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        超限高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

        2023-11-06 12:39:30陳震
        工程建設(shè)與設(shè)計 2023年19期
        關(guān)鍵詞:譜法時程剪力

        陳震

        (廣東博意建筑設(shè)計院有限公司,廣東佛山 528000)

        1 工程概況

        海南某項目位于??谑泻5閸u。該項目為超高層辦公樓,地面以上29 層,建筑高度96.9 m;地下室2 層,深度為9.9 m。地上建筑面積46 118.29 m2,地下總建筑面積109 795.49 m2。

        項目勘察結(jié)果表明,場地內(nèi)不存在滑坡、危巖、崩塌、采空區(qū)、地面沉降及影響場地穩(wěn)定性的活動斷裂等不良地質(zhì)作用。①層為雜填土,局部存在建筑碎塊;⑦1 層為粉質(zhì)黏土中,夾有一些半成巖的硬塊,未發(fā)現(xiàn)其他對工程不利的埋藏物;③層、④1 層為砂土,嚴重液化,在消除飽和砂土液化及軟土震陷影響后,適宜進行本工程建設(shè)。場地存在填土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土等軟弱土層。

        根據(jù)最新建筑條件,本工程建筑±0.000 m 標(biāo)高相當(dāng)于絕對標(biāo)高為4.3 m(85 國家高程)。地下室底板面標(biāo)高為-9.90 m(相當(dāng)于絕對標(biāo)高-5.60 m)。

        2 結(jié)構(gòu)體系及設(shè)計條件

        2.1 結(jié)構(gòu)體系

        綜合建筑抗震等性能和造價等因素考慮,以框架-剪力墻結(jié)構(gòu)作為背景塔樓項目的結(jié)構(gòu)體系,并以剪力墻和框架組合成多道防線,為結(jié)構(gòu)提供抗側(cè)剛度及承載能力。核心筒剪力墻厚度由550 mm—450 mm—400 mm 過渡,部分剪力墻內(nèi)設(shè)置型鋼。豎向構(gòu)件混凝土強度等級為C40~C60,標(biāo)準層結(jié)構(gòu)布置見圖1。

        圖1 標(biāo)準層結(jié)構(gòu)布置

        2.2 設(shè)計條件

        背景項目以8 度設(shè)計抗震設(shè)防烈度,丙類抗震設(shè)防類別,Ⅱ類場地,B 類地面粗糙度,有0.30g 設(shè)計基本地震加速度值、0.4 s 特征周期、0.75 kN/m2的50 年重現(xiàn)期基本風(fēng)壓、1.4 風(fēng)荷載體型系數(shù)[1-3]。

        2.3 超限情況

        本項目建筑高度為96.9 m,屬于超A 級但未超B 級高度框架-剪力墻結(jié)構(gòu);在考慮偶然偏心的扭轉(zhuǎn)位移比大于1.2,存在1 項一般不規(guī)則項[4-5]。

        3 結(jié)構(gòu)分析計算

        彈性分析選用盈建科軟件(盈建科2.0.3)和ETABS 軟件(ETABS 2016 C16.2.1)進行計算,取地下室頂板為嵌固端。綜合扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)、雙向地震作用、偶然偏心等影響。計算主要輸入?yún)?shù):周期折減系數(shù)取0.95,阻尼比0.05,梁剛度放大系數(shù)按GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(2015 年版)第5.2.4條取值。整體計算對比結(jié)果見表1。

        表1 兩種軟件整體計算結(jié)果對比表

        以YJK 與ETABS 軟件分析結(jié)果為基礎(chǔ),結(jié)合規(guī)范要求和結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計理念可見:兩種軟件所得計算結(jié)果相近,表明所建模型和理論計算結(jié)果有一定可靠性,所建模型可作為設(shè)計依據(jù)。各項宏觀計算指標(biāo)(如周期、結(jié)構(gòu)總質(zhì)量、基底剪力、傾覆力矩等)均能基本滿足規(guī)范要求,且相應(yīng)指標(biāo)參數(shù)差異滿足《海南省超限高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計要點(試行)》(瓊建質(zhì)〔2019〕3 號)的要求。

        3.1 多遇地震下彈性動力時程分析

        除以振型分解反應(yīng)譜法為基礎(chǔ)所開展的抗震計算外,本項目還以時程分析法作為補充驗算。

        3.1.1 地震時程選擇

        基于結(jié)構(gòu)第一、第二周期主要振型周期點,以與規(guī)范譜差異小于±20%的范圍選取時程波地震影響系數(shù)。

        考慮大小震作用下塔樓第一自振周期約2.52 s,因此,時程波有效持續(xù)時間應(yīng)控制在5 倍自振周期以上,計算時以12.5 s 作為時程波持續(xù)時間,以波形首次出現(xiàn)0.1 倍峰值為起始點,以最后出現(xiàn)0.1 倍峰值為終止點。

        所得時程曲線計算結(jié)果應(yīng)滿足平均底部剪力大于80%振型分解反應(yīng)譜法結(jié)果,且各地震波底部剪力應(yīng)大于65%反應(yīng)譜法結(jié)果。

        綜合底部剪力、時程波持續(xù)時間和有效峰值等因素考慮,以2 組人工合成波和5 組天然波作為研究對象開展分析。

        3.1.2 彈性時程分析結(jié)果

        彈性時程分析的基底剪力及位移見表2 及表3。

        表2 小震時程與反應(yīng)譜基底剪力的對比

        表3 小震時程與反應(yīng)譜層間位移角最大值的對比

        從表2 可見:7 組地震波平均底部剪力大于80%反應(yīng)譜法底部剪力,且各地震波底部剪力均大于65%反應(yīng)譜法底部剪力,即所選取的地震波符合要求。

        從表3 可見:7 組地震波計算的層間位移角及樓層位移平均值均滿足《海南省超限高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計要點(試行)》限值1/727,且均為彎剪型位移曲線,不存在較大突變,有較為均勻的結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度。

        3.2 中震構(gòu)件承載力分析

        為保證結(jié)構(gòu)的重要構(gòu)件安全可靠,本工程采用YJK 程序進行了中震構(gòu)件承載力分析。計算參數(shù)見表4。

        表4 中震等效彈性計算方法參數(shù)取值

        基于本工程的重要性及結(jié)構(gòu)超高超限情況,整體結(jié)構(gòu)設(shè)計按表5 中抗震設(shè)防性能目標(biāo)進行。

        表5 中震等效彈性計算方法參數(shù)取值

        經(jīng)計算,底部加強部位的剪力墻暗柱配筋均由中震控制,結(jié)構(gòu)平面中間部位外側(cè)剪力墻端柱需設(shè)置型鋼滿足中震抗彎不屈要求,結(jié)構(gòu)平面四角位置處的墻肢在3~20 層需設(shè)置型鋼才能滿足抗剪截面的要求。

        4 結(jié)語

        本項目在綜合抗震原則及建筑特點的基礎(chǔ)上,仔細考慮了整體結(jié)構(gòu)的布置情況及受力體系,使其整體結(jié)構(gòu)性能盡可能保持良好。以性能化設(shè)計方法進行抗震設(shè)計,除確保小震作用下結(jié)構(gòu)保持彈性階段外,還通過多種計算方式計算結(jié)構(gòu)的彈性和彈塑性,從所得結(jié)果可見,結(jié)構(gòu)有較良好的性能指標(biāo)表現(xiàn),符合規(guī)范要求。

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