某超高層塔樓結(jié)構(gòu)抗震性能分析

【摘要】某超高層塔樓為框支-剪力墻結(jié)構(gòu)，扭轉(zhuǎn)不規(guī)則且豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)，轉(zhuǎn)換層位于四層，屬高位轉(zhuǎn)換，為特別不規(guī)則超限高層建筑結(jié)構(gòu)。主要介紹該結(jié)構(gòu)的抗震概念設(shè)計(jì)及抗震性能目標(biāo)，完成了結(jié)構(gòu)整體受力性能分析、不同性能目標(biāo)所需求的結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力驗(yàn)算。計(jì)算結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)整體性能、承載力等均能滿足抗震性能目標(biāo)的要求。

【關(guān)鍵詞】超高層結(jié)構(gòu)；高位轉(zhuǎn)換；性能目標(biāo)

1. 工程概況

1.1 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目位于西安城區(qū)未央路與龍首路十字東北角，地處未央?yún)^(qū)中心，集商業(yè)、住宅、酒店及車庫(kù)配套設(shè)施為一體的大型商業(yè)綜合體，總建筑面積28.7萬(wàn)m2。綜合體由3座30層高層住宅塔樓、5座29層高層住宅塔樓、1座27層高層酒店、4層商業(yè)裙房和3層地下室組成。地下3層局部設(shè)有3個(gè)核6常6級(jí)二等人員掩蔽所。本文所述為29層8#住宅塔樓。

1.2 結(jié)構(gòu)概況及超限判別

該塔樓為框支-剪力墻結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)高度為96.800m，屬B級(jí)高度高層建筑；考慮偶然偏心的扭轉(zhuǎn)位移比大于1.2，且豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)，轉(zhuǎn)換層位于4層，屬高位轉(zhuǎn)換。為特別不規(guī)則結(jié)構(gòu)，屬超限高層建筑工程。

該塔樓抗震設(shè)防烈度為8度，Ⅱ類場(chǎng)地，設(shè)計(jì)地震分組第一組。

1.3 主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸（單位：mm）及材料

該項(xiàng)目樓蓋均采用現(xiàn)澆普通鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)體系。地下室頂板厚180，轉(zhuǎn)換層板厚200，標(biāo)準(zhǔn)層樓板厚 100～150。裙房框架梁截面尺寸 200x650～400x800，框架柱截面尺寸 600x600～800x800；轉(zhuǎn)換層框支柱截面尺寸為800x1200～1200x2200，落地剪力墻厚200～800，框支梁截面尺寸600x1500～1200x2200。標(biāo)準(zhǔn)層剪力墻厚 200～300，框架梁截面尺寸 200x400～200x 600。

地下3層～4層混凝土強(qiáng)度等級(jí)，梁、板為C30，框支柱、框架柱及剪力墻為C50；轉(zhuǎn)換層梁、板、柱、剪力墻混凝土強(qiáng)度等級(jí)均為C50；6～10層混凝土強(qiáng)度等級(jí)，梁、板為C30，框架柱及剪力墻為C50；11～20層混凝土強(qiáng)度等級(jí)，梁、板為C30，框架柱及剪力墻為C40；21層以上梁、板、框架柱及剪力墻混凝土強(qiáng)度等級(jí)均為C30。

本工程結(jié)構(gòu)中框支柱采用型鋼混凝土，鋼材材質(zhì)為Q345B。

2. 塔樓抗震性能目標(biāo)

按現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范（《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]及《高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[2]JGJ3-2010），綜合考慮抗震設(shè)防類別、設(shè)防烈度、場(chǎng)地條件、結(jié)構(gòu)的特殊性、建造費(fèi)用、震后損失和修復(fù)難易程度等各項(xiàng)因素后，該塔樓抗震性能目標(biāo)定為C級(jí) 。

3. 結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

3.1多遇地震作用分析

分別采用SATWE 和MIDAS BUILDING軟件對(duì)該塔樓結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，考慮雙向地震的扭轉(zhuǎn)偶聯(lián)效應(yīng)，并考慮偶然偏心的影響。

3.2 中震不屈服、中震彈性承載力驗(yàn)算

轉(zhuǎn)換梁、轉(zhuǎn)換柱按中震彈性設(shè)計(jì)。地震影響系數(shù)最大值αmax 按中震（2.8倍小震）取值，不考慮地震組合內(nèi)力調(diào)整系數(shù)，構(gòu)件的承載力計(jì)算時(shí)材料強(qiáng)度采用設(shè)計(jì)值，荷載作用分項(xiàng)系數(shù)、材料分項(xiàng)系數(shù)和抗震承載力調(diào)整系數(shù)γRE的取值均同小震，采用SATWE進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。分析結(jié)果表明，框支柱、框支梁均保持彈性狀態(tài)。

底部加強(qiáng)區(qū)剪力墻按中震不屈服設(shè)計(jì)。構(gòu)件的承載力計(jì)算時(shí)材料強(qiáng)度采用標(biāo)準(zhǔn)值，其他分析參數(shù)同中震彈性。分析結(jié)果表明，部分連梁出現(xiàn)了抗彎和斜截面受剪承載力不足。根據(jù)中震下的結(jié)構(gòu)性能目標(biāo)，允許部分構(gòu)件進(jìn)入非彈性工作階段和開裂，設(shè)計(jì)滿足要求。

3.3罕遇地震作用分析

根據(jù)現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范要求，在罕遇地震作用下，應(yīng)采用彈塑性靜力或動(dòng)力分析方法驗(yàn)算薄弱層彈塑性變形。該塔樓采用PKPM之PUSHEPDA進(jìn)行結(jié)構(gòu)罕遇地震作用下的彈塑性靜力推覆分析（Push Over Analysis，簡(jiǎn)稱POA）。

以上分析結(jié)果表明，8#塔樓X方向和Y方向的彈塑性層間位移角均滿足不大于1/120的限值要求。對(duì)應(yīng)性能點(diǎn)時(shí)，結(jié)構(gòu)整體上處于比較輕微損壞狀態(tài)，普通豎向構(gòu)件部分中度損壞，關(guān)鍵構(gòu)件輕度損壞，耗能構(gòu)件中度損壞，部分比較嚴(yán)重?fù)p壞。針對(duì)極少數(shù)落地剪力墻發(fā)生剪切破壞的情況，施工圖設(shè)計(jì)過(guò)程中將對(duì)這些墻體適當(dāng)加厚并提高配筋率，保證豎向構(gòu)件在罕遇地震作用下具有良好的承載能力和變形能力。

4. 結(jié)論

（1） 該塔樓存在扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、高位轉(zhuǎn)換和超A級(jí)高度等若干不規(guī)則性，屬于“特別不規(guī)則結(jié)構(gòu)”。

（2） 多遇地震、中震、罕遇地震下結(jié)構(gòu)抗震性能分析結(jié)果表明，該塔樓結(jié)構(gòu)布置、構(gòu)件截面尺寸選擇合理有效，能夠滿足“小震不壞”、“中震可修”、“大震不倒”的設(shè)防目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

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