房產(chǎn)建筑論文超限高層建筑結(jié)構(gòu)

　　這篇房產(chǎn)建筑論文論述了該項(xiàng)目的超限情況、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、彈性計(jì)算分析、彈塑性時(shí)程分析、基于性能的抗震設(shè)計(jì)分析，以及針對(duì)薄弱部位和超限情況所采取相對(duì)應(yīng)的抗震措施等內(nèi)容。結(jié)構(gòu)分析結(jié)果表明，該結(jié)構(gòu)各項(xiàng)指標(biāo)均符合國家規(guī)范要求，具有良好的抗震性能。本文基于性能抗震設(shè)計(jì)的分析應(yīng)用是合理有效的，可為同類超限工程提供一定的參考意義�！�住宅與房地產(chǎn)》以推動(dòng)我國城鎮(zhèn)住房制度改革，推動(dòng)城鎮(zhèn)住宅建設(shè)和房地產(chǎn)業(yè)的體制改革與健康發(fā)展為辦刊宗旨，探索發(fā)展我國社會(huì)主義房地產(chǎn)市場，解決城鎮(zhèn)住房問題，提高人民居住水平的途徑，在住宅與房地產(chǎn)領(lǐng)域的理論和實(shí)踐間架橋鋪路。

　　摘要:某工程具有B級(jí)高度、側(cè)向剛度不規(guī)則、豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)等超限問題。文章以其為案例，分析其結(jié)構(gòu)抗震性能及不規(guī)則程度，并運(yùn)用基于性能抗震設(shè)計(jì)的方法，從宏觀上提出結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)。通過彈塑性時(shí)程分析研究結(jié)構(gòu)在大震下的塑性鉸出現(xiàn)順序和各構(gòu)件的破壞情況，進(jìn)而研究結(jié)構(gòu)的耗能機(jī)構(gòu)和破壞機(jī)制，判定薄弱部位并采取有效的抗震措施，以達(dá)到預(yù)期的性能目標(biāo)和性能水準(zhǔn)。結(jié)構(gòu)分析結(jié)果表明，該結(jié)構(gòu)各項(xiàng)指標(biāo)均符合國家規(guī)范要求，具有良好的抗震性能，基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法是合理有效的。

　　關(guān)鍵詞:超限高層;性能抗震設(shè)計(jì);彈塑性時(shí)程分析;塑性鉸

　　1工程概況

　　該工程位于成都市龍泉驛區(qū)世紀(jì)廣場的東北方向，占地面積約1.33hm2，地塊呈較規(guī)則的矩形;地上36層，地下2層，建筑總高度169m，總建筑面積約為88018m2。大樓使用功能設(shè)定為甲級(jí)寫字樓，其中地下一層、二層為汽車庫及設(shè)備用房、廚房;地上一層為大樓門廳、管理用房等;二～三層為餐廳;四～六層為茶房、健身、會(huì)議;七～三十三層均為辦公(十四、二十六為避難層，二十五層為會(huì)議層);三十四層為避難層和設(shè)備層;三十五層為會(huì)所層;三十六層為會(huì)所夾層。地下室底板頂面埋深-10.800m。房屋層高:地下室為5.4m，七層及以下為5.4m、4.5m，上部塔樓主要為4.0m，個(gè)別樓層為4.5m、5.4m。

　　2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　丙類建筑，安全等級(jí)為二級(jí)，設(shè)計(jì)使用年限為50年。設(shè)防烈度7度(0.10g)，設(shè)計(jì)地震分組為第三組，場地類別為Ⅱ類，場地特征周期取0.45s，多遇地震影響系數(shù)最大值取αmax=0.094(根據(jù)安評(píng)報(bào)告);地面粗糙類別為B類，基本風(fēng)壓取為0.35kN/m2(按100年重現(xiàn)期的風(fēng)壓值)。

