王 科 劉松石 郝 政

1.山東建大建筑規(guī)劃設(shè)計研究院；2.山東省建筑科學(xué)研究院；3.濟(jì)寧市建筑市場稽查隊

威海樂天雙子星超限工程兩種結(jié)構(gòu)軟件比較分析實例

王 科1劉松石2郝 政3

1.山東建大建筑規(guī)劃設(shè)計研究院；2.山東省建筑科學(xué)研究院；3.濟(jì)寧市建筑市場稽查隊

本文以威海樂天雙星東西超限雙塔結(jié)構(gòu)為分析對象，對結(jié)構(gòu)總質(zhì)量、總剪力、最大層間位移角及動力特性進(jìn)行了兩種軟件的比較，結(jié)果表明結(jié)構(gòu)整體指標(biāo)良好，能滿足規(guī)范的各項要求。

超限工程；地震作用；剪力墻結(jié)構(gòu)

1 工程概況

樂天·雙子星項目是樂天·世紀(jì)城項目五期工程。樂天·世紀(jì)城項目是集商務(wù)、商業(yè)、居住、旅游、休閑、娛樂功能等為一體的超大型綜合性地產(chǎn)項目。

樂天·世紀(jì)城項目地處威海經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)繁華中心地段，南起上海路、北至渤海路、東靠海濱路，西臨威海主干道青島路（機(jī)場路）。

本項目所在第五期位于整個項目的最南側(cè)，緊鄰上海路。項目由東西雙塔和5層裙房構(gòu)成，其中東塔為公寓式辦公，西塔由寫字樓和創(chuàng)意辦公構(gòu)成，裙房一層為商業(yè)，2～4層為辦公?？傉嫉?5.55畝，總建筑面積約10.7萬平米，其中地上建筑面積約6.6萬平米，地下建筑面積約4.1萬平米。

2 設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)與設(shè)計等級

1）本工程的設(shè)計基準(zhǔn)期為50年，結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限為50年。

2）本工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計安全等級為二級，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)Y。=1.0。

3）人防地下室：根據(jù)甲方要求，本工程人防地下室不在本設(shè)計范圍內(nèi)，由甲方另行委托設(shè)計。

4）本工程地基基礎(chǔ)的設(shè)計等級為甲級。

5）本工程結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防類別為丙類。

6）本工程建筑場地地震基本烈度為7度，抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度值為0.10g。設(shè)計地震分組為第一組，建筑場地類別為Ⅱ類，規(guī)范反應(yīng)譜特征周期為Tg=0.35秒；抗震構(gòu)造措施采用的抗震設(shè)防烈度為7度。

7）本工程兩個塔樓均采用剪力墻結(jié)構(gòu)，塔樓結(jié)構(gòu)高度均為140.6m，屬于B級高度鋼筋混凝土高層建筑。框架和剪刀墻的抗震等級從地下四層到頂層均為一級。

3 超限設(shè)計的計算分析及論證

3.1 計算模型及主要計算參數(shù)

1）以地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位，將上部結(jié)構(gòu)分為西塔和東塔兩個獨(dú)立的結(jié)構(gòu)單元，分別建立模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算與分析（非多塔，為方便計算基礎(chǔ)荷載兩個模型各附帶整體地下室）。嵌固部位的判定以分塔模型為準(zhǔn)。

2）僅考慮水平地震作用，不考慮豎向地震作用。地震作用計算采用考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)振動影響的振型分解方法，并考慮偶然偏心和雙向地震的影響。

3）混凝土容重為26KN/m3，連梁鋼度折減系數(shù)為0.60，中梁剛度增大系數(shù)為2.0，框架梁梁端負(fù)彎矩調(diào)幅系數(shù)為0.85，梁內(nèi)力增大系數(shù)為1.0，梁扭矩折減系數(shù)為0.4，周期折減系數(shù)采用0.90。

3.2 多遇地震作用下彈性分析的規(guī)范反應(yīng)譜法

反應(yīng)譜采用《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2010）第5.1.5條和《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）第3.3.8條規(guī)定的地震影響系數(shù)曲線，特征周期采用0.35S，結(jié)構(gòu)阻尼比采用0.05，多遇地震作用下的水平地震影響系數(shù)最大值為0.12。下面將主要計算結(jié)果分別進(jìn)行對比、分析和論證。

3.3 結(jié)構(gòu)總質(zhì)量、總剪力、最大層間位移角及兩種軟件的比較

1）西塔

Y向Y向項目結(jié)構(gòu)總質(zhì)量（t）地震作用 風(fēng)荷載作用Dmax(mm)△u/h所在樓層15398 1228225 56.30 1/1675 36 1.14 3 1.67%96.45%15034 1376206 55.83 1/1859 36基底總剪力基底總傾覆彎矩（Kn.m）頂點(diǎn)位移最大層間位移角最大位移比（考慮偶然偏心）最大位移比所在樓層底層剪重比有效質(zhì)量系數(shù)基底總剪力（kN）基底總傾覆彎矩（Kn.m）頂點(diǎn)位移最大層間位移角Dmax(mm)△u/h所在樓層SATWE X向108024 15067 127565 0 62.07 1/1932 36 1.30 3.4 1.62%99.50%17359 155122 0 65.25 1/1771 36 15506 1285262 57.97 1/1773 36 1.20 3.4 1.67%99.97%15076 1397069 55.97 1/1898 36 GSSAP X向104240 15151 1217881 56.42 1/1938 36 1.26 5 1.65%96.44%17149 1534087 62.04 1/1951 35

