東莞恒大金碧華府超限設計
2013-04-29 06:44:45潘偉明
中華民居·學術版 2013年5期
潘偉明
摘要：通過對一高層超限設計過程的介紹，重點討論了超限判定、計算要點、步驟、方法等問題。
關鍵詞：超限高層；時程分析；中震彈性；中震不屈服；靜力彈塑性
1.工程概況
恒大金碧華府項目場地位于廣東省東莞市莞城區區政府旁，總建筑面積約為31萬m2。本工程地下室埋深南面高北面低，相差約8m，故考慮地下室-2層樓面為整個工程的水平嵌固端，-2層以上采用抗震縫將各棟分開。本工程為地面以上12棟高層帶一層地下室的建筑，其中5棟超限高層，本文僅以其中1棟為代表說明。塔樓為地上45層剪力墻結構，高寬比為7.5，長寬比為1.23，總高度為149.4m。
塔樓位于整個建設項目的東北側，為場地低區，負二層板為本塔樓的水平嵌固層，地下室埋深為5m。地面以上三層為裙房，裙房為框架一剪力墻結構，裙房以上為剪力墻結構，剪力墻主要在電梯間、房間分隔墻等位置設置。根據建筑物的總高度、抗震設防烈度、建筑的用途等情況，本工程采用剪力墻結構體系，結構的主要抗側力構件為剪力墻。
根據《廣東省超限高層建筑工程抗震設防專項審查實施細則》（粵建市函[2011]580號），本工程高度超過規定限值，結構類型符合現行規范的適用范圍，不屬于結構布置復雜的鋼筋混凝土高層建筑，但存在“超限審查要點表2”所列不規則項的“扭轉不規則”1項不規則，“超限審查要點表3”所列不規則項為0項不規則；屬于超限高層建筑。
2.設計條件
本工程的設計基準期為50年，結構的設計使用年限為50年。建筑結構安全等級為二級，地基基礎的設計等級為甲級。
建設場地內未發現斷裂構造跡象，土層等效剪切波速120-235m/s之間，場地土為中軟土～中硬土，場地覆蓋層度平均1.400-14.80m，場地類別為Ⅱ類。場地位于Ⅵ度區，由于小震下安評的影響系數比規范的影響系數大，故小震采用安評值計算（αmax=0.0711），中震和大震則按規范值計算。結構水平位移驗算時基本風壓采用0.55kN/m2，結構承載力驗算時基本風壓采用0.605kN/m2，地面粗糙度類別為B類，體型系數為1.4。
3.彈性計算結果及分析
采用PKPM的SATWE（新規范版2010版）為主要計算程序，GSSAP（新規范版16.0版）為對比計算程序；
（1）結構的整體計算結果（見表1）
（2）彈性時程分析及對比（見表2）
采用SATWE進行彈性動力時程分析，輸入地震波為五組實際地震記錄和兩條場地合成人工波。小震下的彈性時程分析按Ⅵ度地震2類土，阻尼比為0.05考慮，最大加速度峰值按規范取為31gal。
由以表1-2可看出：
彈性時程分析結果滿足平均底部剪力不小于振型分解反應譜法結果的80%，每條地震波底部剪力不小于反應譜法結果的65%的條件。在x向地震作用下，彈性時程分析的各樓層平均剪力結果接近于規范反應譜結果；在Y向地震作用下，彈性時程分析的各樓層平均剪力結果接近或略大于規范反應譜結果，10層處的樓層剪力差別比其他樓層大，相差約6.0%，40層處的層問位移角差別比其他樓層大，相差約5.0%，加速度時程最大平均層問位移角小于規范限值1/1000。對這些樓層將振型分解法的地震力按相應的差值放大，則能達到包絡時程分析的結果的目的。
4.中震驗算
采用SATWE作中震作用下除普通樓板、次梁以外所有結構構件的承載力，根據其抗震性能目標，結合《高規》中“不同抗震性能水準的結構構件承載力設計要求”的相關公式，進行結構構件性能計算分析。
