太原市某超限高層建筑的抗震分析

李　璐

(太原理工大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院，山西 太原　030024)

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太原市某超限高層建筑的抗震分析

李璐

(太原理工大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院，山西 太原030024)

以太原市某超限高層建筑為例，依據(jù)山西省抗震設(shè)防超限高層建筑工程界定規(guī)定，對(duì)該超限結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，提出了多種抗震加強(qiáng)措施，在滿足建筑功能的基礎(chǔ)上，保證了結(jié)構(gòu)整體受力的合理性，使建筑結(jié)構(gòu)達(dá)到抗震性能化設(shè)計(jì)的要求。

超高層建筑，塔樓，結(jié)構(gòu)類型，抗震措施

隨著山西省經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，太原作為山西省的省會(huì)城市，這座美麗的國(guó)家歷史文化名城，煥發(fā)出新的色彩，城市建設(shè)邁開了大步?！笆蠼ㄖ弊潺埑?，展現(xiàn)了古城太原迷人的現(xiàn)代魅力，迎接著四方的來賓。同時(shí)各種功能的超高層建筑也拔地而起?，F(xiàn)就我參與設(shè)計(jì)的一個(gè)超限高層工程進(jìn)行抗震分析，采取了各種抗震加強(qiáng)措施，以便為今后的設(shè)計(jì)工作提供一些參考。

1　工程概況

本項(xiàng)目為集酒店、辦公樓、商鋪為一體的綜合建筑體。建筑場(chǎng)地總用地面積約4 806.12 m2，總建筑面積約為114 946.72 m2，其中辦公和商鋪部分52 944.86 m2；酒店部分62 001.86 m2。地下3層，地上為1號(hào)塔樓26層，2號(hào)塔樓22層，塔樓之間裙樓5層。1號(hào)酒店塔樓建筑總高度為110.40 m，2號(hào)辦公樓塔樓建筑總高度為99.60 m，1號(hào)塔樓為B級(jí)高層，2號(hào)塔樓為A級(jí)高層。1號(hào)、2號(hào)塔樓地上部分通過五層裙房連接，形成雙塔結(jié)構(gòu)體系。

2　結(jié)構(gòu)超限判定

塔樓采用鋼筋混凝土框架—核心筒結(jié)構(gòu)體系，各塔樓涉及超限內(nèi)容如表1所示(依據(jù)晉建質(zhì)字[2011]221號(hào)山西省抗震設(shè)防超限高層建筑工程界定規(guī)定)。1)1號(hào)酒店塔樓判定：a.采用鋼筋混凝土框架—核心筒結(jié)構(gòu)體系，建筑總高度為110.40 m，規(guī)范規(guī)定的其高度限制(A級(jí)高度)為100 m，本塔樓超過規(guī)范限制10.4%。b.一項(xiàng)不規(guī)則的內(nèi)容：無。c.三項(xiàng)及三項(xiàng)以上不規(guī)則的內(nèi)容：扭轉(zhuǎn)不規(guī)則：考慮偶然偏心大的位移比大于1.2。X向占27%，最大值1.22；Y向占100%，最大值1.37。組合平面：本塔樓平面布置屬于細(xì)腰型。尺寸突變：本塔樓屬于多塔結(jié)構(gòu)。其他不規(guī)則:局部樓層穿層柱。2)2號(hào)辦公塔樓判定：a.房屋高度超過規(guī)定：無。b.一項(xiàng)不規(guī)則的內(nèi)容：無。c.三項(xiàng)及三項(xiàng)以上不規(guī)則的內(nèi)容：組合平面：本塔樓平面布置屬于細(xì)腰型。尺寸突變：本塔樓屬于多塔結(jié)構(gòu)。其他不規(guī)則:局部樓層穿層柱。

