深圳某高层结构超限设计

时间:2022-10-13 12:49:22

深圳某高层结构超限设计

【摘要】本文对某超限高层进行设计,根据项目特点进行了整体结构的弹性分析、楼板应力分析、大震弹塑性时程分析及抗连续倒塌分析等,最后提出抗震加强措施。结果表明,结构及构件的抗震性能可以满足设计要求。分析方法可供类似项目参考。

【关键词】超限高层;大震弹塑性;舒适度;楼板应力

1. 工程概况

本项目位于广东省深圳市宝安中心区中央商务区,西临兴业路,北临香湾一路,南临香湾二路,东临滨港一路,由2座塔楼、商业裙房及地下室组成。用地大致成长方形,东西向边长158.13米,南北向边长137.00米,总建筑面积23.85万m2。其中,T1#、T2#塔楼为超高层办公楼,结构高度210.85米;2座塔楼在1~5层相连为裙房,高度为21.2米,地下室4层(深度约16.0m),为超B级高度,高宽比为5.0,因为项目平面长宽比为1,采用框架-核心筒结构体系。地面以上46层,地面以下4层。其中1~4层为商业,5~46层为办公楼,4,20,35层为避难层,嵌固层为首层。周边有幕墙结构包裹。本工程设计使用年限为50年,结构安全等级二级,地基基础设计等级甲级,抗震设防烈度7度,抗震设防类别乙类,场地类别Ⅱ类,设计基本地震加速度峰值0.08g,特征周期根据安评报告为0.35s,地下一层及以上剪力墙及框架柱抗震等级为一级,地下一层及以下剪力墙及框架柱抗震等级为二级和三级,50年基本风压为0.75kN/m2,因为高度超过60m,属风敏感性建筑,设计时按基本风压的1.1倍采用,建筑体型系数取1.40,地面粗糙度为B类。

从平面图中可以看出本结构柱网较大,核心筒长宽为20mx24m.平面布局呈矩形,无凹进。有利于抗震设计。楼板保持连续,无较大开洞,可归为规则平面。在竖向,周边框筒一直延续到塔楼顶部。由于框筒尺寸因强度要求而逐渐减少,框筒体系的刚度随着高度增加而减少。核心筒结构布局沿高度无变化,但随着高度升高,墙体厚度逐渐减少。这有利于避免出现薄弱层。本结构主要为风控,小震不控制,中震有一定富余,在制定抗震设计性能目标时充分考虑了这一特点,整体的抗震性能目标既兼顾了风力作用下的刚度、强度需求,亦保证了结构在不同烈度地震作用的刚度、强度及延性的要求。

办公楼楼层板厚为100,屋面板厚取130;首层结构布置为主梁加大板,室内结构板取180,室外有覆土的取250,局部加腋;地下一层到四层结构布置为塔楼内为主次梁板结构,板厚120,塔楼以外采用无梁加双折斜柱帽裙房、板厚250~350不等。

2. 结构超限及抗震性能目标

本工程根据建质[2010]109号《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》和《广东省超限高层建筑工程抗震设防专项审查实施细则》,对规范涉及结构不规则性的条文进行了检查。 通过逐条检查得知本工程主要为高度超限。

本项目的抗震设计在满足国家、地方规范外,将根据性能化抗震设计的概念进行设计。本工程房屋高度为B级高度,且不规则性超过适用范围较少,根据《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010),进行抗震性能评估时,其性能目标可定为性能C。

3. 结构设计要点

针对本项目特点进行了整体结构性分析、楼板应力分析、大震弹塑性动力时程分析及结构抗连续倒塌分析等,简述如下。

3.1 结构弹性分析

本项目整体结构的弹性分析采用中国建筑科学研究院编制的《高层建筑结构空间有限元分析与设计软件》YJK(2011.01)和北京迈达斯技术有限公司Midas/building2011两种软件进行计算。计算模型如图1所示。

根据地震安全性评价报告提供的地震动参数和设计反应谱及规范提供的设计反应谱进行抗震分析,同时根据安评提供的三组地震波进行弹性时程分析,地震波的频谱特性和设计反应谱吻合较好。

根据计算结果表明,YJK及Midas两种软件分析的各项指标一致、规律,符合工程经验及力学概念所做的判断。风力作用是结构的控制因素,小震不起控制作用。

为了验证中震作用下构件的抗震性能, 分别进行了中震弹性及中震不屈服分析。并用XTRACT进行截面承载力验算,该软件采用平截面假定,用纤维单元模型进行计算,算法如GB50010-2010附录E所述,设定截面形状和钢筋/钢材后,可以计算出任意截面的正截面承载力;计算所采用的材料应力-应变曲线按规范规定处理。验算结果表明各类构件满足小震及中震下设定的性能目标的要求。

3.2楼板应力分析

本项目存在楼板大开洞楼层,为清晰地了解楼板在传递水平力的过程中所起的作用和本身的受力情况,利用ETABS对大开洞楼层进行小震,中震下的楼板应力分析。结果表明在小震作用下各楼层楼板的最大应力均未超过混凝土的抗拉强度,楼板保持弹性状态,可以确保楼板的正常使用性能,并满足承载能力的要求。在中震作用下只有上部楼层楼板在与混凝土核心筒交点处由于刚度较大产生应力集中现象,造成应力值异常外,各楼层楼板的最大应力基本未超过混凝土的抗拉强度,楼板保持弹性状态,可以满足中震弹性的设防目标要求要求。在满足中震弹性的情况下,经过构造加强后即可满足大震下不出现贯穿性裂缝的要求。

3.3大震弹塑性动力时程分析

本项目采用弹塑性动力时程分析方法,利用ABAQUS6.12进行分析,采用安评报告提供的一条人工波加速度时程记录、两组天然波加速度时程记录。分析结果表明罕遇地震作用下,结构整体及各构件的抗震性能基本满足本报告提出的性能目标,结构性能优于规范要求的大震不倒的目标。

结论:

根据以上分析可知结构设计满足规范及设定的性能目标的要求,根据抗震概念设计及分析结果提出如下抗震加强措施:

1)结合风荷载下强度需要,对部分连梁加强构造,配置对角斜向钢筋或交叉暗撑保证连梁的抗剪承载能力 。

2)适当加强周边框架梁刚度。

3)对混凝土剪力墙,按照规范规定应设置边缘约束构件和构造边缘构件。

4)严格控制框架柱和底部加强区核心筒墙体的轴压比。

上一篇:试析农村生活污水收集与处理技术 下一篇:房屋建设过程中的施工技术阐述