智富名品城11號和12號樓超限高層結(jié)構(gòu)設(shè)計

耿柳許文

1 工程概況

1)本工程基地位于上海市普陀區(qū)桃浦地區(qū)B1-10地塊。2)本工程由14棟(結(jié)構(gòu)分為19棟)27層～35層高層住宅、部分商業(yè)裙房及將住宅、裙房在地下連成一體的1層地下室(局部2層)所組成,總建筑面積約35萬m2。其中地上約18萬m2,地下約17萬m2。其中11號樓和12號樓右單元為超限高層,具體情況見表1。3)本工程11號樓,12號樓右單元住宅采用部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)。4)本工程抗震設(shè)防烈度為7度,設(shè)計地震加速度為0.1g,特征周期T=0.90 s。設(shè)計地震分組為第一組,建筑場地類別為Ⅳ類。建筑物抗震設(shè)防類別為丙類。建筑結(jié)構(gòu)安全等級為二級,結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限為50年。5)本工程相對標高±0.000,相當于絕對標高為12.900。

表1 11號樓,12號樓右單元超限情況

2 巖土工程勘察報告基本數(shù)據(jù)

根據(jù)勘探資料,擬建場地類別為Ⅳ類;場地20 m以淺無可液化土層分布;場地地基土對混凝土及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋不具腐蝕性。地下室抗浮設(shè)計水位標高按地面下0.50 m考慮。

3 基礎(chǔ)部分

根據(jù)工程地質(zhì)勘察報告,并結(jié)合本工程實際情況采用樁基礎(chǔ),住宅抗壓樁采用樁徑500 mm,樁長43 m的PHC預應(yīng)力混凝土管樁,樁身混凝土強度等級為C80,單樁豎向抗壓承載力設(shè)計值為3 150 kN,樁基持力層為第⑧-2層砂質(zhì)粉土夾粉質(zhì)黏土層,11號住宅共計144根,12號右單元住宅共計158根。經(jīng)TBSP程序計算,兩樓最終沉降值約為130 mm。

表2 混凝土強度等級

住宅基礎(chǔ)均采用厚筏板,厚度1 800,地下室底板面標高-12.750。當?shù)叵率翼敯甯卟钚∮?.2 m時,此部分采用梁加腋處理,以保證水平力的傳遞。

4 主要結(jié)構(gòu)材料

1)混凝土強度等級見表2。

2)鋼筋:采用HPB235級鋼(φ)及HRB400級鋼()。

3)填充墻:內(nèi)、外隔墻均采用加氣混凝土砌塊。

5 解決不均勻沉降及混凝土伸縮的措施

1)后澆帶:在高層住宅與高層外的地下室之間設(shè)置沉降后澆帶,此后澆帶待高層結(jié)構(gòu)封頂及隔墻砌筑完畢后再行閉合,主要是調(diào)節(jié)高層與高層外的地下室之間的不均勻沉降問題;同時解決由于建筑物超長而引起的混凝土前期收縮問題。2)由于地下室樓板和外墻的相互約束作用,同時由于地下室外墻和樓板的超長,故地下室外墻和樓板在施工中很容易出現(xiàn)由于混凝土收縮而引起的豎向裂縫,為此設(shè)計將加強外墻的水平向配筋,并且在外墻混凝土中摻入適量的抗裂纖維;同時要求施工時,減小水灰比、混凝土中禁止摻入礦粉、加強養(yǎng)護。3)地上部分設(shè)有多條伸縮縫兼防震縫,高層住宅與裙房間縫寬100 mm,高層住宅間縫寬約300 mm～390 mm。

6 上部結(jié)構(gòu)布置和超限情況判別

本工程11號,12號主樓右單元均屬B級高度的高層建筑,均采用部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)體系,抗震等級為:一般剪力墻及主樓框支層以上框架柱均為一級,短肢剪力墻為特一級,框支框架為特一級。