本工程的底部加強區剪力墻（關鍵部位）的受剪承載力按中震彈性的計算方法計算，即不考慮地震組合內力調整系數，但考慮荷載作用分項系數，考慮材料分項系數和抗震承載力調整系數。
非底部加強區剪力墻的正截面承載力以及其他構件的承載力驗算按中震不屈服的計算方法計算，即計算中不考慮地震組合內力調整、荷載作用分項系數、材料分項系數和抗震承載力調整系數均取為1.0。
中震計算采用反應譜法，《安評報告》中最大地震影響系數比規范大，故取規范值：αmax=0.12，阻尼比∈=0.06。
在中震彈性計算時，底部加強區剪力墻沒有出現超筋的情況，只有個別連梁出現超筋情況，關鍵部位正載面承載力驗算滿足要求。
在中震不屈服計算時，底部加強區剪力墻沒有出現超筋的情況，非底部加強區剪力墻正截面承載力驗算滿足“抗彎、抗剪不屈服”的要求；個別樓層的連梁或剪力墻出現超筋的情況，框架柱、框架梁的配筋需求比多遇地震作用下的需求略低，框架柱和框架梁沒有出現超筋情況，普通剪力墻配筋率較低，其滿足抗剪截面驗算的要求。全樓剛性樓板計算的中震彈性最大層問位移為：1/938（x向）、1/863（Y向）。
5.靜力彈塑性分析
按規范要求的“大震不倒”的抗震設防目標，采用PUSH&EPDA程序對建筑物在罕遇地震作用下進行靜力彈塑性推覆分析。分兩步進行加載：第一步為施加重力荷載代表值，并在后續施加水平荷載過程中保持恒定；第二步為逐步施加豎向分布模式為倒三角的水平荷載。性能點處頂點位移為：259.0mm（X向）、294.3（Y向）；最大層間位移角為：1/514（x向）、1/455（Y向）；基底剪力：14491kN（x向）、13945kN（Y向）。
在罕遇地震作用下，最大層間位移角為1/455，性能點處各層彈性位移角滿足性能C“層間位移應小于1/250”的要求，建筑物可實現“大震不倒”的抗震設防目標。
在兩向推覆下，結構在加載開始時，樓層底部連梁開始出現一些微裂縫，隨著加載步數的不斷增加，連梁開裂不斷向上部樓層發展，在性能點處時樓層墻體在出現一定數量的裂縫，但剪力墻沒有出現破壞，屬于輕微損傷。
性能點處構件具體情況見表3。
6.結論
（1）選用7組地震波，對結構作彈性時程分析，在滿足規范對時程分析結果要求的同時，將結果與反應譜分析結果相比較。對彈性時程分析結果凸顯出比反應譜法有更大地震反應的構件或樓層，應加強與包絡設計。
（2）對關鍵構件進行中震彈性驗算，通過中震的計算結果可知，關鍵構件滿足規定的性能要求。
（3）針對上述超限情況，對結構進行罕遇地震下的PUSHOVER分析，以確定結構能滿足第二階段抗震設防水準要求，并對薄弱構件制定相應的加強措施。
（4）扭轉不規則使主體結構薄弱部位通常出現在整體結構邊緣區域，設計時采取減小邊緣結構豎向構件軸壓比、剪壓比及提高配箍率、配筋率等措施，提高結構延性，避免脆性破壞。
綜上所述，本工程雖然存在1項不規則，高寬比達7.5，但結構形式比較簡單，我們在設計中充分利用概念設計方法，對關鍵構件設定抗震性能化目標。從各種計算結果顯示本工程除能滿足豎向荷載和風荷載作用下的有關指標外，亦滿足“性能目標C”的抗震設防目標。
參考文獻
[1]《廣東省超限高層建筑工程抗震設防專項審查實施細則》.
[2]《高層建筑混凝土結構技術規劃》JGJ3-2010.
[3]《混凝土結構設計規范》GB50010-2010.
[4]《建筑抗震設計規范》GB50011-2010.
收稿日期：2013-5-3
