楊 瞻 馬改改 楊珂懿
(1.貴陽(yáng)市建筑設(shè)計(jì)院有限公司,貴州貴陽(yáng) 550000;2.上海大同一鋼建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司貴州分公司,貴州貴陽(yáng) 550000)
本工程位于貴州省貴陽(yáng)市富源路,建筑面積72 962.14 m2,層數(shù)為(-1+5+38)層。本棟與其余三棟塔樓一起組成A組團(tuán)。四棟塔樓以地下室頂板作為嵌固端。裙樓主要功能為商業(yè)、車庫(kù),塔樓主要功能為辦公,結(jié)構(gòu)高度為177.1 m。效果圖如圖1所示。
A1棟結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土框架—核心筒結(jié)構(gòu)體系,結(jié)構(gòu)高寬比為5.4,核心筒高寬比為14.8,抗震設(shè)防烈度為6度(0.05g),設(shè)計(jì)地震分組為第一組,設(shè)計(jì)特征周期為0.25 s,建筑場(chǎng)地類別為Ⅰ類。W0=0.30 kN/m2(承載力計(jì)算時(shí)取1.1倍),地面粗糙度類別C類。
本工程結(jié)構(gòu)由于屬于B級(jí)超高層建筑,因此需要進(jìn)行小震作用下的彈性分析,中震作用下的彈性和不屈服分析,以及大震作用下動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析,以評(píng)估結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件的性能表現(xiàn)。
本工程采用全現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架—核心筒結(jié)構(gòu),為減少底部柱斷面,地下室及下部15層柱采用型鋼混凝土柱。結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層典型平面尺寸為33 m×45 m,塔樓標(biāo)準(zhǔn)層平面布置如圖2所示。
圖1 效果圖
圖2 標(biāo)準(zhǔn)層平面布置圖
根據(jù)規(guī)范要求,本工程主要的超限內(nèi)容為:房屋高度超限,存在兩項(xiàng)一般不規(guī)則(扭轉(zhuǎn)位移比大于1.2,相鄰層受剪承載力變化大于80%)。根據(jù)不同部位構(gòu)件的重要性,參照J(rèn)GJ 3-2010高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程以及GB 50011-2010建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定,對(duì)塔樓構(gòu)件的抗震性能目標(biāo)進(jìn)行了確定(抗規(guī)的性能目標(biāo)3,高規(guī)的性能目標(biāo)C),具體如表1所示。
表1 構(gòu)件抗震性能指標(biāo)
本工程采用了兩套計(jì)算軟件,PM-SATWE,MIDASBUILDING程序,進(jìn)行了整體抗震分析,結(jié)構(gòu)彈性整體分析主要計(jì)算結(jié)果如表2所示。
通過(guò)兩個(gè)程序的整體計(jì)算結(jié)果的對(duì)比分析可見,計(jì)算結(jié)果相差在10%以內(nèi),說(shuō)明計(jì)算結(jié)果有效可靠。
結(jié)構(gòu)振型圖如表3所示,由振型圖可知,辦公樓結(jié)構(gòu)第一階振型為平動(dòng)振型(X方向平動(dòng)),第二階為平動(dòng)振型(Y方向平動(dòng)),第三階振型為扭轉(zhuǎn)振型;第一階扭轉(zhuǎn)振型出現(xiàn)在第三階,其與第一階的周期比為0.656,小于規(guī)范規(guī)定的0.9。
根據(jù)規(guī)范要求,對(duì)于B級(jí)高度超高層建筑,需補(bǔ)充彈性時(shí)程分析,地震波時(shí)程曲線圖及三條波對(duì)應(yīng)的反應(yīng)譜平均與規(guī)范反應(yīng)譜對(duì)比詳見圖3。
通過(guò)彈性時(shí)程計(jì)算表明:
1)每條時(shí)程曲線計(jì)算所得的結(jié)構(gòu)底部剪力均大于振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的65%,三條時(shí)程曲線計(jì)算所得的結(jié)構(gòu)底部剪力平均值大于振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的80%,因此選用的地震波滿足規(guī)范的相關(guān)要求。
表2 結(jié)構(gòu)彈性分析主要結(jié)果
表3 結(jié)構(gòu)振型圖
2)時(shí)程分析法與振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果顯示,二者計(jì)算的結(jié)構(gòu)反應(yīng)特征、變化規(guī)律基本一致,結(jié)果合理可信。