11號主樓高33層,標準層層高3.0 m,屋面處標高為96.640 m,剪力墻厚度200～600,框支柱尺寸1 500×1 500～1 500×2 550,框支梁尺寸600×1 600～1 400×2 500,框架梁350×700～500×1 000,主樓與裙房之間設(shè)伸縮縫兼作防震縫,縫寬不小于100 mm。

12號主樓33層,標準層層高3.0 m,屋面處標高為96.640 m,剪力墻厚度200～500,框支柱尺寸1 000×1 000～1 200×5 000,框支梁尺寸 600×1 500～1 400×2 500,框架梁400×700～500×1 400。主樓與裙房之間設(shè)伸縮縫兼作防震縫,縫寬不小于100 mm。

11號,12號右單元將-8.100 m標高處樓板作為上部結(jié)構(gòu)嵌固層,此層板厚為200;在-0.600 m標高處為轉(zhuǎn)換層,轉(zhuǎn)換層樓板厚度也為200;轉(zhuǎn)換層上一層樓板厚度取150;這些層的樓板配筋為雙層雙向,且每層每個方向的配筋率不小于0.25%。

11號,12號右單元超限情況的認定,見表3。

7 結(jié)構(gòu)分析的主要結(jié)果匯總

表3 11號樓,12號樓右單元超限情況認定

7.1 反應(yīng)譜法

根據(jù)中華人民共和國建設(shè)部令第111號《超限高層建筑工程抗震設(shè)防管理規(guī)定》及建質(zhì)[2006]220號《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項審查技術(shù)要點》,本工程屬于超限高層建筑。整體計算采用了兩個不同力學模型進行分析,即采用中國建筑科學研究院PKPM工程部所編寫的“多層及高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析與設(shè)計軟件SATWE(墻元模型)”及“特殊多、高層建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計軟件PMSAP(廣義協(xié)調(diào)墻元模型)”,采用符合規(guī)范要求的剛性樓板的側(cè)剛分析方法。

根據(jù)計算結(jié)果顯示,兩棟樓程序計算所得的第1階模態(tài)均為平動模態(tài),扭轉(zhuǎn)模態(tài)為第3階,扭轉(zhuǎn)周期與第1階平動周期之比均小于0.9,滿足規(guī)范要求。

結(jié)構(gòu)樓層層間位移角均小于1/1 000,底層層間位移角均小于1/2 500,滿足規(guī)范要求。

在考慮偶然偏心的情況下,結(jié)構(gòu)最大扭轉(zhuǎn)位移比均不大于1.30。基本滿足規(guī)范要求。

根據(jù)《高層》4.4.3和附錄E.0.1規(guī)定,B級高度高層抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的受剪承載力不應(yīng)小于相鄰上部樓層受剪承載力的75%,底部大空間為1層時,轉(zhuǎn)換層上部與下部的等效剪切剛度比不應(yīng)大于2.0,兩棟主樓均能夠滿足要求。

兩棟樓程序計算的結(jié)果各項指標均較為接近。

7.2 彈性時程法

本工程除用兩個不同力學模型程序進行分析外,并根據(jù)所在場地設(shè)計反應(yīng)譜的特征,采用模擬波 RH1TG090波和實測TH1TG090波、TH4TG090波共三條,用SATWE軟件進行結(jié)構(gòu)的彈性動力時程分析,并按彈性時程分析和反應(yīng)譜法計算的較大值進行變形驗算。根據(jù)驗算結(jié)果可知,各條波的基底剪力均不小于CQC方法的65%,三條波的平均值不小于CQC方法的80%,滿足規(guī)范要求。時程分析法計算結(jié)果與反應(yīng)譜法計算結(jié)果基本吻合,符合設(shè)計標準的相關(guān)要求。

