芜湖文化公园酒店超限高层抗震设计

1、芜湖文化公园酒店超限高层抗震设计芜湖文化公园酒店超限高层抗震设计1工程概况安徽芜湖文化公园及配套工程是一个集文化剧院、商业、酒店及住宅于一体的新型建筑综合体。工程位于安徽省芜湖市弋江区文教板块，由AB三地块组成。其中A地块为严凤英黄梅戏艺术基地美丽华大剧院，B地块为高层酒店，地块为住宅用地。本工程位于整个场地的B地块，为一座五星级酒店，总建筑面积5.37万。地下室1层，为车库、设备和后勤用房，层高5.9，建筑面积1.06万；主楼地上建筑层数24层，建筑主屋面高度97.4，外幕墙高度118.5，建筑面积4.31万。其中地上层15为酒店公共功能房间和附属设施，层4以下为裙房，裙房高度20.7，层层

2、高为5.4，层24层高为5.1，层4与层5之间的设备夹层层高为2.2，层5层高为4.2，层6以上为酒店标准客房，层高为3.7。建筑标准层呈椭圆形，其中长轴约49.0，短轴约35.6，长宽比约1.38，高宽比约2.74。建筑效果图见图1，剖面图见图2。工程设计基准期为50年，建筑构造平安等级为二级，抗震设防类别为标准设防类。抗震设防烈度为6度，设计根本地震加速度值为0.05g，设计地震分组为第一组，建筑场地土类别为类，地面特征周期为Tg=0.35s。构造根本风压取100年重现期的风压0.50kN/2，进展承载力分析，50年重现期的风压0.40kN/2，进展刚度分析，地面粗糙度类别为B类。图1建筑

3、效果图图2建筑剖面图2地基根底设计根据地质勘查报告,本工程所位于的场地地貌属长江中下游冲积平原。在勘察深度范围内，场地第四纪松散层成因类型主要为冲积型，岩性除表层杂填土外，下部为粉质粘土、淤泥质粉质粘土、粉质粘土夹卵砾石、粉土夹粉砂，下伏基岩为凝灰岩。场地土类型为中软土，不存在砂土液化及软土震陷影响。图3根底平面布置图本工程地基根底设计等级为甲级，根底设计平安等级二级，地下一层，根底埋深6.2，地下水位比拟高，抗浮工况水位按室外地坪0.5取，承压工况水位按室外地坪3.9龋根底形式采用桩筏根底，考虑到拟建场地周围环境以及岩层面起伏很大的情况，桩基采用钻孔灌注桩。上部构造荷载差异较大，并存在部分抗

4、浮与抗压并存的复杂情况；另外考虑到尽量使桩竖向承载力与桩身混凝土强度相匹配，以获得更好的经济效益，因此综合考虑各种因素，并经过计算分析后，主楼承压桩采用桩径800，有效桩长为3437，桩身混凝土强度等级水下35，持力层为-2强-中风化凝灰岩层，单桩竖向抗压承载力特征值取3400。裙房部分的承压桩和抗拔桩采用桩径650，有效桩长为2537，桩身混凝土强度等级水下35，持力层为-2强-中风化凝灰岩层，单桩竖向抗压承载力特征值取2300,单桩竖向抗拔承载力特征值为850。纯地下室部分抗拔桩采用桩径550，有效桩长约为2126，桩本文由论文联盟.Ll.搜集整理身混凝土强度等级水下35，持力层为-1粉土

5、层与-1全风化凝灰岩层，单桩竖向抗拔承载力特征值为600。根底底板厚度在酒店主楼下为2000，主楼与裙房沉降后浇带范围内底板厚度为1500，其余裙房部分和纯地下室底板厚均为600。对于部分框架柱柱底荷载较大处承台部分加厚，以满足冲切要求。根底地板和地下室外墙的防水混凝土强度等级为35，设计抗渗等级为0.8Pa。本工程采用JAD软件进展沉降计算与分析，在侧向地震力和风力作用下，主楼周边及出主楼一跨地下室桩的边桩效应明显，设计通过加强周边布桩来满足标准要求。图3为根底平面布置图整个地下室在主楼与裙房之间不设沉降缝，通过控制主楼沉降量的绝对值;在主楼与裙房之间设置沉降后浇带;控制后浇带封闭时间等措施