　　2.1塔樓

　　該工程建筑總高度為169m，為B級(jí)高度的高層建筑。塔樓采用框架-核心筒結(jié)構(gòu)，地面以上框架柱大多數(shù)為凸字形，框架柱截面從1300mm×1300mm逐漸變到1300mm×600mm，核心筒外圍剪力墻厚度由800mm變到400mm。核心筒內(nèi)部剪力墻厚度為200mm～300mm。框架柱及剪力墻混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C60-C30。上部塔樓結(jié)構(gòu)布置采用單向梁體系，梁間距2250mm，梁兩端分別支承于核心筒和外圍框架梁、柱上，角部為雙向梁。辦公區(qū)的建筑空間凈空要求梁高不大于800mm，外圍框架梁截面為400mm×750mm，內(nèi)部框架梁截面為300mm×750mm。塔樓內(nèi)樓板厚度100mm，會(huì)所及夾層樓板厚120mm，根據(jù)建筑功能要求，一層局部抽柱，采用型鋼混凝土梁柱轉(zhuǎn)換。

　　2.2地下室

　　該工程塔樓與地下室連成整體，地下室采用框架結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆梁板體系。柱混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C60，梁板混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30。地下一層板厚120mm;一層作為塔樓的嵌固層，板厚180mm。

　　2.3結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)

　　該工程塔樓及塔樓地下室框架的抗震等級(jí)為一級(jí)、剪力墻為一級(jí);塔樓外地下框架抗震等級(jí)為三級(jí)。

　　2.4地基基礎(chǔ)

　　該工程塔樓采用樁筏基礎(chǔ)，筏板厚3.0m，樁為人工挖孔樁，樁長20m，樁身直徑1.5m，樁底擴(kuò)大頭4m，以中風(fēng)化～微風(fēng)化泥巖為樁端持力層，單樁承載力23950kN，間距5.5m梅花型滿堂布置。純地下室采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)加防水板，置于粘土層上，地基承載力特值fak不小于220kPa。

　　3超限情況

　　[1](1)該工程屬于B級(jí)高度的框架核心筒結(jié)構(gòu)。(2)不滿足規(guī)范“相鄰層剛度變化不大于70%或連續(xù)三層變化不大于80%”的要求，但很接近。(3)豎向構(gòu)件不連續(xù)，在二層抽了兩根柱，采用型鋼桁架，型鋼柱轉(zhuǎn)換。

　　4抗震性能目標(biāo)

　　該工程的超限情況主要為高度超限，沿建筑外圍設(shè)較密的框架柱，雖不滿足筒中筒的條件，但近似筒中筒的工作機(jī)理�？拐鹦阅茌^好，故將抗震性能目標(biāo)預(yù)定為D級(jí)[3]。(1)小震:主體結(jié)構(gòu)震后不受損壞，允許個(gè)別延性構(gòu)件出現(xiàn)輕微裂縫，不需修理即可繼續(xù)使用。(2)中震:主體結(jié)構(gòu)震后產(chǎn)生一定的損壞，重要構(gòu)件輕微損壞，連梁及框架梁等耗能構(gòu)件出現(xiàn)中等程度損壞，有明顯的裂縫;經(jīng)過一般性修理后仍可繼續(xù)使用。(3)大震:主體結(jié)構(gòu)震后發(fā)生明顯損壞，大部分構(gòu)件進(jìn)入屈服，有明顯的裂縫;連梁及框架梁等耗能構(gòu)件嚴(yán)重?fù)p壞;結(jié)構(gòu)不發(fā)生倒塌，人員生命安全可以得到保證。

　　5結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

　　5.1整體計(jì)算結(jié)果

　　采用SATWE和PMSAP兩種軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)彈性階段的計(jì)算分析，并將兩者計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，采用合理值進(jìn)行設(shè)計(jì)如表1所示

　　5.2彈性計(jì)算分析

　　(1)扭轉(zhuǎn)周期比為0.69，說明結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)不大，結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件布置較合理。(2)最大扭轉(zhuǎn)位移比為1.19，說明結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)剛度較好，結(jié)構(gòu)平面布置較好。(3)結(jié)構(gòu)前兩個(gè)周期均為平動(dòng)周期，振型分布合理，衰減較快，達(dá)到了較理想的效果。(4)層間位移角曲線平滑，無突變，結(jié)構(gòu)豎向剛度均勻，無明顯薄弱層。(5)柱的最大軸壓比為0.73，剪力墻的最大軸壓比為0.50，如圖2所示。軸壓比控制較好，可以保證在大震下結(jié)構(gòu)的延性。(6)從SATWE和PMSAP兩種不同力學(xué)計(jì)算模型的彈性計(jì)算結(jié)果可以看出，其主要計(jì)算指標(biāo)比較吻合，無明顯差異，構(gòu)件的配筋基本一致。計(jì)算結(jié)果與概念設(shè)計(jì)的預(yù)期基本一致，證明計(jì)算結(jié)果的正確性。