8 結(jié)構(gòu)抗震性能目標分析及針對超限情況的抗震措施

8.1 結(jié)構(gòu)抗震性能目標分析

根據(jù)本工程的特點,提出以下的抗震要求,即:小震下整體結(jié)構(gòu)彈性好,結(jié)構(gòu)在震后完好、無損傷,一般不需修理即可繼續(xù)使用。中震下轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)構(gòu)件(主要為框支梁、框支柱)輕微損傷、出現(xiàn)輕微裂縫,其他部位有部分選定的具有一定延性的構(gòu)件發(fā)生中等損壞,出現(xiàn)明顯的裂縫,進入屈服階段,需要修理并采取一些安全措施才可以繼續(xù)使用。大震下結(jié)構(gòu)發(fā)生中等程度的破壞,多數(shù)構(gòu)件輕微損壞,部分構(gòu)件中等損壞,進入屈服,有明顯的裂縫,需要采取安全措施,經(jīng)過修理、適當加固后才可以繼續(xù)使用。

小震下結(jié)構(gòu)最大層間位移角均小于1/1 000,底層層間位移角均小于1/2 500。中震下轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)構(gòu)件(框支梁、框支柱)按照中震不屈服驗算結(jié)構(gòu)配筋,因此按照目前計算,并對結(jié)構(gòu)薄弱位置適當加強后,結(jié)構(gòu)可以滿足中震抗震要求,在中震作用下,11號樓和12號樓右單元框支層底層層間位移角也小于1/2 500,滿足彈性層間位移角限值,可見在中震作用下框支層基本能夠具備足夠的強度與剛度,保證中震不屈服得以實現(xiàn)。大震計算采用三維結(jié)構(gòu)靜力彈塑性PUSHOVER計算,經(jīng)過計算,大震下兩棟主樓結(jié)構(gòu)的層間彈塑性位移角均小于1/120,結(jié)構(gòu)能力譜曲線與對應(yīng)的大震需求譜曲線相交,表明結(jié)構(gòu)能夠抵抗大震水準的地震作用。

以上結(jié)果表明,11號,12號右單元結(jié)構(gòu)的抗震性能均能夠達到預期的要求。

8.2 針對主樓超限情況的抗震措施

1)調(diào)整抗側(cè)力結(jié)構(gòu)布置,使質(zhì)心和剛心盡量重合,并加大結(jié)構(gòu)抗扭剛度(如:沿四周邊布置剪力墻,加強邊梁),以減小結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng),使結(jié)構(gòu)彈性最大層間位移與平均層間位移比值不超過1.4倍,本工程控制在1.3倍以下。

2)在轉(zhuǎn)換層處,樓板厚度取200,配筋率適當加強,并采用雙層雙向配筋。

3)嚴格控制框支柱的軸壓比,沿柱全高采用井字復合箍,箍筋間距不大于100 mm,肢距不大于200 mm,直徑不小于12 mm,以提高柱的延性。

4)在框支梁、框支柱中設(shè)置型鋼,以提高構(gòu)件的延性。同時,在部分柱內(nèi)沿長向使用隔板將柱分割為2個～3個小柱,從而避免極短柱的出現(xiàn),改善了框支柱的延性。

5)除了嚴格按照規(guī)范要求對框支梁柱進行設(shè)計之外,對于框支層框支梁柱及上部2層～3層剪力墻還將考慮進行有限元分析,以進一步提高計算精度,保證設(shè)計結(jié)果的可靠性。對于框支層以及相鄰上、下一層的樓板進一步加強,增加樓板厚度,并雙層雙向配筋。

9 結(jié)構(gòu)抗震性能的綜合評價

本工程屬于超限高層建筑。由于在結(jié)構(gòu)設(shè)計中采取了較為合理的結(jié)構(gòu)布置,并對結(jié)構(gòu)的薄弱處采取了有效的措施,從而減少了體形不規(guī)則帶來的不利影響,使得結(jié)構(gòu)仍具有良好的抗震性能,計算結(jié)構(gòu)滿足現(xiàn)行規(guī)范和規(guī)程的要求。

兩個程序的計算結(jié)果基本規(guī)律一致,只是由于對某些特殊情況的處理方法在概念上不盡相同、在單元模型上(如墻元的處理)、剛域處理上的差異,計算結(jié)果在數(shù)值上存在一定的差異,但均在工程上可接受的范圍內(nèi)。