安慶新城吾悅廣場A/B塔樓結(jié)構(gòu)設計

陳永輝

摘 要：安慶新城吾悅廣場A/B塔樓，每棟建筑面積為61200m2，高度149.7m。框架-核心筒結(jié)構(gòu)，層高大，挑高部分設有夾層。屬于超限結(jié)構(gòu)，按照超限專家意見，進行了性能化設計。通過小震計算、小震彈性時程補充計算、中震彈性及大震不屈服計算、靜力彈塑性計算等，證明了結(jié)構(gòu)設計的可靠性。

關鍵詞：結(jié)構(gòu)設計；超限；小震；中震彈；大震不屈

1 工程概況

安慶新城吾悅廣場位于安慶市迎江區(qū)，北面為市級公園大湖風景區(qū)，西面為傳統(tǒng)商業(yè)街人民路，南面靠近長江。建設用地分為南、北兩個部分。A/B塔樓位于北地塊，北地塊由大型商業(yè)和住宅兩個部分組成，占地面積28736m2，總建筑面積341400m2。其中：地上總建筑面積為263419m2，地下總建筑面積為77981m2。A/B塔樓每棟塔樓建筑面積為61200m2。擬建1、2、3、4四個商業(yè)區(qū)和A、B、C三棟塔樓，其中A/B塔樓29層，高度為149.65m，；C塔樓98.4m；1、2、3、4四個商業(yè)區(qū)為三層、四層的商業(yè)體，高度分別為14.7m、21m。四個商業(yè)區(qū)及C塔樓為規(guī)則結(jié)構(gòu)，C塔樓屬A級高度鋼筋混凝土高層建筑；A/B塔樓屬B級高度鋼筋混凝土高層建筑。

2 結(jié)構(gòu)特點

A/B塔樓地上29層，地下2層，建筑物總高度149.65米。負二層層高5.2m，負一層層高6.1m，一層層高5.7m，二、三、四層層高5.1m，五層（設備層）層高3.6m，十、二十層（避難層）層高3.6m，其余樓層層高5.35m，在層高為5.35m樓層中部有局部夾層，層高分別為2.7m及2.65m，塔樓布置見圖1。

3 地質(zhì)情況

場地內(nèi)巖土層自上而下依次為：①層雜填土、②淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、③層粉質(zhì)粘土、④層含圓礫粉質(zhì)粘土 、⑤層中粗砂、⑥層強風化泥質(zhì)砂巖，⑦層中風化泥質(zhì)砂巖1。

4 基礎設計

A/B塔樓主樓采用滿堂樁加承臺基礎， 地基基礎設計等級為甲級。樁基采用泥漿護壁成孔灌注樁，以⑦層中風化泥質(zhì)砂巖作為樁端持力層。樁身樁徑1.0m，單樁豎向載力特征值為4750kN，承臺厚2500。基礎圖見圖2。

5 上部結(jié)構(gòu)設計

A/B塔樓采用框架核心筒結(jié)構(gòu)體系，填充墻的砌體采用蒸壓加氣混凝土砌塊，其強度等級為A3.5（A5.0），砌筑砂漿為M5.0專用砂漿。主要構(gòu)件尺寸見表1。

建筑物抗震設防烈度7度，設計地震分組第一組，場地類別Ⅲ類。抗震設防類別丙類。剪力墻的抗震等級一級、框架的抗震等級一級。核心筒內(nèi)板、外板厚均取120mm。

6 結(jié)構(gòu)超限情況

A/B塔樓為框架-筒體結(jié)構(gòu)，高度149.65m，屬于超A級高度的建筑。通過計算，X向最大位移與平均位移比1.24（二層）、Y向最大位移與平均位移比1.37（二層），并有多層位移比>1.2，故結(jié)構(gòu)屬于扭轉(zhuǎn)不規(guī)則；夾層局部無樓板，屬于樓板不連續(xù)。

設計中，挑高部分的夾層，采用樓層立小柱支撐夾層結(jié)構(gòu)的做法，避免了建筑物上下層剛度的突變帶來的結(jié)構(gòu)豎向不規(guī)則。

縱上所列，除2項不規(guī)則外，結(jié)構(gòu)體型無其它不規(guī)則項，結(jié)構(gòu)屬于規(guī)則結(jié)構(gòu)。

7 結(jié)構(gòu)抗震性能目標

A/B塔樓為超規(guī)范A級高度，不超B級高度的高層建筑，結(jié)構(gòu)不規(guī)則項較少，擬建場地地基土工程性質(zhì)較好。綜合考慮抗震設防類別、設防烈度、場地條件、結(jié)構(gòu)本身特點、建造費用和修復難易程度等因素，根據(jù)《高規(guī)》對抗震性能目標的劃分，A/B塔樓的抗震性能目標定為D類。