6、，来调整主楼与裙房之间的差异沉降。整个地下室超长且属于大体积混凝土构造，采取以下有效的措施控制由于温度应力和混凝土收缩等因素产生的裂缝：设置多条收缩后浇带;在混凝土中掺入适量微膨胀剂或抗裂纤维;进步地下室底板、楼板和框架梁的钢筋配筋率，增加构造本身的抗收缩才能;加强施工养护，调整粗骨料大小，水灰比等改善混凝土的收缩性能。3构造体系与构造选型酒店主楼高度小于150，故为A级高度钢筋混凝土高层建筑构造。综合考虑建筑的平面布置和使用功能，构造主体采用双重抗侧力构造体系即现浇钢筋混凝土框架-核心筒构造体系，核心筒抗震等级为二级，框架抗震等级为三级。利用建筑物核心区公共交通区域布置落地核心筒，核心筒承受

7、大部分的程度剪力和倾覆弯矩，为主要的抗侧力构件。核心筒平面尺寸为9.35x21.5，高宽比约为10.4。核心筒外圈的剪力墙厚为500400，内部的剪力墙厚为200。核心筒底部加强区取至设备层顶，即标高至22.900，约束边缘构件标高至27.100。外围框架柱柱距根本为9.00，由于核心筒外墙与外围框架柱间的中距较大，为满足建筑净高要求，减少梁高，设置一圈内柱，进步了构造的侧向刚度和抗扭刚度，并进步了框架部分承当的地震剪力，且内柱与外住形成了完好的框架，即使在第1道抗震防线核心筒失效时，框架仍是完好抗侧力构造，可以承当竖向荷载并具有一定的抗震才能。主要的柱截面尺寸分别为：外围框架柱底部截面140

8、01100，自上而下渐收为1000900；中柱底部截面1200 x12001000 x1000，自上而下渐收为900 x900800 x800。竖向构件的混凝土强度等级采用50根底顶层12，40层13屋面。裙房构造平面布置图见图4和标准层构造平面布置图见图5，在平面布置中，由于建筑功能需要，核心筒并非居中布置，引起一定的改变效应。设计通过调整加强周圈框架的刚度以增大构造的整体抗扭刚度，并尽量调整构造刚心与质心之间的偏心，以减少改变的不利影响。在竖向布置中，由于建筑裙房在四层顶内收，并且存在一个层高仅2.2米的设备夹层，造成此处刚度变化较大，设计通过调整上下两层的构造柱、墙截面尺寸，以减少其侧向

9、刚度差，减弱此处竖向收进带来的抗震不利影响。同时为了保证建筑立面效果，主楼的西南面中间有四根柱子在层2123楼面设置为倾斜柱倾角为18度，小于20度，柱距由8.1渐变至3.6，且上柱、下柱与框架梁的形心多点重合，柱的轴力根本传给下层柱。在计算中按实际建模，并且设置了楼板弹性膜单元，对楼板及框架横梁进展受力分析，进一步加强其平安储藏。图4裙房构造平面布置图层4图5标准层构造平面布置图本工程楼盖体系采用现浇钢筋混凝土梁板体系，加强了构造整体性，增强构造的抗震才能。程度构件的混凝土强度等级40层1层13，30层14屋面为满足建筑需要，构造整体不设缝，主楼与裙房部分连成一体。为保证地下室顶板的嵌固作用

10、，地下室顶板厚度为180,地下层1的楼层剪切侧向刚度大于层1侧向刚度的2倍。4构造超限情况和性能化抗震设计原那么4.1构造超限情况根据?超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点?建质2022第109号要求，对整体构造进展超限判别。本工程构造存在的不规那么性主要有：(1).在规定的程度力作用下，裙房部分楼层的最大弹性程度位移或层间位移与该楼层两端弹性程度位移或层间位移的平均值之间的比值为：1.30X向、1.28Y向，均大于1.20小于1.5，属于平面不规那么中的改变不规那么。(2).裙房平面布置较为复杂，二层的大堂上空、四层的宴会厅上空楼板均开有大洞，部分楼板缺失，有效楼板宽度小于该层楼板典型宽

