超高層酒店辦公樓結構設計實例淺析

李駿嶸,陳志剛,盧云軍,焦 儉

(浙江省建筑設計研究院,浙江 杭州 310006)

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超高層酒店辦公樓結構設計實例淺析

李駿嶸,陳志剛,盧云軍,焦 儉

(浙江省建筑設計研究院,浙江 杭州 310006)

結合杭州市余杭區的一個工程設計實例,針對超高層結構設計的特點,從結構體系及結構布置、結構超限類型和程度,以及結構計算結果分析等方面進行論述,欲給工程設計人員提供一個超高層結構設計的處理方法和思路,以供同行參考。

超高層結構;彈性時程分析;中震驗算;靜力彈塑性

1 項目概況

本工程位于杭州市余杭區。整個項目是一個集購物、餐飲、辦公、住宅、五星級酒店等于一體的大型綜合體。酒店辦公樓是整個地塊乃至區域的最具標志性高樓。主樓共47層,1～2層是商業輔助用房,3～21層為五星級酒店功能,向上其余各層為五A級寫字樓。主樓結構高度197.5 m,地上47層,地下3層,建筑面積約8萬m2。抗震設防烈度6度；設計地震分組為第一組；場地類別為Ⅲ類；抗震設防類別為標準設防類(丙類)；基本風壓取值0.50 kN/m2。建筑立面見圖1。

2 結構體系及結構布置方案

本工程采用現澆鋼筋混凝土框架-核心筒結構,地下室部分采用框架結構,樓面和屋面采用現澆鋼筋混凝土梁板結構。以首層樓板作為上部結構的嵌固端。各部件抗震等級如下：主樓框架抗震等級二級,核心筒抗震等級二級。地下1層夾層抗震等級同上部結構,地下其余各層抗震等級三級。剪力墻底部加強區取下部5層。主樓共設置3個避難層。

圖1 建筑立面效果圖

樓板厚度取值：地下各層板厚150 mm,首層樓板板厚200 mm,地上一般樓層板厚120 mm。混凝土主梁截面：600×850 ,500×800,400×800,300×800。剪力墻厚度：250～550 mm。混凝土柱截面：SRC1 400×1 100,1 400×1 100～900×600。樓層典型結構平面布置見圖2。

圖2 標準層結構平面圖

3 地基、基礎設計方案

本工程地基基礎設計等級為甲級。采用大直徑泥漿護壁混凝土鉆孔灌注樁,以中風化泥質粉砂巖、含礫砂巖層為持力層。樁徑1 m,單樁抗壓承載力特征值6 000 kN。塔樓核心筒范圍內基礎采用樁筏基礎,其余部分采用梁板式基礎。

4 反應譜小震彈性分析

計算分析采用中國建筑科學研究院編制的SATWE軟件,并用PMSAP和Midas Building軟件進行復核驗算。多遇地震彈性分析和罕遇地震彈塑性分析主要結果如下：

4.1 總質量、周期和振型

SATWE和PMSAP、Midas-Building計算結果見表1。三者計算的結構總質量、振動模態和周期基本一致,初步判斷模型的分析結果準確、可信。

4.2 基底剪力和傾覆彎矩

計算結果見表2。各樓層剪重比均大于規范限值0.66%,滿足要求,抗震計算時各層剪力無須調整。

表1 結構總質量及前六階周期對比表

表2 基底剪力和傾覆彎矩

4.3 層間位移角和扭轉位移比

計算風荷載和規范地震作用下的層間位移角和考慮偶然偏心的扭轉位移比,計算結果見表3。層間位移角計算結果滿足規范要求[1-2]。最大位移比X向位移比小于1.2；Y向大于1.2,但未超過1.4。

表3 最大層間位移角和扭轉位移比

4.4 樓層側向剛度比和樓層受剪承載力比值

計算結果見圖3、圖4。除第7層外,其余樓層均滿足規范“樓層側向剛度不宜小于相鄰上部樓層側向剛度的70%或其上相鄰三層側向剛度平均值的80%”的要求[1-2]。第7層為薄弱層,結構設計時該層地震剪力放大系數取1.25。各層樓層受剪承載力比值均滿足規范要求。

圖3 側向剛度比

圖4 樓層受剪承載力比

4.5 外框架柱承擔的傾覆力矩和剪力

框架所占傾覆力矩的比例在20%～40%之間,首層X、Y兩個方向均約為20%。框架所占剪力的比例,除底部幾層外均超過10%。計算結果見圖5～8。

5 遇地震彈性時程分析

采用2條天然波(TH2TG045和TH4TG045)和1條人工波(RH1TG045)進行小震雙向彈性時程分析,并與規范反應譜分析進行了比較。由計算結果表4可知,每條時程曲線計算所得結構基底剪力不小于振型分解反應譜法計算結果的65%,多條時程曲線計算的結構基底剪力的平均值不小于振型分解反應譜法計算結果的80%,滿足規范要求[1-2]。

圖5 X向承擔傾覆力矩比例

圖6 Y向承擔傾覆力矩比例

圖7 X向承擔剪力比例

圖8 Y向承擔剪力比例

6 中震驗算

基于性能設計要求,對主樓底部加強區的豎向抗側力構件進行中震彈性驗算。分別按規范地震反應譜和《安評報告》建議的地震反應譜,計算了加強區典型樓層的墻柱軸壓比和柱子配筋,計算結果顯示主樓底部加強區部位的墻肢軸壓比均小于0.60,框架柱的軸壓比均小于0.70,且配筋較合理。因此,結構可以達到中震彈性的性能設計要求。

表4 時程法好反應譜法基底剪力

7 靜力彈塑性分析

采用中國建筑科學研究院的EPDA程序對結構進行罕遇地震下的彈塑性分析計算。計算結果顯示性能點最大層間位移角為 1/318,對應的頂點位移最大為493.3 mm,滿足框架-核心筒結構彈塑性層間位移角限值1/100的要求。

8 結 語

本工程位于6度區Ⅲ類場地,主樓存在超高和扭轉不規則、剛度突變兩項不規則,屬于超高超限高層。主要設計方法[3]：

1) 結構進行小震彈性時程分析,結構設計依據時程法的包絡值和振型分解反應譜法的較大值。在利用反應譜進行配筋計算時,樓層地震力適當放大。

2) 對主樓底部加強區的豎向抗側力構件進行中震彈性驗算,確保結構在中震作用下,結構承載力滿足彈性設計要求。

3) 進行罕遇地震作用下靜力彈塑性分析。通過性能點狀態下結構的最大層間位移角,判斷是否滿足“層間彈塑性位移角限值”的要求。經計算分析可知,結構的各項指標均比較理想,整體設計滿足規范要求。

[1] 中國建筑科學研究院.JGJ 3—2010 高層建筑混凝土結構技術規程[S].北京：中國建筑工業出版社,2011．

[2] 中國建筑科學研究院.GB 50011—2010建筑抗震設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社,2010．

[3] 李駿嶸，焦儉.余政儲出[2012]47號地塊開發項目酒店及辦公項目超限高層建筑抗震專項審查報告[R].杭州：浙江省建筑設計研究院,2013．

Brief Analysis on the Examples of Structure Design for the Super High Hotel Office Building

LIJunrong,CHENZhigang,LUYunjun,JIAOJian

2016-05-24

李駿嶸(1979—)，男，浙江杭州人，高級工程師，從事建筑結構設計工作。

TU318+.2

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1008-3707(2016)11-0013-03