3　結(jié)構(gòu)超限應(yīng)對(duì)措施

1)1號(hào)酒店塔樓高度大于100 m,按B級(jí)高度高層建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)，框架抗震等級(jí)為一級(jí)，核心筒抗震等級(jí)為特一級(jí)。2號(hào)辦公塔樓按A級(jí)高度高層建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)，框架抗震等級(jí)為一級(jí)，核心筒抗震等級(jí)為一級(jí)。2)1號(hào)酒店塔樓考慮偶然偏心下位移比大于1.2，結(jié)構(gòu)計(jì)算分析方面，采用兩種符合實(shí)際情況的空間分析程序SATWE和MIDAS進(jìn)行分析比較，采用考慮扭轉(zhuǎn)耦連的振型分解反應(yīng)譜法，同時(shí)考慮雙向水平地震力作用影響，并取包絡(luò)。3)1號(hào)酒店塔樓、2號(hào)辦公塔樓平面布置為細(xì)腰，在相應(yīng)細(xì)腰部位采用150 mm厚鋼筋混凝土樓板加強(qiáng)，配筋采用雙層雙向12@200，對(duì)平面薄弱部位進(jìn)行加強(qiáng)。相應(yīng)樓板按彈性樓板進(jìn)行補(bǔ)充分析。4)1號(hào)酒店塔樓、2號(hào)辦公塔樓樓板采用鋼筋混凝土樓板。地下一層頂板采用180 mm厚樓板，按嵌固設(shè)計(jì)。采用雙層雙向配筋12@200。針對(duì)樓板開洞較多的樓層，按彈性樓板進(jìn)行計(jì)算，樓板厚度采用150 mm，雙層雙向配筋12@200進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，并增強(qiáng)樓板開洞周圈梁的抗扭性能，提高抗扭鋼筋的配筋率，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體性。對(duì)局部樓層穿層柱部位采用增大柱配筋率10%的加強(qiáng)措施。5)1號(hào)酒店塔樓、2號(hào)辦公塔樓采用彈性時(shí)程分析方法進(jìn)行多遇地震下的補(bǔ)充計(jì)算，采用兩條天然波一條人工波,取多條時(shí)程曲線計(jì)算結(jié)構(gòu)的包絡(luò)值與振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算的較大值用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。6)針對(duì)多塔結(jié)構(gòu)，1號(hào)酒店塔樓、2號(hào)辦公塔樓采取了單塔與雙塔兩種模型分別計(jì)算，并按包絡(luò)設(shè)計(jì)。同時(shí)驗(yàn)算了設(shè)防地震下，主要豎向構(gòu)件，受彎中震不屈服以及受剪中震彈性驗(yàn)算。7)1號(hào)酒店塔樓、2號(hào)辦公塔樓連梁部分，采取將截面較高的連梁分成兩根截面較低的連梁協(xié)同工作，減小了連梁的剛度，保證連梁在小震下的彈性工作。在罕遇地震作用下率先出現(xiàn)塑性鉸，起到耗能作用。8)1號(hào)酒店塔樓、2號(hào)辦公塔樓采用PKPM靜力彈塑性EPDA&PUSH驗(yàn)算罕遇地震下的彈塑性變形。9)1號(hào)酒店塔樓標(biāo)準(zhǔn)層周圈框梁采取加大梁截面的措施(500×900)，以減少結(jié)構(gòu)整體的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。與兩個(gè)塔樓相連接的裙房部分，考慮到功能復(fù)雜，空間變化多，同時(shí)協(xié)調(diào)兩個(gè)塔樓的共同工作，將其框架的抗震等級(jí)提高一級(jí)，按特一級(jí)框架進(jìn)行設(shè)計(jì)。連接兩個(gè)塔樓之間的樓板，均采用180 mm厚板，雙層雙向12@200進(jìn)行配筋，在泳池底部的大跨空間部分，采用高度為1.8 m，大跨鋼筋混凝土井字梁進(jìn)行設(shè)計(jì)，相應(yīng)部分的框架柱，設(shè)計(jì)為型鋼混凝土框架柱。