11、度的50%，属于平面不规那么中的楼板不连续。(3).主楼带有四层裙房不设缝，裙房顶层收进高度20.7与主楼屋面高度97.4之比为0.21，大于0.20，且其立面收进尺寸为相邻下一层的37%，大于25%，属于竖向不规那么中的尺寸突变。(4).由于建筑与设备功能需要，本工程在建筑层4、层5之间设置一个2.2层高的设备夹层，导致相关楼层的侧向刚度发生较大变化。建筑层4与设备夹层的侧向刚度比为59%(X向)、57%(Y向)，均小于70%，大于50%，出现构造软弱层，属于竖向不规那么中的刚度突变。4.2构造抗震性能化设计原那么因构造超限较多，构造设计采用性能化的抗震设计方法，合理设定构造抗震设计性能目的

12、，对重要和关键构件提出更严的要求。综合考虑抗震设防类别、设防烈度场地条件、构造自身特性等因素，根据工程构造各部位的重要程度，分别设定了三水准下的抗震性能目的：1小震作用下，建筑不需修理完全可使用，即构造满足弹性设计要求，包括全部构件的抗震承载力满足现行标准要求；2中震作用下，建筑修复后可继续平安使用，关键部位的竖向构件的抗震承载力满足弹性设计要求，允许有些选定部位接近屈从但不应发生剪切等脆性破坏；3大震作用下，建筑能保障生命平安，关键部位的竖向构件不屈从，允许有些选定的部分进入屈从阶段但不得发生剪切等脆性破坏。构造整体和构造构件的详细抗震性能目的见表1。构造抗震性能目的表5构造抗震分析与计算5

13、.1小震和风荷载作用下弹性分析本工程采用两种符合构造实际情况的不同力学模型的空间分析软件SATE和PSAP进展了小震和风荷载作用下构造的内力和位移计算，其内力和位移按现行标准规定的弹性方法进展计算分析。地震力均采用改变藕联分析，为充分考虑高阶振型影响，振型数取为28个，Q法进展振型组合，考虑双向地震作用和偶尔偏心的影响，并采用一样的分析参数。在对构造楼层位移特性进展整体分析时。对所有楼层采用刚性楼板假定；对构造楼面不连续或较大楼板缺失等平面规那么性超限对楼板整体有较大的影响，此时楼板自身平面内刚度无限大的假定已不适用，计算模型采用考虑楼板弹性变形的弹性膜单元，进展整体构造分析。主楼构造计算以地

14、下室顶板为嵌固部位，阻尼比为0.05，程度地震影响系数最大值取ax为0.04。由于主楼大部分抗侧力构件45度斜交方向，计算分析时按0度和45度方向进展验算，由程序自动算出最不利方向角，并找出最不利效应配筋。整体计算模型见图6，小震和风荷载作用下分析主要结果见表2、3。由表1，表2可知，两种程序分析出的构造反响特征、变化规律根本吻合，弹性分析结果比拟接近，各部分指标根本满足标准要求。地震和风荷载作用下的最大层间位移角，明显小于1/800的弹性变形位移限值。带裙房部分楼层在偶尔偏心地震作用下的楼层最大位移与平均位移比，虽超过标准不宜大于1.2的规定，但没有超过不应大于1.4的限制。改变周期与平动周

15、期的比值远小于0.9，说明构造总体上抗扭才能还是比拟理想的。地震作用下质量参与系数均大于90%，底图6整体计算模型构造动力特性分析主要结果表2构造弹性分析主要结果表3部剪重比均大于0.8%，框架承受的地震倾覆力矩均小于构造总地震倾覆力矩的50%，说明框架与剪力墙的数量较为合理，框架柱和剪力墙墙肢的轴压比均能满足标准要求。楼层侧向刚度取楼层剪力与楼层层间位移角之比。表3中建筑层4与设备夹层的侧向刚度比X向、Y向均小于相邻上层的70%，可以看出在设备夹层位置刚度有突变，说明为构造的薄弱位置，竖向不规那么性比拟明显，构造计算时对其地震剪力乘以放大系数。为满足框架柱作为构造抗震的第二道防线的目的，设计