　　5.3時(shí)程分析

　　(1)采用SATWE的彈性動(dòng)力時(shí)程分析程序進(jìn)行多遇地震下彈性時(shí)程分析，按建筑場地類別和設(shè)計(jì)地震分組選用了SATWE地震波庫中的兩組實(shí)際地震記錄(TH1TG045和TH2TG045)和《場地地震安評(píng)報(bào)告》提供的擬建場地的兩組場地人工模擬加速度時(shí)程曲線(P5063-1和P5063-2)。由于實(shí)際地震記錄偏小，對(duì)兩組實(shí)際地震記錄的地震力取放大系數(shù)2。多遇地震彈性時(shí)程分析結(jié)果表明:每條時(shí)程曲線計(jì)算所得結(jié)構(gòu)底部剪力不小于振型分解反應(yīng)譜法的65%，多條時(shí)程曲線計(jì)算所得結(jié)構(gòu)底部剪力的平均值不小于振型分解反應(yīng)譜法的80%，計(jì)算結(jié)果滿足“高規(guī)”4.3.5條的要求。(2)采用EPDA軟件進(jìn)行了整體結(jié)構(gòu)的中震動(dòng)力時(shí)程分析，選取一條人工波(P5010-1)和一條天然波(TH1TG045)，時(shí)間步長0.02s，阻尼比為0.05。分析結(jié)果表明，框架柱完好無損，核心筒剪力墻頂部出現(xiàn)裂縫，但不嚴(yán)重;部分構(gòu)架及框架梁端有明顯的裂縫，進(jìn)入屈服階段，如圖4所示，可以實(shí)現(xiàn)中震可修的目標(biāo).(3)采用EPDA軟件進(jìn)行了整體結(jié)構(gòu)的大震動(dòng)力時(shí)程分析，選取一條人工波(P502-1)和一條天然波(TH4TG045)，時(shí)間步長0.02s，阻尼比為0.05，如圖3所示。分析結(jié)果表明，大震下結(jié)構(gòu)塑性層間位移角滿足規(guī)范要求，核心筒剪力墻出現(xiàn)一定數(shù)量的裂縫，但不嚴(yán)重，塑性鉸主要出現(xiàn)在剪力墻連梁或框架梁端上，如圖3所示，為理想的“梁鉸”機(jī)構(gòu)，具有良好的耗能能力，達(dá)到性能設(shè)計(jì)的目標(biāo)。

　　5.4性能抗震設(shè)計(jì)分析

　　(1)通過大震下的塑性鉸分布圖，并結(jié)合圖4和圖5可以看出，隨著時(shí)程分析的進(jìn)行，頂部混凝土構(gòu)架梁端首先出現(xiàn)塑性鉸，接著頂部剪力墻出現(xiàn)受拉裂縫，而后框架梁端和核心筒連梁大量出鉸，最后底部剪力墻部分出現(xiàn)受壓裂縫。(2)梁的塑性鉸主要出現(xiàn)在外圍框架梁和核心筒連梁處，出現(xiàn)大量破壞。墻體有受壓(結(jié)構(gòu)底部)，受拉破壞(結(jié)構(gòu)頂部)，但未出現(xiàn)大量破壞�？蚣苤�完好，未出現(xiàn)破壞。(3)以上分析可見，框架梁和核心筒連梁作為結(jié)構(gòu)的第一道抗震防線，出現(xiàn)大量破壞，吸收和消耗掉大部分地震能量，為合理的“梁鉸”耗能機(jī)構(gòu)和破壞機(jī)制。剪力墻作為結(jié)構(gòu)的第二道抗震防線，墻體頂部和底部出現(xiàn)裂縫，但未出現(xiàn)大量破壞，可判定為結(jié)構(gòu)的“薄弱部位”，設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)該部分采取有效的加強(qiáng)措施�？蚣苤�完好，分析原因?yàn)閲?yán)格控制了柱的軸壓比，安全儲(chǔ)備較多。