2）東塔

項目結(jié)構(gòu)總質(zhì)量（t）Y向Y向地震作用16494 2015502基底總剪力基底總傾覆彎矩（Kn.m）項點(diǎn)位移 Dmax(mm)GSSAP X向134456 15999 1963298 SATWE X向138811 16368 194165 6 53.88 15591 1961451 50.81 58.0856.45

△u/h所在樓層1/2156 7、8 1/2218 25 1/2186 8 1.19 6 1.66%96.15%14999 1573767風(fēng)荷載作用最大層間位移角最大位移比（考慮偶然偏心）最大位移比所在樓層底層剪重比有效質(zhì)量系數(shù)基底總剪力（kN）基底總傾覆彎矩（Kn.m）頂點(diǎn)位移最大層間位移角1.27 4 1.69%96.30%14591 1294319 35.26 1/3076 7、8 Dmax(mm)△u/h所在樓層1.28 3、4 1.72%97.35%12192 1392775 1/2227 11 1.19 5、6 1.70%96.24%14179 161981 3 42.19 1/2806 11 35.65 1/3256 12 32.44 1/3613 8

從以上兩個表格，我們可以看出，兩棟塔樓的SATWE和GSSAP計算結(jié)果均差別不大，在計算振型數(shù)為30個時，兩個方向的有效質(zhì)量系數(shù)也滿足規(guī)范不小于90%的規(guī)定?？梢哉f明，兩種軟件的計算均可以采納，用于結(jié)構(gòu)的計算分析和施工圖設(shè)計。

3.4 動力特性分析及兩種軟件的比較

1）西塔。西塔的計算振型數(shù)為30個，其中前6階振型列表如下：

SATWE GSSAP主要振型1 2 3 4 5 6周期（S）2.844 2.827 2.076 0.895 0.881 0.709平動系數(shù)X 0.87 0.11 0.02 0.87 0.03 0.11平動系數(shù)Y 0.11 0.89 0.00 0.03 0.97 0.00扭轉(zhuǎn)系數(shù)0.02 0.00 0.98 0.10 0.00 0.89周期（S）2.798 2.699 2.058 0.874 0.832 0.711平動系數(shù)X 0.00 0.97 0.03 0.00 0.84 0.21平動系數(shù)Y 1.00 0.00 0.00 0.99 0.01 0.01扭轉(zhuǎn)系數(shù)0.00 0.03 0.97 0.01 0.15 0.78

第一振型-Y向 第二振型-X向 第三振型-扭轉(zhuǎn)

從上表可以看出，兩種軟件計算的結(jié)構(gòu)主要周期差別不大，可以采信。結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期Tt與平動為主的第一自振周期T1之比，SATWE為Tt/T1=2.076/2.844=0.730，GSSAP為Tt/T1=2.058/2.798=0.735，均滿足B級高度高層建筑限值0.85的規(guī)定。

2）東塔。東塔的計算振型數(shù)為30個，其中前6階振型列表如下：

SATWE GSSAP主要振型1 2 3 4 5 6周期（S）2.896 2.698 1.871 0.908 0.878 0.644平動系數(shù)X 1.00 0.00 0.00 0.98 0.01 0.01平動系數(shù)Y 0.00 1.00 0.00 0.01 0.97 0.02扭轉(zhuǎn)系數(shù)0.00 0.00 1.00 0.01 0.01 0.97周期（S）2.904 2.854 2.033 0.951 0.889 0.727平動系數(shù)X 1.00 0.00 0.01 0.00 0.99 0.01平動系數(shù)Y 0.00 1.00 0.00 0.99 0.00 0.43扭轉(zhuǎn)系數(shù)0.00 0.00 0.99 0.01 0.01 0.56

第一振型-Y向 第二振型-X向 第三振型-扭轉(zhuǎn)

從上表可以看出，兩種軟件計算的結(jié)構(gòu)主要周期差別不大，可以采信。結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期Tt與平動為主的第一自振周期T1之比，SATWE為Tt/T1=1.888/2.806=0.673，GSSAP為Tt/T1=2.033/2.904=0.700，均滿足B級高度高層建筑限值0.85的規(guī)定。

4 總結(jié)

根據(jù)報告的分析以及計算結(jié)果，主要內(nèi)容總結(jié)如下：

（1）結(jié)構(gòu)平面東、西塔各存在三項不規(guī)則，屬于結(jié)構(gòu)平面不規(guī)則的超限工程。東、西塔樓存在結(jié)構(gòu)高度超限。

（2）針對本工程的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)超限情況，在特殊部位均進(jìn)行了計算或構(gòu)造加強(qiáng)處理，以確保結(jié)構(gòu)的整體性能與“中震可修”目標(biāo)的實現(xiàn)。

（3）兩棟塔樓的彈性分析中，采用了兩種軟件進(jìn)行了比較分析及計算。結(jié)果表明結(jié)構(gòu)整體指標(biāo)良好，能滿足規(guī)范的各項要求。

通過以上工作，我們認(rèn)為本結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)范“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震設(shè)防要求，結(jié)構(gòu)設(shè)計是安全的。

主要的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范及規(guī)程等

《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》 GB50068-2001

《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》 GB18360-2001

《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》 GB50223-2008

《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（2006年版）》 GB50009-2001

《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》 GB50011-2010

《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》 GB50010-2010

《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》 JGJ3-2010

《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》 GB50017-2003

《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》 JGJ81-2002

《建筑基地基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》 GB50007-2002

《高層建筑箱形與筏形基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范》 JGJ6-99

《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》 GB50108-2008

《建筑變形測量規(guī)程》 JGJ/T8-2007

《高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》 CECS104：99

《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范（2005年版）》 GB50045-95

《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》 GB50204-2002

《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》 GB50202-2002

《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項審查技術(shù)要點(diǎn)》（建質(zhì)【2010】109號）