16、中控制框架部分承当的地震剪力不小于对应地震作用标准值构造底部总地震剪力V0的20%或未经调整的各层框架承当的地震总剪力中德最大值Vf.ax的1.5倍。底部部分楼层由于首层层高较高的因素不满足要求。设计中对底部加强区核心筒制定了合理的抗震性能目的，同时，框架部分承当的地震剪力按标准要求调整。表3中可以看出在风荷载作用下，主楼的Y向所产生的层间位移角、底部剪力以及倾覆弯矩已大于小震引起的相应值。在构造计算中，X向地震作用为控制程度荷载，Y向风荷载作用为控制程度荷载。5.2小震作用下弹性时称分析根据标准要求，采用SATE程序中的弹性动力时程分析法对本工程进展多遇地震下的补充计算，地震波的选取原那么是

17、：每条时程曲线计算的构造底部剪力不应小于振型分解反响谱法计算结果的65，多条时程曲线计算所得构造底部剪力的平均值不应小于振型分解反响谱法计算结果的80。分别选取地面运动最大加速18/s2,特征周期0.35s的两条天然地震波TH2TG035、TH4TG035和一条人工地震波RH1TG035进展弹性动力时程分析。每条波的持续时间均大于构造自振周期的5倍，按双向地震波输入。弹性时程分析所采用的地震波和计算所得的基底剪力值见表4，弹性时程分析所得的最大楼层剪力见图7，从结果可以看出，三条时称曲线的选取满足标准要求，而且时程分析所得的地震剪力平均值以及其他弹性时程反响指标值也根本小于振型分解反响谱法的计

18、算结果。本工程的最大楼层剪力分布曲线层变化比拟平缓，沿竖向无明显突变。对于部分楼层个别曲线的地震剪力略大的情况，采用包络设计。图7弹性动力时称分析的最大楼层剪力SATE弹性时称分析结果表45.3中震作用下弹性分析和中震不屈从分析中震弹性设计和中震不屈从设计均按根本烈度地震作用进展构造抗震分析的，主要是以概念设计和抗震构造措施来保证关键构件承载力到达预定的抗震性能目的。中震作用下进展弹性设计和不屈从设计均不进展组合内力调整强柱弱梁、强剪假设弯、强节点弱构件的调整，抗震等级四级，不考虑风荷载作用，构造的程度地震影响中系数取小震的2.85倍即0.12，中震设计参数选取见表5，计算分析采用SATE软件

19、程序进展中震验算，根据表1所提出的抗震性能目的，对底部加强区和设备层层5及以下的关键部位的重要构件如核心筒剪力墙、框架柱进展中震抗剪弹性验算，计算时采用与小震弹性计算一样的荷载作用分项系数、材料分项系数和抗震承载力调整系数，这就使设计构件既在中震作用下处于弹性状态又从一定程度保存了构造的平安度和可靠度。计算结果说明，底部加强区和设备层层5及以下的关键部位的重要构件应按中震作用的内力进展设计配筋，适当进步核心筒剪力墙和框架柱的配筋率、体积配箍率及增设型钢等措施，满足中震抗剪弹性的性能目的。对底部加强区和设备层部位层5及以下的关键部位的重要构件如核心筒剪力墙、框架柱进展了中震抗弯不屈从验算，对层5

20、以上核心筒剪力墙和框架柱进展了中震不屈从验算，计算时荷载作用分项系数取1.0组合值系数不变，材料分项系数取标准值；抗震承载力调整系数RE取1.0，那么使设计构件在中震作用下到达弹性极限状态，计算结果说明，按中震不屈从和小震弹性分析结果的较大值进展设计，满足构造在中震作用下不屈从的性能目的。中震设计参数选取表55.4大震下主要墙肢受剪截面控制条件验算按照性能目的的设定，本工程关键部位的竖向构件核心筒墙底部加强区及设备层部位应满足大震不屈从下的受剪截面控制条件VGE+6.95VEK0.15fKbh0。经过对核心筒布置、墙厚和混凝土强度等级的调整，并适当考虑型钢柱的作用后，经过计算分析，在大震不屈从