　　5.5性能抗震設(shè)計(jì)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)情況

　　(1)小震:彈性時(shí)程分析的結(jié)果與振型分解法的結(jié)果基本一致，結(jié)構(gòu)完好損傷，不需修理即可繼續(xù)使用，能夠?qū)崿F(xiàn)小震的設(shè)計(jì)性能目標(biāo)。(2)中震:核心筒剪力墻頂部出現(xiàn)了輕微的損壞，連梁及框架梁等耗能構(gòu)件發(fā)生中等損壞，進(jìn)入屈服階段，整體結(jié)構(gòu)基本完好，經(jīng)修理后可繼續(xù)使用。設(shè)計(jì)時(shí)，按中震不屈服和小震彈性計(jì)算結(jié)果的較大值進(jìn)行剪力墻薄弱部位的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提高整體結(jié)構(gòu)的抗震性能，以滿足中震的性能設(shè)計(jì)目標(biāo)。(3)大震:核心筒剪力墻底部和頂部出現(xiàn)部分裂縫，但不嚴(yán)重。連梁及框架梁大量出現(xiàn)塑性鉸，形成了良好的耗能機(jī)構(gòu)。對(duì)剪力墻薄弱部位采取加強(qiáng)措施后的墻體塑性區(qū)域明顯較少，且通過從嚴(yán)執(zhí)行《高規(guī)》第7.2.16條關(guān)于B級(jí)高度結(jié)構(gòu)剪力墻的相關(guān)規(guī)定[2]，使得整體結(jié)構(gòu)的延性得到一定的提高，具有更好的抗震能力，保證了大震下“壞而不倒”的性能目標(biāo)D的要求，且結(jié)構(gòu)的實(shí)際抗震性能目標(biāo)接近C級(jí)。

　　6超限的處理措施及對(duì)策

　　6.1針對(duì)房屋高度的超限及薄弱部位，采取以下措施

　　(1)結(jié)合建筑造型，沿建筑外圍設(shè)較密的框架柱，從計(jì)算結(jié)果看，設(shè)外圍密柱后結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度較大，最大位移值和層間位移角均較小，有效提高了建筑的安全度和舒適性。(2)加強(qiáng)核心筒底部加強(qiáng)區(qū)及頂部三層墻體的豎向構(gòu)件設(shè)計(jì)。①該部位墻體最小配筋率提高到0.3%，約束邊緣構(gòu)件縱向鋼筋最小構(gòu)造配筋率提高到1.3%，配箍特征值放大1.1倍。②塔樓底部加強(qiáng)區(qū)的框架柱全高采用井字復(fù)合箍，且不小于，以提高框架柱的延性。柱全部縱向鋼筋最小構(gòu)造配筋百分率提高到1.2%;最小配箍特征值比規(guī)范規(guī)定值提高0.01。嚴(yán)格控制加強(qiáng)區(qū)框架柱的軸壓比不超過0.7[2]。(3)其余位置的剪力墻從嚴(yán)執(zhí)行《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》第7.2.16條關(guān)于B級(jí)高度結(jié)構(gòu)剪力墻的相關(guān)規(guī)定。

　　6.2針對(duì)“相鄰層剛度變化不大于70%或連續(xù)三層變化不大于80%”的超限

　　(1)按規(guī)范要求薄弱層地震剪力放大為1.15倍。(2)相關(guān)樓層的墻體最小配筋率提高到0.3%，約束邊緣構(gòu)件縱向鋼筋最小構(gòu)造配筋率提高到1.3%，配箍特征值放大1.1倍。(3)相關(guān)樓層的框架柱全高采用井字復(fù)合箍，且不小于，以提高框架柱的延性。柱全部縱向鋼筋最小構(gòu)造配筋百分率提高到1.2%;最小配箍特征值比規(guī)范規(guī)定值提高0.01。6.3豎向構(gòu)件不連續(xù)，在二層抽了兩根柱(1)采用型鋼桁架，型鋼柱轉(zhuǎn)換，增加構(gòu)件的延性。型鋼梁柱剛接，型鋼柱一直延伸至基礎(chǔ)，自成穩(wěn)定體系。(2)加大與轉(zhuǎn)換桁架相接的框架梁配筋。(3)加厚轉(zhuǎn)換桁架上下弦桿處樓板為150mm，且提高樓板的配筋率到0.5%，以加強(qiáng)對(duì)桁架的平面外約束。

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