表1　各塔樓涉及的超限內(nèi)容

4　抗震加強(qiáng)措施

1)針對(duì)該項(xiàng)目超限內(nèi)容的相應(yīng)措施：a.采用SATWE和MIDAS兩種不同的計(jì)算模型對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，確保計(jì)算的真實(shí)性。由于本工程為雙塔結(jié)構(gòu)，故采用雙塔與單塔模型分別計(jì)算，按包絡(luò)進(jìn)行設(shè)計(jì);b.增大底部加強(qiáng)區(qū)剪力墻、框架柱的配筋率，滿足中震下抗剪彈性、抗彎不屈服的性能目標(biāo)要求；c.樓板大開洞及塔樓連體區(qū)域的樓板采用彈性樓板模型計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果加強(qiáng)其構(gòu)造措施，增加樓板厚度，采用雙層雙向配筋；d.核心筒墻體約束邊緣構(gòu)件延伸至地上8層頂板，框架柱箍筋采用全高加密，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體的抗剪、抗彎性能。根據(jù)大震驗(yàn)算結(jié)果，針對(duì)底部墻體破壞部位增設(shè)型鋼;e.1號(hào)塔樓超A級(jí)高度10 m，考慮超出A級(jí)高度較少，故其抗震等級(jí)按規(guī)范規(guī)定的B級(jí)高度高層確定為核心筒特一級(jí)、框架一級(jí)；2號(hào)塔樓雖為A級(jí)高度高層但考慮與1號(hào)塔樓的耦聯(lián)作用，抗震等級(jí)提高為同1號(hào)塔樓；裙樓范圍樓板存在大開洞情況以及其對(duì)雙塔樓的約束作用較為重要，故其框架等級(jí)提高為特一級(jí);f.針對(duì)關(guān)鍵構(gòu)件及重要構(gòu)件(剪力墻、框架柱)箍筋采用全高加密的形式，底部加強(qiáng)區(qū)范圍內(nèi)將其內(nèi)力放大10%，構(gòu)件配筋按提高10%設(shè)計(jì)。其軸壓比以規(guī)范規(guī)定為基準(zhǔn)，分別按降低0.05設(shè)計(jì);g.裙樓框架柱及框架梁采用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)形式，4層頂大跨井字梁適當(dāng)增加起拱率；1號(hào)塔樓及2號(hào)塔樓與裙樓相接的框架柱及框架梁采用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)形式，以增大其延性;h.裙樓頂板及其上下各一層樓板加厚，以150 mm厚設(shè)計(jì)，配筋采用雙層雙向12@200;i.裙樓大開洞周圈樓板、核心筒連接區(qū)域采用150 mm厚，配筋雙層雙向12@200，塔樓部分角部樓板采用120 mm厚，配筋雙層雙向10@200;j.針對(duì)樓板大開洞周圈框架梁配筋進(jìn)行加強(qiáng);k.1號(hào)塔樓核心筒外墻設(shè)置雙連梁且在±0.000至裙樓以上兩層范圍內(nèi)每層設(shè)置一道配筋加強(qiáng)帶(暗梁)，按不少于上下各420配置，底部加強(qiáng)區(qū)部位(水平筋，豎向筋，J箍筋)比計(jì)算提高10%設(shè)計(jì)，提高剪力墻的延性;l.加大1號(hào)塔樓裙樓以上各層周圈框架梁的截面，以減小其扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。

2)各構(gòu)件配筋要求如表2，表3所示。

表2　剪力墻約束邊緣構(gòu)件和構(gòu)造邊緣構(gòu)件縱向鋼筋最小配筋率要求

表3　構(gòu)造邊緣構(gòu)件箍筋或拉筋要求，剪力墻豎向和水平鋼筋要求

5　結(jié)語

根據(jù)以上分析陳述，本項(xiàng)目存在高度超限、扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、細(xì)腰、剛度突變、穿層柱等情況。但通過結(jié)構(gòu)布置的優(yōu)化、薄弱部位及重要構(gòu)件的加強(qiáng)、以性能目標(biāo)為基準(zhǔn)的構(gòu)件截面設(shè)計(jì)、對(duì)鋼筋配置等構(gòu)造措施加強(qiáng)后，可滿足“小震不壞、中震可修、大震不倒”三水準(zhǔn)抗震設(shè)計(jì)要求。

[1]JGJ 3—2010，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[2]GB 50011—2010，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]GB 50010—2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

Seismic analysis of the extra-high-rise building in Taiyuan city

Li Lu

(AcademyofBuildingDesign,TaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan030024,China)

Taking the extra-high-rise building in Taiyuan city as an example, according to Shanxi provincial extra-high-rise building seismic regulations, the paper analyzes the extra-high-rise building structure, and puts forward various seismic strengthening measures. As a result, it guarantees structural stress rationality and meets architectural seismic design demands in the premise of meeting architectural functions.

super-high-rise building, tower building, structural types, seismic measures

1009-6825(2016)08-0061-02

2016-01-05

李璐(1981- )，女，碩士，工程師

TU352.11

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