。?）該結(jié)構(gòu)整體位移指標(biāo)為

20、地震荷載控制，小震作用下的最大層間位移角為1/902，風(fēng)荷載下的最大層間位移角為1/1412，均滿足規(guī)范小于1/800的要求；大震作用下最大彈塑形層間位移角為1/228，滿足規(guī)范小于1/100的要求。 </p><p>　?。?）筒體剪力墻滿足中震抗剪彈性、中震抗彎不屈服及大震作用下截面限制的要求。 </p><p>　　（3）躍層的框架柱滿足中震抗剪彈性、中震抗彎不屈服的要求。 <

21、/p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　1.《南通市建設(shè)工程抗震設(shè)防管理辦法》（通政發(fā)〔2009〕39號） </p><p>　　2.《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項審查技術(shù)要點》（建質(zhì)[2010]109號） </p><p>　　3. 《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB 50010-2010) <