21、工况下，各主要墙肢截面可满足要求。5.5大震下静力弹塑性推覆分析为保证构造大震不倒的第三水准抗震性能目的，判断构造在大震下是否存在薄弱区并评价薄弱区的薄弱程度，计算构造在罕遇地震作用下的层间弹塑性位移角和理解塑性铰分布情况，检验核心筒和框架是否实现了强柱(墙)弱梁的抗震准那么，并针对性地采取加强措施和优化构造布置，对本工程进展了静力弹塑性分析。采用中国建筑科学研究院开发的PUSHEPDA软件进展静力推覆分析，主要是进展弹塑性阶段的变形验算。采用在SATE计算模型的根底上经过简化后的模型，去掉地下室部分，采用刚性楼板假定。构造分析步骤主要分为：施加竖向静力荷载作为初始应力，施加倒三角形的侧推荷载

22、对构造进展Pushver分析，确定对应的罕遇地震下的构造反响特性和弹塑性开展情况。大震分析时，程度地震影响系数最大值取0.28，特征周期取0.40s。构造静力弹塑性分析的需求谱和才能谱关系图见图8、图9，静力推覆弹性分析计算结果计算结果见表6。在X向Y向静力推覆作用下，才能曲线和需求曲线的交点，即性能点。由性能点向上与周期-最大层间位移曲线相交，所对应的纵坐标即为大震下的弹塑性层间位移角。经过计算分析：1X、Y向推覆分析的最大弹塑性层间位移角分别为1/586，1/585，结果说明，罕遇地震作用下，构造层间位移角能满足高规4.6.5条要求，即控制层间弹塑性位移满足小于1/100。才能谱性能点以上

23、的上升段说明，构造整体性能在6度大震作用下具有一定的充裕度，能保证构造平安。2在推覆过程中，塑性铰首先在核心筒连梁出现，沿竖向陆续出现，起到耗能的作用；然后是底部核心筒剪力墙部分出现少量程度裂缝而非剪切斜裂缝，为拉坏或压坏退出工作，剪力墙弯曲较开展较多，未出现剪力铰，说明剪力墙具有较大抗剪承载力，在罕遇地震作用下不发生剪切破坏；最后是部分框架梁在柱端出现塑性铰，外框架柱一直保持不屈从状态，说明框架能形成第二道抗震防线，很好地保证了构造在大震作用下的整体延性。从整个构造构件的塑形铰分布和出现顺序可以看出，构造表现为较合理的屈从机制。3构造竖向构件在大震作用下具较大的承载力及较好的延性，符合强柱(

24、墙)弱梁的构造设计概念。X向在第18步加载时，Y向在第21步加载时，构造才能谱与罕遇地震作用下的需求谱刚好相交，能顺利穿越需求谱，构造能满足大震不倒的抗震性能目的。图8X向才能曲线、需求曲线及抗倒塌验算图图9Y向才能曲线、需求曲线及抗倒塌验算图静力推覆弹性分析计算结果表66构造设计中的关键问题和抗震超限加强措施。通过对计算结果的分析比拟可以看出，构造整体效应、竖向构件的内力分配等均能根本反映构造的真实情况。并根据计算结果，在抗震概念设计及抗震措施等方面对整体构造分析中发现的构造相对薄弱部位与构件采取措施，进展针对性的加强，减小了不规那么平面、竖向和改变带来的不利影响。1在平面布置中，由于建筑功

25、能需要，核心筒没有居中布置，引起一定的改变效应；并且四层裙房的平面布置与主楼的位置关系也存在较大的偏心，虽然该质心偏心距并未大于底盘相应边长的20%，但由此引起的改变效应还是非常明显。通过利用建筑裙房的楼梯间双向设置假设干道自基顶至裙房屋面的剪力墙，一方面加大了构造整体的抗扭刚度，另一方面调整了构造主体质心与刚心之间的偏心；在主楼标准层部分，重点加大了周圈框架梁的截面尺寸，以加强构造的抗扭刚度。通过上述措施，使得抗侧力构件布置比拟均匀对称，防止了过大偏心，调整第一、二、三周期中改变分量所占比例至合理范围，控制楼层的最大弹性程度位移或层间位移与该楼层两端弹性程度位移或层间位移的平均值之间的比值在