底部加強區(qū)外框剪力墻、框架柱、穿層柱為關鍵構(gòu)件。關鍵構(gòu)件設計目標為中震抗剪截面彈性、抗彎不屈服；大震抗剪、抗彎不屈服。

其余豎向構(gòu)件在中震下容許個別構(gòu)件屈服，大部分豎向構(gòu)件的受剪截面滿足彈性控制條件。在大震下較多構(gòu)件允許屈服，但同一樓層還有部分構(gòu)件不屈服。且豎向構(gòu)件抗剪截面滿足控制條件。

8 多遇地震及風荷載作用下彈性分析

分別采用SATWE及YJK 兩種三維空間結(jié)構(gòu)分析程序進行計算比較，按振型分解反譜法進行抗震計算及彈性時程補充分析計算。周期及周期比見表2，地震作用下位移角見表3，彈性時程分析主要結(jié)果見表4。

9 設防烈度地震驗算分析

根據(jù)設防烈度地震作用下的抗震性能目標的要求，進行中震彈性、中震不屈服分析，以確定結(jié)構(gòu)在中震作用下的抗震性能。根據(jù)計算發(fā)現(xiàn)底部加強部位剪力墻、框架柱、穿層柱滿足抗剪截面彈性要求。

經(jīng)查與穿層柱對稱位置框架柱樓層剪力V=1462kN，穿層柱軸力N=27462kN，按超限專家意見補充穿層柱計算，框架柱X向單邊配筋增大為4436mm2。

對底層剪力墻受拉進行了詳細分析，發(fā)現(xiàn)部分剪力墻在地震作用下會出現(xiàn)拉應力，但均小于ftk=2.85MPa，且根據(jù)統(tǒng)計四層以上墻體無拉應力。拉應力出現(xiàn)的位置為外圍核心筒較短墻體。按超限專家意見將出現(xiàn)受拉狀態(tài)的剪力墻抗震等級提高為特一級。四層及以下加強區(qū)剪力墻的抗震構(gòu)造措施加強，配筋加大。框架柱經(jīng)計算無受拉的情況。

10 罕遇地震驗算分析

大震不屈服計算模型主要輸入?yún)?shù)見表5。

大震不屈服作用下分析結(jié)果顯示，前四振型的有效質(zhì)量系數(shù)分別是：X向：63.64%；17.70%；7.22%；1.86%，Y向：61.24%；19.49%；5.11%；4.47%；關鍵構(gòu)件及豎向構(gòu)件均能滿足性能目標要求，且有一定的安全儲備。

11 夾層對主體結(jié)構(gòu)影響

夾層混凝土梁截面200×400，鋼梁300×200×12×8，標準層框架柱截面1100×1100～800×800，二者截面相差較大，用YJK計算按M/Vh0復算剪跨比。從計算結(jié)果知，夾層梁截面、剛度較小，無法對框架柱形成有效的約束，框架柱不會出現(xiàn)正常結(jié)構(gòu)兩層兩個反彎點的情況。夾層雖造成按使用功能劃分兩層，其實際對框架柱的受力影響不大。按專家意見考慮到夾層的不利影響，施工圖設計時框架柱按短柱設計，軸壓比按規(guī)范規(guī)定的柱軸壓比限值降低0.05，體積配箍率不小于1.2%控制。

12 靜力彈塑性分析

本工程僅高度超A級，根據(jù)《高層混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)程》3.11.4條：高度不超過150m的高層建筑可采用靜力彈塑性分析方法，用于分析大震下變形情況。分析軟件采用PUSHOVER靜力彈塑性分析程序，得到結(jié)構(gòu)基底剪力-位移曲線，轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)的能力譜，能力譜與需求譜的交點即為性能點。罕遇地震作用下的位移角見表6。

13 結(jié)論

在多遇地震及風荷載作用下，SATWE和YJK兩種軟件分析的各項指標基本一致，結(jié)構(gòu)構(gòu)件處于彈性階段，承載能力和變形能力均能滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。時程分析與反應譜之間具有一致性和規(guī)律性，符合工程經(jīng)驗及力學概念所做判斷，能夠滿足“小震不壞”的抗震性能目標。

在設防烈度地震作用下，剪力墻、柱均處于抗剪彈性、抗彎不屈服狀態(tài)；框架梁、連梁部分出現(xiàn)抗彎屈服，但抗剪不屈服，可滿足“中震可修”的抗震性能目標。

在罕遇地震作用下，結(jié)構(gòu)層間彈塑性位移及層間位移角均滿足規(guī)范限值要求，結(jié)構(gòu)主要抗側(cè)力構(gòu)件沒有發(fā)生嚴重破壞，可滿足“大震不倒”的抗震性能目標。

參考文獻：

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