3)第三條地震波時(shí)程分析的結(jié)果略大于振型分解反應(yīng)譜法結(jié)果。根據(jù)《抗規(guī)》要求,計(jì)算結(jié)果取時(shí)程法的包絡(luò)值和振型分解反應(yīng)譜法的較大值,本工程在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)振型分解反應(yīng)譜法結(jié)果按比例放大進(jìn)行計(jì)算。時(shí)程分析得到的X向基底剪力包絡(luò)值是反應(yīng)譜計(jì)算得到的基底剪力值的1.22倍,因此在施工圖設(shè)計(jì)中將該方向的反應(yīng)譜地震力放大1.22倍進(jìn)行構(gòu)件的設(shè)計(jì)和計(jì)算。
為達(dá)到設(shè)防地震作用下結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)目標(biāo),即除豎向構(gòu)件外均按中震不屈服設(shè)計(jì)。為簡(jiǎn)化分析,整體結(jié)構(gòu)按中震不屈服設(shè)計(jì),然后與小震彈性的設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行比較,豎向構(gòu)件的設(shè)計(jì)取包絡(luò)值,框架梁和連梁的設(shè)計(jì)取小震計(jì)算結(jié)果。
中震作用下結(jié)構(gòu)層間位移角,X方向按中震不屈服的最大層間位移角為1/840,Y方向按中震不屈服的最大層間位移角為1/822,層間位移角滿足性能目標(biāo)的層間位移角限值1/344的要求。中震不屈服層間位移角如圖4所示。
圖3 三條波對(duì)應(yīng)的反應(yīng)譜平均與規(guī)范反應(yīng)譜的對(duì)比圖
圖4 中震不屈服層間位移角圖
各條地震波作用下結(jié)構(gòu)的層間位移角及樓層剪力,具體詳見表4。
表4 各條地震波大震作用計(jì)算結(jié)果
在考慮重力二階效應(yīng)及大變形的條件下,結(jié)構(gòu)罕遇地震作用下最大彈塑性層位移角為1/388,滿足規(guī)范限值及性能目標(biāo)要求。
現(xiàn)列出反應(yīng)最大的天然波2在損傷最嚴(yán)重的時(shí)刻框架塑性鉸分布圖及剪力墻損傷圖,具體詳見圖5。
圖5 結(jié)構(gòu)塑性鉸出鉸圖及剪力墻損傷圖
根據(jù)計(jì)算分析結(jié)果,結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下性能做出如下綜合評(píng)價(jià):
1)結(jié)構(gòu)主要耗能構(gòu)件為連梁,罕遇地震作用下屈服,起到耗能作用保護(hù)豎向構(gòu)件;少量框架柱進(jìn)入屈服狀態(tài),主要集中于裙房頂層及屋頂層,但塑性變形程度不高,處于第一屈服階段,不影響結(jié)構(gòu)延性破壞機(jī)制;
2)大量剪力墻墻肢基本無(wú)損傷;僅剪力墻洞口附近用殼單元模擬的連梁損傷;
3)主體結(jié)構(gòu)在各組地震波作用下,最大彈塑性層間位移角為1/388,滿足規(guī)范限值及性能目標(biāo)要求。
基于以上結(jié)構(gòu)構(gòu)件變形和強(qiáng)度分析,主要抗側(cè)力構(gòu)件沒(méi)有發(fā)生嚴(yán)重破壞,結(jié)構(gòu)豎立不倒,連梁屈服耗能,部分框架梁參與塑性耗能,結(jié)構(gòu)在大震作用下的彈塑性反應(yīng)及破壞機(jī)制,符合結(jié)構(gòu)抗震工程的概念設(shè)計(jì)要求,達(dá)到了“大震不倒”的抗震設(shè)防要求。
本工程雙筒之間樓板開洞較多,現(xiàn)將雙筒之間的電梯井用剪力墻圍合,同時(shí)考慮到該處樓板應(yīng)力較為集中,施工圖階段將對(duì)該樓樓板整體進(jìn)行加強(qiáng)處理,提高配筋率、增加樓板厚度,具體詳見圖6。
圖6 核心筒加強(qiáng)構(gòu)造示意圖
本工程結(jié)構(gòu)高度超限、平面和豎向基本規(guī)則。整體采用了抗震性能好的框架—核心筒結(jié)構(gòu)體系;并針對(duì)本工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)采取了一系列抗震計(jì)算、驗(yàn)算及抗震構(gòu)造加強(qiáng)措施。計(jì)算采用了多個(gè)有效的程序進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算參數(shù)完整、準(zhǔn)確,其計(jì)算結(jié)果可信且滿足規(guī)范要求。
本工程能滿足相應(yīng)的抗震設(shè)計(jì)各項(xiàng)規(guī)范要求和抗震性能目標(biāo)要求,能做到“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震目標(biāo)。
[1] GB 50011-2010,建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].
[2] JGJ 3-2010,高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].
[3] 結(jié)構(gòu)大師非線性分析[M].北京:北京邁達(dá)斯技術(shù)有限公司,2009.
[4] Satwe S-3多層及高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析與設(shè)計(jì)軟件用戶手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑科學(xué)研究院PKPMCAD工程部,2010.