26、1.4以内，减少了改变的不利影响。2主楼2.2米层高的设备夹层，导致构造的侧向刚度在此处发生较大的变化。在构造设计中，通过调整此夹层的上下两层竖向抗侧力构件的截面尺寸与剪力墙的布置位置等措施，即尽量减小设备夹层的柱墙尺寸、加大或补强夹层下层的柱墙尺寸，以尽量减小相邻两层的侧向刚度差，力求构造抗侧力刚度按标准要求平稳变化，其计算结果根本满足现行标准的要求。并且由于此处夹层所带来的构造软弱层与框架短柱是构造的薄弱环节与关键部位，针对性的采用取抗震性能化设计，使此处以及底部加强区的剪力墙与框架柱分别满足中震弹性与中震不屈从的设计要求。另一方面，从抗震措施上对相关楼层的竖向抗侧力构件进展进一步的针对性

27、加强：从内力计算上对薄弱层的地震剪力乘以1.25的增大系数；从抗震构造措施上，对核心筒剪力墙底部加强区按中震弹性抗剪承载力确定程度分布钢筋，按大震作用的要求进展进展抗剪截面验算。约束边缘构件设置范围延伸到轴压比不大于0.3的楼层，沿墙肢的长度取墙肢截面高度的1/4，全部采用箍筋，适当加大其纵钢筋配筋率和体积配箍率。对核心筒角部墙体全高设置约束边缘构件。由于2.2米设备夹层的存在，使得夹层处的框架柱成为超短柱，抗震尤为不利根据抗震标准6.2.9条验算框架柱的剪跨比/Vh0，当反弯点位于柱高中部的框架柱可按柱净高与2倍柱截面高度之比计算。经历算，本工程框架柱存在剪跨比1.5的情况。图10型钢混凝土

28、柱典型截面及与混凝土梁连接节点对于这些框架柱，设计中按照标准采取更加严格的抗震措施以进步框架柱的承载力与延性，保证柱的塑形变形才能。详细措施如下：a按进步一级抗震等级即采用抗震等级为二级的标准限值进一步控制这些框架柱的轴压比。b沿柱全高采用井字复合箍，箍筋肢距为100，箍筋直径不小于12，进一步进步柱的体积配箍率。对于设备夹层处的框架柱采用型钢混凝土柱，并上下各延伸一层，进一步进步其抗震承载力与延性，型钢混凝土柱典型截面及与混凝土梁连接节点见图10。d设计上有意识地在该层采用宽扁梁，减少该层处的框架梁高度，尽量加大框架柱的剪跨比。通过以上措施改善其抗震性能，以尽量减少由于刚度变化而带来的不利影

29、响。保证了框架能形成第二道抗震防线。3楼板是传递整个地震程度力的重要构件，本工程的裙房部分开有大洞，造成楼板部分不连续；并且在建筑21层23层，为保证建筑立面效果，一侧框架柱采用斜柱斜度为72度，虽然斜度较小，但引起的楼盖应力不可无视。设计对于裙房所有楼板以及斜柱楼层楼板均采用部分弹性楼板计算，设计利用PSAP进展弹性板的应力分析，楼板的内力分析与截面设计已考虑了竖向荷载组合以及斜柱的内力影响。但程序的楼板应力输出中仅有各工况下应力结果，设计在施工图设计阶段将按照其截面设计结果并经手工应力组合复核，对于楼板平面内应力的分析手段和方法，我国标准未作出明确的规定。根据文献4建议公式，楼板在小震下满足：Lk.小震ftk，Lk.小震为小震作用下楼板主拉应力的标准值，ftk为混凝土抗拉强度标准值。采用双层双向配筋时，中震下应满足